第 6 章 控制器原理

1、2024/3/31,©2003 顧一禾制作,1,第 6 章 控制系統(tǒng)與CPU,,2024/3/31,2,本章學(xué)習(xí)內(nèi)容,控制器的功能與組成控制方式與時(shí)序系統(tǒng)CPU的總體結(jié)構(gòu)組合邏輯控制器設(shè)計(jì)微程序控制器設(shè)計(jì),2024/3/31,3,6.1 控制器概述,控制器和運(yùn)算器一起組成中央處理器，即CPU（CPU-Central Process Unit） 。控制器是計(jì)算機(jī)的指揮和控制中心，由它把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、I/

2、O設(shè)備等聯(lián)系成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，并根據(jù)各部件具體要求，適時(shí)地發(fā)出各種控制命令，控制計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作?？刂破鞯墓δ苁歉鶕?jù)事先編好并存放在存儲(chǔ)器中的解題程序，控制各部件有條不紊地、自動(dòng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。,2024/3/31,4,計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的基本過(guò)程：1.取指令根據(jù)指令地址（由PC提供），從存儲(chǔ)器中取出所要執(zhí)行的指令。2.分析指令① 對(duì)取出的指令進(jìn)行譯碼分析。確定指令應(yīng)完成的操作，產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位，參與形成該指

3、令功能所需要的全部控制命令（微操作控制信號(hào)）。② 根據(jù)尋址方式的分析和指令功能要求，形成操作數(shù)的有效地址，并按此地址取出操作數(shù)據(jù)（運(yùn)算型指令）或形成轉(zhuǎn)移地址(轉(zhuǎn)移類指令)，以實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。,6.1.1 指令執(zhí)行的基本步驟,2024/3/31,5,3.執(zhí)行指令：根據(jù)指令分析所產(chǎn)生的操作控制信號(hào)和形成的有效地址，按一定的算法形成指令操作控制序列，控制有關(guān)部件完成指令規(guī)定的功能。一條指令執(zhí)行結(jié)束，若沒(méi)有異常情況和特殊請(qǐng)求，則按程序順序

4、，再去取出并執(zhí)行下一條指令?？刂破鞯闹饕δ芫褪前慈≈噶睢⒎治鲋噶?、執(zhí)行指令這樣的步驟進(jìn)行周而復(fù)始的控制過(guò)程，直到完成程序所規(guī)定的任務(wù)并停機(jī)為止。,2024/3/31,6,指令A(yù)DD A，R7的執(zhí)行過(guò)程,,2024/3/31,7,6.1.2 控制器的基本功能,1．控制指令的正確執(zhí)行包括指令流出的控制，分析指令和執(zhí)行指令的控制，指令流向的控制。⑴ 指令流出控制（對(duì)取指令的控制）取指令時(shí)需進(jìn)行的操作(PC)→MAR，Read ；

5、給出指令地址，并向MEM發(fā) 出讀命令(MDR)→IR ；讀出的指令經(jīng)MDR存放到指 令寄存器IR中(PC)增量→PC ；為取下一條指令作準(zhǔn)備,,2024/3/31,8,⑵ 分析指令和執(zhí)行指令的控制IR中的指令經(jīng)指令譯碼器(ID)譯碼分析，確定操作性質(zhì)，判明尋址方式并形成操作數(shù)的有效地址。控制器根據(jù)分析的結(jié)果和形成的有效地址產(chǎn)生相應(yīng)的

6、操作控制信號(hào)序列，控制有關(guān)的部件完成指令所規(guī)定的操作功能。例：設(shè)某指令的IR15～I(xiàn)R12＝0000時(shí)為MOV指令，則 MOV 的控制信號(hào)為：,2024/3/31,9,⑶ 指令流向的控制指令流向控制即下條指令地址的形成控制。① 按指令序列順序執(zhí)行時(shí)，通過(guò)PC自動(dòng)增量形成下條指令的地址。② 當(dāng)需要改變指令流向時(shí)，需改變程序計(jì)數(shù)器PC中的內(nèi)容。轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行：把形成的轉(zhuǎn)向地址送入PC；轉(zhuǎn)子指令的執(zhí)行：把子程序入口地址送入PC；

