7 第九章 控制單元的功能1.ppt

1、第章 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,9.1 操作命令的分析,二、間址周期,指令形式地址,有效地址,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 停機指令,運行標志觸發(fā)器,2. 訪存指令,STA X,ADD X,(2) 存數(shù)指令,(1) 加法指令,指令說明：X為直接尋址；此指令是將X所指向的存儲單元中的內(nèi)容與累加器中的相加，結(jié)果存入累加器。,指令說明：X為直接尋址；此指令是將累加器中的內(nèi)容送到X所指向的存

2、儲單元。,(3) 取數(shù)指令,3. 轉(zhuǎn)移指令,(1) 無條件轉(zhuǎn),(2) 條件轉(zhuǎn)移,LDA X,JMP X,BAN X,（負則轉(zhuǎn)）,4. 三類指令的指令周期,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,間接轉(zhuǎn)移 指令周期,四、中斷周期,程序斷點存入 “ 0 ” 地址,程序斷點 進棧,9.2 控制單元的功能,一、控制單元的外特性,時鐘,標志,CPU 內(nèi)部的控制信號,到系統(tǒng)總線的控制信號,來自系統(tǒng)總線的控制信號,1. 輸入信號,(1) 時鐘,(2) 指令寄存器,(4) 外來信號,(3) 標志,CU 受時鐘控制,控制信號 與操作碼有關(guān),CU 受標志控制,INTR 中斷請求,

3、HRQ 總線請求,一個時鐘脈沖,發(fā)一個操作命令或一組需同時執(zhí)行的操作命令,如,2. 輸出信號,(1) CPU 內(nèi)的各種控制信號,(2) 送至控制總線的信號,INTA,HLDA,訪存控制信號,訪 IO/ 存儲器的控制信號,讀命令,寫命令,中斷響應(yīng)信號,總線響應(yīng)信號,2. 采用 CPU 內(nèi)部總線方式,二、控制信號舉例,(1) ADD X 取指周期,PC,MDR,OP（IR）,控制信號,控制信號,MAR,MDR,IR,CU,(2) ADD X 間址周期,MDR,MDR,MDR,IR,MAR,(3) ADD X 執(zhí)行周期,MDR,Z,AC,（AC）+（Y）,MAR,MDR,Y,ALU,AC,Z,ALU

4、,例9.2已知單總線計算機結(jié)構(gòu)如圖所示，其中M為主存，XR為變址寄存器，EAR為有效地址寄存器，LATCH為鎖存器。圖中各寄存器的輸入和輸出均受控制信號控制，如PCi表示PC的輸入控制。設(shè)指令地址已存于PC中， 畫出ADDX，D（X為變址寄存器XR，D為形式地址） 和STAD（表示相對尋址，D為相對位移量）兩條指令的指令周期信息流程圖，并列出相應(yīng)的控制信號序列。,ADDX，D STAD,三、多級時序系統(tǒng),1. 機器周期,(1) 機器周期的概念,(2) 確定機器周期需考慮的因素,(3) 基準時間的確定,所有指令執(zhí)行過程中的一個基準時間,每條指令的執(zhí)行 步驟,每一步驟 所需的 時間,以完成 最復(fù)雜

5、 指令功能的時間 為準,以 訪問一次存儲器 的時間 為基準,若指令字長 = 存儲字長,取指周期 = 機器周期,2. 時鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）,一個機器周期內(nèi)可完成若干個微操作,每個微操作需一定的時間,時鐘周期是控制計算機操作的最小單位時間,將一個機器周期分成若干個時間相等的 時間段（節(jié)拍、狀態(tài)、時鐘周期）,用時鐘周期控制產(chǎn)生一個或幾個微操作命令,CLK,T0,T1,T2,T3,2. 時鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）,3. 多級時序系統(tǒng),機器周期、節(jié)拍（狀態(tài)）組成多級時序系統(tǒng),一個指令周期包含若干個機器周期,一個機器周期包含若干個時鐘周期,CLK,節(jié)拍 (狀態(tài)),節(jié)拍 (狀態(tài)),4. 機器速度與機器主頻的關(guān)

6、系,機器的 主頻 f 越快 機器的 速度也越快,在機器周期所含時鐘周期數(shù) 相同 的前提下， 兩機 平均指令執(zhí)行速度之比 等于 兩機主頻之比,機器速度 不僅與 主頻有關(guān) ，還與機器周期中所含 時鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù) 以及指令周期中所含 的 機器周期數(shù)有關(guān),例9.3設(shè)某機主頻為8MHZ，每個機器周期平均包含有2個時鐘周期，每條指令的指令周期平均為2.5個機器周期，試問該機的平均指令執(zhí)行速度是多少MIPS？若機器主頻不變，但每個機器周期平均包含4個時鐘周期，每條指令的指令周期平均為5個機器周期，則該機的平均指令執(zhí)行速度又是多少MIPS？由此可得出什么結(jié)論？,四、控制方式,產(chǎn)生不同微操作命令序列所用

7、的時序控制方式,1. 同步控制方式,任一微操作均由 統(tǒng)一基準時標 的時序信號控制,CLK,(1) 采用 定長 的機器周期,以 最長 的 微操作序列 和 最繁 的微操作作為 標準,機器周期內(nèi) 節(jié)拍數(shù)相同,(2) 采用不定長的機器周期,節(jié)拍 (狀態(tài)),機器周期內(nèi) 節(jié)拍數(shù)不等,(3) 采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法,局部控制的節(jié)拍寬度與 中央控制的節(jié)拍寬度一致,2. 異步控制方式,無基準時標信號,無固定的周期節(jié)拍和嚴格的時鐘同步,采用 應(yīng)答方式,3. 聯(lián)合控制方式,4. 人工控制方式,(1) Reset,(2) 連續(xù) 和 單條 指令執(zhí)行轉(zhuǎn)換開關(guān),(3) 符合停機開關(guān),同步與異步相結(jié)合,五、多級時序系統(tǒng)實例分析,1. 8085 的組成,2. 8085 的外部引腳,(1) 地址和數(shù)據(jù)信號,(2) 定時和控制信號,(3) 存儲器和 I/O 初始化,A15A8 AD7AD0,SID SOD,入 X1 X2,入 HOLD Ready,出 HLDA,(4) 與中斷有關(guān)的信號,(5) CPU 初始化,(6) 電源和地,出 INTA,Trap 重新啟動中斷,出 Reset out,VCC +5 V,VSS 地,3. 機器周期和節(jié)拍（狀態(tài)）與控制信號的關(guān)系,每個 控制 信號在 指定機器周期 的 指定節(jié)拍 T 時刻 發(fā)出,機器周期 M1 取指令操作碼,機器周期