計(jì)算機(jī)組成原理第7章控制單元的功能

第九章控制單元的功能9.1操作命令的分析9.2控制單元的功能9.1操作命令的分析完成一條指令分4個(gè)工作周期取指周期間址周期執(zhí)行周期中斷周期一、取指周期PCMAR地址線1RM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC+1MDRCUMAR

PC

IR存儲(chǔ)器CPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線9.1操作命令的分析二、間址周期M(MAR)MDR1RAd(IR)MARMDRAd(IR)指令形式地址MAR9.1MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線IR存儲(chǔ)器三、執(zhí)行周期1.非訪存指令(1)CLA

清A(2)COM

取反(4)CSL

循環(huán)左移(3)SHR

算術(shù)右移(5)STP

停機(jī)指令0ACCACCACCL(ACC)R(ACC),ACC0ACC0R(ACC)L(ACC),ACC0ACCn0G9.12.訪存指令A(yù)d(IR)MAR1RM(MAR)MDR(ACC)+(MDR)ACCAd(IR)

MAR1WACCMDRMDRM(MAR)STAXADDX(2)存數(shù)指令(1)加法指令9.1(3)取數(shù)指令A(yù)d(IR)

MAR1RM(MAR)

MDRMDRACC3.轉(zhuǎn)移指令(1)無條件轉(zhuǎn)(2)條件轉(zhuǎn)移Ad(IR)

PCA0?Ad(IR)+A0(PC)PCLDAXJMPXBANX（負(fù)則轉(zhuǎn)）9.14.三類指令的指令周期取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期間址周期執(zhí)行周期非訪存指令周期直接訪存指令周期間接訪存指令周期轉(zhuǎn)移指令周期9.1四、中斷周期程序斷點(diǎn)存入“0”地址程序斷點(diǎn)進(jìn)棧0

MAR1WPCMDRMDRM(MAR)向量地址PC0EINT（置“0”）0EINT（置“0”）向量地址PCMDRM(MAR)PCMDR1W(SP)–1

MAR中斷識(shí)別程序入口地址MPC9.19.2控制單元的功能一、控制單元的外特性指令寄存器控制單元

CU…時(shí)鐘標(biāo)志CPU內(nèi)部的控制信號(hào)到系統(tǒng)總線的控制信號(hào)來自系統(tǒng)總線的控制信號(hào)系統(tǒng)總線1.輸入信號(hào)(1)時(shí)鐘(2)指令寄存器(4)外來信號(hào)(3)標(biāo)志CU受時(shí)鐘控制控制信號(hào)與操作碼有關(guān)OP(IR)CUCU受標(biāo)志控制INTR中斷請(qǐng)求HRQ總線請(qǐng)求一個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)一個(gè)操作命令或一組需同時(shí)執(zhí)行的操作命令如9.22.輸出信號(hào)(1)CPU內(nèi)的各種控制信號(hào)(2)送至控制總線的信號(hào)Ri

Rj(PC)+1PCINTAHLDA訪存控制信號(hào)訪IO/

存儲(chǔ)器的控制信號(hào)讀命令寫命令中斷響應(yīng)信號(hào)總線響應(yīng)信號(hào)MREQIO/MRDWRALU＋、－、與、或……9.2二、控制信號(hào)舉例PCIRACCU時(shí)鐘ALU

MDR

MAR………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)C0C1C2C3C4取指周期以ADD@X為例

MDRPC

MARIRCU9.21.不采用CPU內(nèi)部總線的方式二、控制信號(hào)舉例1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式PCIRACCU時(shí)鐘ALU

MDR

MAR………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)C1C2C3C5ADD@X間址周期

MDR

MAR

MDRIR9.2PCIRACCU時(shí)鐘ALU

MDR

MAR………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)二、控制信號(hào)舉例1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C1C2C5ADD@X執(zhí)行周期C7C6C8

MARACALU

MDR

MDR…控制信號(hào)9.2MDRMDRCU(1)ADD@X取指周期

PC

CU

發(fā)讀命令1R

MDROP（IR）（PC）+1PCIRPCMARAC

YALUZ…控制信號(hào)IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線時(shí)鐘2.采用CPU內(nèi)部總線方式地址線地址線MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIR(2)ADD@X間址周期

MDR1R

MDR有效地址

Ad（IR）MDROMDRO數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線時(shí)鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號(hào)…控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線MDRIRMARi

MARi地址線地址線MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MAR

9.2時(shí)鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線MDROMDRO(3)ADD@X執(zhí)行周期1R

MDR

Z

AC（AC）+（Y）

MDR控制信號(hào)…MARMDR地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYi

YALUACACOACOALUiALUiALUALUACZZZZOZOACiACiACACACACMARi

MARiALUAC9.2三、多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)1.機(jī)器周期(1)機(jī)器周期的概念(2)確定機(jī)器周期需考慮的因素(3)基準(zhǔn)時(shí)間的確定所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間每條指令的執(zhí)行步驟每一步驟所需的時(shí)間以完成最復(fù)雜指令功能的時(shí)間為準(zhǔn)以訪問一次存儲(chǔ)器的時(shí)間為基準(zhǔn)若指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)取指周期

=

機(jī)器周期9.22.時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）

一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可完成若干個(gè)微操作每個(gè)微操作需一定的時(shí)間用時(shí)鐘周期控制產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)微操作命令將一個(gè)機(jī)器周期分成若干個(gè)時(shí)間相等的時(shí)間段（節(jié)拍、狀態(tài)、時(shí)鐘周期）9.2CLKT0T1T2T3時(shí)鐘周期2.時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）

機(jī)器周期機(jī)器周期T0T1T2T3T0T1T2T39.23.多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)機(jī)器周期、節(jié)拍（狀態(tài)）組成多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)一個(gè)指令周期含若干個(gè)機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期CLK機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期

（取指令）（取有效地址）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2節(jié)拍(狀態(tài))節(jié)拍(狀態(tài))9.2四、控制方式產(chǎn)生不同微操作命令序列所用的時(shí)序控制方式1.同步控制方式任一微操作均由統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)控制CLK機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（取有效地址）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3(1)采用完全統(tǒng)一的機(jī)器周期和節(jié)拍以最長(zhǎng)的微操作序列和最繁的微操作作為標(biāo)準(zhǔn)9.2(2)采用不同節(jié)拍的機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2節(jié)拍(狀態(tài))機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）T0T1T2T3T0T1T2T3TT延長(zhǎng)9.2(3)采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法