7、中斷處理：將中斷服務(wù)程序入口地址送入PC。為了正確返回，轉(zhuǎn)子和中斷還需保留PC被改變之前的內(nèi)容(即返回地址)。,2024/3/31,10,2.控制程序和數(shù)據(jù)的輸入及結(jié)果的輸出為完成某項(xiàng)任務(wù)而編制的程序及所需數(shù)據(jù)，必須通過(guò)某些輸入設(shè)備預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，運(yùn)算結(jié)果要用輸出設(shè)備輸出。所以必須由控制器統(tǒng)一指揮，完成程序和數(shù)據(jù)的輸入及結(jié)果的輸出。3．異常情況和特殊請(qǐng)求的處理機(jī)器在運(yùn)行程序過(guò)程中，往往可能會(huì)遇到一些異常情況（如電源掉電、運(yùn)算

8、溢出等）或某些特殊請(qǐng)求（如打印機(jī)請(qǐng)求傳送打印字符等）。這些異常和請(qǐng)求往往是事先無(wú)法預(yù)測(cè)的，控制器必須具有檢測(cè)和處理這些異常情況和特殊請(qǐng)求的功能。,2024/3/31,11,宏觀上每條指令的執(zhí)行過(guò)程均是取指、譯碼、執(zhí)行，但每條指令有不同的操作序列，需要在不同時(shí)間產(chǎn)生不同的控制序列，并有嚴(yán)格的時(shí)序要求。控制器必須根據(jù)不同指令產(chǎn)生不同的控制序列?？刂破鞯闹饕蝿?wù)根據(jù)不同的指令、不同的狀態(tài)條件，在不同的時(shí)間，產(chǎn)生不同的控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)的

9、各部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。,2024/3/31,12,指令執(zhí)行的一般流程,,2024/3/31,13,6.1.3 控制器的組成,,,2024/3/31,14,指令部件的主要功能是完成取指令和分析指令。⑴ 程序計(jì)數(shù)器 PC （指令計(jì)數(shù)器、指令地址寄存器）程序計(jì)數(shù)器用于保證程序按規(guī)定的序列正確運(yùn)行，并提供將要執(zhí)行指令的指令地址。PC的位數(shù)應(yīng)能表示主存的最大容量并與主存地址寄存器MAR的位數(shù)相同。程序順序執(zhí)行時(shí)的PC增量可以通過(guò)P

10、C本身的計(jì)數(shù)邏輯實(shí)現(xiàn)，也可以由運(yùn)算器的ALU實(shí)現(xiàn)。,,1．指令部件,2024/3/31,15,(2) 指令寄存器 IR指令寄存器用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。(3) 指令譯碼器 ID對(duì)指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行譯碼分析，產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位，提供給微操作控制信號(hào)形成部件。對(duì)尋址方式字段進(jìn)行譯碼分析，以控制操作數(shù)有效地址的形成。(4) 地址形成部件根據(jù)各種尋址方式，形成操作數(shù)有效地址。在一些微、小型機(jī)中，為簡(jiǎn)化硬件邏輯，通常

11、不設(shè)置專門的地址形成部件，而是借用運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)有效地址的計(jì)算。,,2024/3/31,16,2．時(shí)序控制部件,時(shí)序控制部件：用于產(chǎn)生一系列時(shí)序信號(hào)，為各個(gè)微操作定時(shí)，以保證各個(gè)微操作的執(zhí)行順序。從宏觀(即程序控制)上看，計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程實(shí)質(zhì)上是指令序列即一條條指令的執(zhí)行過(guò)程。從微觀(即指令控制)上看，計(jì)算機(jī)的解題過(guò)程是微操作序列即一個(gè)個(gè)(或一組組)微操作的執(zhí)行過(guò)程。微操作：機(jī)器最簡(jiǎn)單的基本操作一條指令的執(zhí)行過(guò)程可以分解為若干微操作

12、。這些微操作有著嚴(yán)格的時(shí)間順序要求，不可隨意顛倒。,,2024/3/31,17,(1)脈沖源脈沖源用于產(chǎn)生一定頻率的主時(shí)鐘脈沖。一般采用石英晶體振蕩器作為脈沖源。計(jì)算機(jī)電源一接通，脈沖源立即按規(guī)定頻率給出時(shí)鐘脈沖。 (2)啟停電路啟停電路用于控制整個(gè)機(jī)器工作的啟動(dòng)與停止。實(shí)際上是保證可靠地送出或封鎖主時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生與停止。,,2024/3/31,18,(3)時(shí)序信號(hào)發(fā)生器時(shí)序信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生機(jī)器所需的各種時(shí)

13、序信號(hào)，以便控制有關(guān)部件在不同的時(shí)間完成不同的微操作。不同的機(jī)器，有著不同的時(shí)序信號(hào)。在同步控制的機(jī)器中，一般包括周期、節(jié)拍、脈沖等三級(jí)時(shí)序信號(hào)。,,2024/3/31,19,微操作控制信號(hào)形成部件：根據(jù)指令部件提供的操作控制電位、時(shí)序部件所提供的各種時(shí)序信號(hào)以及有關(guān)的狀態(tài)條件，產(chǎn)生機(jī)器所需要的各種微操作控制信號(hào)。不同的指令，完成不同的功能，需要不同的微操作控制信號(hào)序列。每條指令都有自己對(duì)應(yīng)的微操作序列?？刂破鞅仨毟鶕?jù)不同的指令，在

14、不同的時(shí)間，產(chǎn)生并發(fā)出不同的微操作控制信號(hào)，控制有關(guān)部件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的任務(wù)。,3．微操作控制信號(hào)形成部件,,2024/3/31,20,4．中斷控制邏輯（中斷機(jī)構(gòu)）,用于實(shí)現(xiàn)異常情況和特殊請(qǐng)求的處理。,,2024/3/31,21,程序狀態(tài)寄存器：用于存放程序的工作狀態(tài)(如管態(tài)、目態(tài)等)和指令執(zhí)行的結(jié)果特征(如結(jié)果為零、結(jié)果溢出等)，把它所存放的內(nèi)容稱為程序狀態(tài)字(PSW)。PSW表明了系統(tǒng)的基本狀態(tài)，是控制程序執(zhí)行的重要依據(jù)。

15、不同的機(jī)器，PSW的格式及內(nèi)容不完全相同。例：8086 CPU中的PSW的格式CF：進(jìn)位 PF：奇偶 AF：半進(jìn)位ZF：結(jié)果為0 SF：符號(hào) TF：?jiǎn)尾?陷阱)IF：中斷允許 DF：地址增/減量 OF：溢出,5．程序狀態(tài)寄存器 PSR,,2024/3/31,22,控制臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的通信聯(lián)系，如啟動(dòng)或停止機(jī)器的運(yùn)行、監(jiān)視程序運(yùn)行過(guò)程、對(duì)程序進(jìn)行必要的修改或干預(yù)

16、等。早期有硬件控制臺(tái)，用于設(shè)置地址和指令?，F(xiàn)在，在大型機(jī)中有軟件控制臺(tái)。通過(guò)控制臺(tái)命令，控制機(jī)器的啟停，干預(yù)機(jī)器的工作。,6．控制臺(tái),,2024/3/31,23,控制器的組成方式主要是指微操作控制信號(hào)形成部件采用何種組成方式產(chǎn)生微操作控制信號(hào)。根據(jù)產(chǎn)生微操作控制信號(hào)的方式不同，控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種，它們的根本區(qū)別在于微操作信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法不同，而控制器中的其他部分基本上是大同小異的。,

17、6.1.4 控制器的組成方式,,2024/3/31,24,1．組合邏輯型,組合邏輯控制器也稱為硬聯(lián)邏輯或硬布線邏輯。組合邏輯控制器是根據(jù)控制要求和狀態(tài)，采用組合邏輯技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其微操作信號(hào)發(fā)生器是由門電路組成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使用最少器件數(shù)和取得最高操作速度。優(yōu)點(diǎn)：速度快。巨型機(jī)和RISC機(jī)為了追求高速度采用組合邏輯控制器。 缺點(diǎn)：微操作信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)不規(guī)整，設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修較困難，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

18、自動(dòng)化。一旦控制部件構(gòu)成之后，要想增加新的控制功能是不可能的。,2024/3/31,25,2．存儲(chǔ)邏輯型,存儲(chǔ)邏輯型控制器稱為微程序控制器。它是采用存儲(chǔ)邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。存儲(chǔ)邏輯型控制器的實(shí)現(xiàn)方法：把微操作信號(hào)代碼化，使每條機(jī)器指令轉(zhuǎn)化成為一段微程序存入控制存儲(chǔ)器中。執(zhí)行指令時(shí)，讀出控存中的微指令，由微指令產(chǎn)生微操作控制信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)規(guī)整，調(diào)試、維修便利，更改、擴(kuò)充指令方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：由于增加了一級(jí)控制存儲(chǔ)器，所以

19、指令的執(zhí)行速度比組合邏輯控制器慢。,2024/3/31,26,3．組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型,組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型控制器稱為PLA控制器。PLA控制器是吸收前兩種的設(shè)計(jì)思想來(lái)實(shí)現(xiàn)的。PLA控制器實(shí)際上也是一種組合邏輯控制器，但它的輸出程序可編的，某一微操作控制信號(hào)由PLA的某一輸出函數(shù)產(chǎn)生。PLA控制器是組合邏輯技術(shù)和存儲(chǔ)邏輯技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了兩者的缺點(diǎn)，是一種較有前途的方法。,2024/3/31,27,以上幾種控制器的設(shè)

20、計(jì)方法是不同的，但產(chǎn)生的微操作命令的功能是相同的，并且各個(gè)控制條件基本上也是一致的，都是由時(shí)序電路、操作碼譯碼信號(hào)，以及被控部件的反饋信息有機(jī)配合而成的。從功能上看，這幾種控制器只是微操作信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和原理不同，而外部的輸入條件和輸出結(jié)果幾乎完全相同。,2024/3/31,28,微操作信號(hào)發(fā)生器,,,2024/3/31,29,6.2 控制器的控制方式與時(shí)序系統(tǒng),計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程實(shí)際上是執(zhí)行一系列的微操作的過(guò)程。每一條指令都對(duì)

21、應(yīng)著一個(gè)微操作序列，這些微操作中有些可以同時(shí)執(zhí)行，有些則必須按嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系執(zhí)行?？刂破鞯目刂品绞叫杞鉀Q的問(wèn)題：如何在時(shí)間上對(duì)各種微操作信號(hào)加以控制。,2024/3/31,30,6.2.1 控制方式,常用的控制方式有同步控制、異步控制和聯(lián)合控制。1．同步控制方式任何指令的運(yùn)行或指令中各個(gè)微操作的執(zhí)行，均由確定的具有統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)所控制。即所有的操作均由統(tǒng)一的時(shí)鐘控制，在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間內(nèi)完成。在同步控制方式下，每個(gè)時(shí)序信

22、號(hào)的結(jié)束就意味著安排完成的工作已經(jīng)完成，隨即開始執(zhí)行后續(xù)的微操作或自動(dòng)轉(zhuǎn)向下條指令的運(yùn)行。,2024/3/31,31,典型的同步控制方式：以微操作序列最長(zhǎng)的指令和執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的微操作為標(biāo)準(zhǔn)，把一條指令執(zhí)行過(guò)程劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的階段（稱為周期）或若干個(gè)時(shí)間區(qū)間（稱為節(jié)拍），采用完全統(tǒng)一的周期（或節(jié)拍）控制各條指令的執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，控制方便缺點(diǎn)：浪費(fèi)時(shí)間。因?yàn)閷?duì)比較簡(jiǎn)單的指令，將有很多節(jié)拍是不用的，處于等待。所以，在實(shí)

23、際應(yīng)用中都不采用這種典型的同步控制方式，而是采用某些折衷的方案。,2024/3/31,32,(1) 采用中央控制與局部控制相結(jié)合的方法,中央控制：統(tǒng)一節(jié)拍的控制根據(jù)大多數(shù)指令的微操作序列的情況，設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的節(jié)拍數(shù)，使之大多數(shù)指令均能在統(tǒng)一的節(jié)拍內(nèi)完成。局部控制：在延長(zhǎng)節(jié)拍內(nèi)的控制對(duì)于少數(shù)在統(tǒng)一節(jié)拍內(nèi)不能完成的指令，采用延長(zhǎng)節(jié)拍或增加節(jié)拍數(shù)，使之在延長(zhǎng)節(jié)拍內(nèi)完成，執(zhí)行完畢再返回中央控制。,2024/3/31,33,例：設(shè)某計(jì)算機(jī)的

24、指令通常用8個(gè)節(jié)拍完成，即有8個(gè)中央節(jié)拍 W7～W0 ，當(dāng)某指令在8個(gè)節(jié)拍中不能完成時(shí)，就插入若干局部節(jié)拍 W6*，經(jīng)過(guò)若干局部節(jié)拍 W6*后，再返回中央節(jié)拍 W7。,2024/3/31,34,(2) 采用不同的機(jī)器周期和延長(zhǎng)節(jié)拍的方法,把一條指令執(zhí)行過(guò)程劃分為若干機(jī)器周期，如取指、取數(shù)、執(zhí)行等周期。根據(jù)所執(zhí)行指令的不同需要，選取不同的機(jī)器周期數(shù)。在節(jié)拍安排上，每個(gè)周期劃分為固定的節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍都可根據(jù)需要延長(zhǎng)一個(gè)節(jié)拍。這種方法可以解

25、決執(zhí)行不同的指令所需時(shí)間不統(tǒng)一問(wèn)題。在Intel 8088 的指令執(zhí)行過(guò)程中有讀寫周期、內(nèi)部周期等，其中讀寫周期為4個(gè)節(jié)拍，但可以延長(zhǎng)若干個(gè)節(jié)拍。,2024/3/31,35,(3) 采用分散節(jié)拍的方法,分散節(jié)拍：運(yùn)行不同指令時(shí)，需要多少節(jié)拍，時(shí)序部件就發(fā)生多少節(jié)拍。這種方法可完全避免節(jié)拍輪空，是提高指令運(yùn)行速度的有效方法，但這種方法使時(shí)序部件復(fù)雜化。同時(shí)還不能解決節(jié)拍內(nèi)那些簡(jiǎn)單的微操作因等待所浪費(fèi)的時(shí)間。,2024/3/31,36,

26、2．異步控制方式,沒(méi)有統(tǒng)一的同步信號(hào)，采用問(wèn)答方式進(jìn)行時(shí)序協(xié)調(diào)，將前一操作的回答信號(hào)作為下一操作的啟動(dòng)信號(hào)。異步控制方式不僅要區(qū)分不同指令對(duì)應(yīng)的微操作序列的長(zhǎng)短，而且要區(qū)分其中每個(gè)微操作的繁簡(jiǎn)，每條指令、每個(gè)微操作需要多少時(shí)間就占用多少時(shí)間。,2024/3/31,37,這種方式可根據(jù)每條指令的操作的實(shí)際需要而分配時(shí)間，所以沒(méi)有時(shí)間上的浪費(fèi)，效率高。但設(shè)計(jì)復(fù)雜且費(fèi)設(shè)備。,2024/3/31,38,3．聯(lián)合控制方式,聯(lián)合控制是將同步控制和

27、異步控制相結(jié)合。聯(lián)合控制方式的設(shè)計(jì)思想：在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式為主的控制方式；在功能部件之間采用異步方式。通常對(duì)可以統(tǒng)一的微操作采用同步控制，對(duì)難以統(tǒng)一的微操作采用異步控制。,2024/3/31,39,例如，在微、小型機(jī)中，CPU內(nèi)部基本時(shí)序采用同步控制方式，當(dāng)CPU通過(guò)總線與主存或其它外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)入異步控制。當(dāng)CPU訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，只需給出起始信號(hào)，主存或外部設(shè)備即按自己的時(shí)序信號(hào)去安排操作，一旦操作結(jié)束，則

28、向CPU發(fā)結(jié)束信號(hào)，以便CPU再安排它的后繼工作。,2024/3/31,40,同步與異步時(shí)序的銜接關(guān)系,當(dāng)CPU要訪主存時(shí)，在發(fā)讀信號(hào)READ同時(shí)發(fā)“等待”信號(hào)，等待信號(hào)使時(shí)序由同步轉(zhuǎn)入異步操作并凍結(jié)同步時(shí)序，使節(jié)拍間的相位關(guān)系不再發(fā)生變化，直到存儲(chǔ)器按自己速度操作結(jié)束，并向CPU發(fā)回答信號(hào)MOC才解除對(duì)同步時(shí)序的凍結(jié)，機(jī)器回到同步時(shí)序按原時(shí)序關(guān)系繼續(xù)運(yùn)行。,2024/3/31,41,,,,,2024/3/31,42,,實(shí)際上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

29、中幾乎沒(méi)有完全采用同步或完全采用異步的控制方式，大多數(shù)都采用聯(lián)合控制方式。,2024/3/31,43,6.2.2 時(shí)序系統(tǒng),時(shí)序系統(tǒng)是控制器的心臟，由它為指令的執(zhí)行提供各種定時(shí)信號(hào)。通常，設(shè)計(jì)時(shí)序系統(tǒng)主要是針對(duì)同步控制方式的。1．指令周期與機(jī)器周期指令周期：從取指令、分析指令到執(zhí)行完一條指令所需的全部時(shí)間。由于各種指令的操作功能不同，繁簡(jiǎn)程度不同，因此各種指令的指令周期也不盡相同。,2024/3/31,44,機(jī)器周期（CPU周

30、期）：指令周期中的某一工作階段所需的時(shí)間。在指令執(zhí)行過(guò)程中，各機(jī)器周期相對(duì)獨(dú)立。一條指令的指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期所組成，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。所以機(jī)器周期也稱為基本周期。一般機(jī)器的CPU周期有取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期，中斷周期等。,2024/3/31,45,每個(gè)機(jī)器周期設(shè)置一個(gè)周期狀態(tài)觸發(fā)器與之對(duì)應(yīng)，機(jī)器運(yùn)行于哪個(gè)周期，與其對(duì)應(yīng)的周期狀態(tài)觸發(fā)器被置為“1”。顯然，機(jī)器運(yùn)行的任何時(shí)刻都只能建立一個(gè)周期狀態(tài)，因此同一時(shí)刻只

31、能有一個(gè)周期狀態(tài)觸發(fā)器被置為“1”。不同工作周期所占的時(shí)間可以不等。由于CPU內(nèi)部操作速度快，而CPU訪存所花時(shí)間較長(zhǎng)，所以許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往以主存周期為基礎(chǔ)來(lái)規(guī)定CPU周期，以便二者工作協(xié)調(diào)配合。,2024/3/31,46,把一個(gè)機(jī)器周期等分成若干個(gè)時(shí)間區(qū)間，每一時(shí)間區(qū)間稱為一個(gè)節(jié)拍。一個(gè)節(jié)拍對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，控制一個(gè)或幾個(gè)微操作的執(zhí)行。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作，這些微操作不但需要占用一定的時(shí)間，而且有一定的先后次序

32、。因此，在同步控制方式中，基本的控制方法就是把一個(gè)機(jī)器周期等分成若干個(gè)節(jié)拍，每一個(gè)節(jié)拍完成一步基本操作，如一次傳送、一次加減運(yùn)算等。一個(gè)節(jié)拍電位信號(hào)的寬度取決于CPU完成一個(gè)基本操作的時(shí)間。,2．節(jié)拍,2024/3/31,47,節(jié)拍提供了一項(xiàng)基本操作所需的時(shí)間分段，但有的操作如打入寄存器，還需嚴(yán)格的定時(shí)脈沖，以確定在哪一時(shí)刻打入。節(jié)拍的切換，也需要嚴(yán)格的同步定時(shí)。所以在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)，有時(shí)還需要設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖，用于寄存器的復(fù)位和接

33、收數(shù)據(jù)等。脈沖：一個(gè)節(jié)拍內(nèi)設(shè)置的一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖。,3. 脈沖（定時(shí)脈沖）,2024/3/31,48,周期、節(jié)拍、脈沖構(gòu)成了三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)，它們之間關(guān)系如下圖所示。圖中包括兩個(gè)機(jī)器周期M1、M2，每個(gè)周期包含四個(gè)節(jié)拍W0～W3，每個(gè)節(jié)拍內(nèi)有一個(gè)脈沖P。,,2024/3/31,49,微型機(jī)中常用的時(shí)序系統(tǒng)與上述三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)有所不同，稱之為時(shí)鐘周期時(shí)序系統(tǒng)。下圖所示的是一典型指令的基本時(shí)序，一個(gè)指令周期包含三個(gè)機(jī)器周期：取指周期、存儲(chǔ)器

34、讀周期和存儲(chǔ)器寫周期，三個(gè)周期中分別包含4個(gè)、3個(gè)、3個(gè)時(shí)鐘周期。,,2024/3/31,50,6.3 CPU的總體結(jié)構(gòu),CPU即中央處理器，它包含運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部分。其功能為：⑴ 程序控制：控制程序按所要求的次序正確執(zhí)行。⑵ 操作控制：控制產(chǎn)生每條指令所需的操作信號(hào)，送往有關(guān)部件，控制完成指令規(guī)定的操作。⑶ 時(shí)序控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)，使計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。⑷ 數(shù)據(jù)加工：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算邏運(yùn)算處理。,2024/3

35、/31,51,6.3.1 寄存器的設(shè)置,不同計(jì)算機(jī)的CPU結(jié)構(gòu)存在差別，但在CPU中一般都設(shè)置下列寄存器：(1)指令寄存器 IR(2)程序計(jì)數(shù)器 PC(3)累加寄存器 AC(4)程序狀態(tài)寄存器 PSR(5)地址寄存器 MAR(6)數(shù)據(jù)緩沖寄存器 MDR(或MBR),2024/3/31,52,其中⑵、⑶、⑷是用戶可用的，⑴、⑸、⑹是用戶不可用的。CPU中還常設(shè)置一些程序不能直接訪問(wèn)、用于暫存操作數(shù)據(jù)或中間結(jié)果的寄存器，稱為

36、暫存器。,2024/3/31,53,通用寄存器,通用寄存器：一組程序可訪問(wèn)的、具有多種功能的寄存器。在指令系統(tǒng)中，為通用寄存器分配了編號(hào)（寄存器地址），可以編程指定使用其中的某個(gè)寄存器。通用寄存器自身的邏輯往往很簡(jiǎn)單并且比較統(tǒng)一，甚至是快速的小規(guī)模存儲(chǔ)器的一些單元，但通過(guò)編程與運(yùn)算器配合，可指定其實(shí)現(xiàn)多種功能，如提供操作數(shù)、保存中間結(jié)果（即作累加器用），或用作地址指針、基址寄存器、變址寄存器、計(jì)數(shù)器等。,2024/3/31,54,6

37、.3.2 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及指令流程分析,數(shù)據(jù)通路：信息傳送的基本路徑。CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路通常是指運(yùn)算器與寄存器之間的信息傳輸通道。數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)直接影響著CPU內(nèi)各種信息的傳送路徑。數(shù)據(jù)通路不同，指令執(zhí)行過(guò)程的微操作序列的安排也不同，它將直接影響到微操作信號(hào)形成部件的設(shè)計(jì)。,2024/3/31,55,1．單總線結(jié)構(gòu),CPU內(nèi)部采用單總線IBUS將寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件連接起來(lái)。CPU、主存、I/O設(shè)備也通過(guò)一組單總線（系統(tǒng)總線）連

38、接起來(lái)。在單總線結(jié)構(gòu)中，CPU內(nèi)部的任何兩個(gè)部件間的數(shù)據(jù)傳送都必須經(jīng)過(guò)單總線IBUS，因此單總線結(jié)構(gòu)的控制比較簡(jiǎn)單，但傳送速度受到限制。在一些微、小型機(jī)中常采用這種結(jié)構(gòu)。,2024/3/31,56,,單總線結(jié)構(gòu)的CPU,,,2024/3/31,57,2. 雙總線結(jié)構(gòu),CPU內(nèi)部通過(guò)B總線（接收總線）和F總線（發(fā)送總線），將寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件連接起來(lái)。各寄存器可通過(guò)控制門，建立寄存器與總線之間的聯(lián)系。CPU通過(guò)地址總線ABUS和

39、數(shù)據(jù)總線DBUS與主存、I/O設(shè)備連接。,2024/3/31,58,雙總線結(jié)構(gòu)的CPU,,2024/3/31,59,3. 指令流程分析,指令流程：指令的操作過(guò)程。對(duì)指令流程的影響因素：① 指令的執(zhí)行步驟、訪問(wèn)主存的步驟、總線的特點(diǎn)決定了指令流程的分步方式；②指令功能不同，操作數(shù)的數(shù)量不同，指令流程不同。③尋址方式不同，尋找操作數(shù)的過(guò)程不同。④數(shù)據(jù)通路不同，傳送數(shù)據(jù)時(shí)的控制過(guò)程不同。,2024/3/31,60,⑤ ALU的功能不

40、同，指令的執(zhí)行步驟不同。⑥不同的指令，執(zhí)行時(shí)的基本步驟不同。如訪存指令，需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器；R—R型指令不需要訪存。,2024/3/31,61,單總線結(jié)構(gòu)中ALU的功能：A+1,A-1, A+B, A-B例6.1 分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中，指令A(yù)DD (R1)，R0的指令流程。設(shè)前一操作數(shù)地址為源，后一操作數(shù)地址為目的。解：指令功能：((R1))＋(R0)→R0,,2024/3/31,62,指令流程如下：(1)(PC)→MAR

41、，Read，(PC)→Y(2) (Y)＋1→Z, M→MDR→IR ；送指令地址，讀主存(3) (Z)→PC ；PC＋1→PC,取指令到IR (4)(R1)→MAR，Read ；送源操作數(shù)地址(5) M→MDR→Y ；取出源操作數(shù)到Y(jié)中(6)(Y)＋(R0)→Z ；執(zhí)行加法運(yùn)算，結(jié)果暫存Z(7)(Z)→R0

42、 ；加法結(jié)果送回目標(biāo)寄存器,,2024/3/31,63,例：分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中，轉(zhuǎn)移指令 JC D 的指令流程。解：指令功能：IF C＝1 THEN (PC)＋D→PC 指令流程如下：(1)(PC)→MAR，Read，(PC)→Y(2) (Y)＋1→Z, (MDR)→IR ；送指令地址，讀主存(3) (Z)→PC ；PC＋1→PC,取指令到

43、IR (4) IF C＝1 (PC)→Y ；送當(dāng)前指令地址(5) Y＋I(xiàn)R(D部分)→Z ；計(jì)算轉(zhuǎn)移地址(6)(Z)→PC ；下條指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移,,2024/3/31,64,根據(jù)指令流程還需要作進(jìn)一步的控制信息分析例：分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中指令A(yù)DD X(R1),(R2)+ 的指令流程和控制信號(hào)序列。指令格式為兩字節(jié)指令，第二字節(jié)為變址值

44、X。源操作數(shù)采用變址尋址，目的操作數(shù)采用自增型變址尋址。指令功能：(X＋(R1))＋((R2))→(R2), (R2)＋1→R2,控制信息分析,2024/3/31,65,ID,IR,PC,R0,R1,MAR,MDR,TEMP,Y,Z,,,,,,IRout,,,,,IRin,,PCout,,,,,PCin,,R0out,,,,,R0in,,R1out,,,,,R1in,,,,MARin,,MARout,,,,,MDRin,,TE

45、MPout,,,,,TEMPin,,Yin,,,0→Y,,,Zout,,,ADD,SUB,,1→Cin,Zin,主存,,,,,Read,Write,…,,,,,單總線結(jié)構(gòu)中ALU的功能：A+1,A-1, A+B, A-B,2024/3/31,66,,2024/3/31,67,,2024/3/31,68,例6.2 分析雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中執(zhí)行加法指令：ADD (R1)，R0的操作流程和控制信號(hào)序列。 指令功能：(R0)＋((R1))

46、→R0 分析：在執(zhí)行本條加法指令時(shí)，從取指令到產(chǎn)生結(jié)果，共需訪問(wèn)存儲(chǔ)器2次，第1次讀取指令，第2次讀取源操作數(shù)。雙總線結(jié)構(gòu)中ALU的功能：A+1,A-1, A+B, A-B 可通過(guò)總線連接器G將總線B的信息直接傳到F總線。其控制信號(hào)為Gon。,2024/3/31,69,雙總線結(jié)構(gòu)的CPU,,2024/3/31,70,操作流程和控制信號(hào)序列

47、,,,,2024/3/31,71,例6.3 分析雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中，指令 SUB X(R1),(R2)+ 的指令流程和控制信號(hào)。指令格式為兩字節(jié)指令，第二字節(jié)為變址值X。源操作數(shù)的有效地址：E1＝X＋(R1)目的操作數(shù)的有效地址：E2＝(R2)，(R2)＋1→R2。指令功能： (E2)－(E1)→E2可通過(guò)總線連接器G將總線B的信息直接傳到F總線。其控制信號(hào)為Gon。,2024/3/31,72,,,,,2024

48、/3/31,73,,,（1）～（3）為取指令階段，（4）～（6）是取變址值X的流程，（7）～（8）計(jì)算形式地址，取出源操作數(shù)（9）～（11）為取目的數(shù)階段（12）～（13）進(jìn)入指令的執(zhí)行階段。整個(gè)指令流程執(zhí)行結(jié)束后，共訪問(wèn)存儲(chǔ)器5次。 如果雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中沒(méi)有總線連接器G，則ALU需要增加功能：F＝B在控制信號(hào)流程中，可以將Gon信號(hào)改為F＝B。,2024/3/31,74,作業(yè),P304 6.5 (3)

49、,2024/3/31,75,例：在雙總線結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，分析轉(zhuǎn)子指令：JSR X的執(zhí)行過(guò)程。設(shè)機(jī)器中沒(méi)有總線連接器，ALU的功能為： F＝A＋B，F(xiàn)＝A－B， F＝A＋1，F(xiàn)＝A－1， F＝A，F(xiàn)＝BJSR為雙字節(jié)指令，X為子程序入口地址，在第二字節(jié)。轉(zhuǎn)子指令的功能：將斷點(diǎn)地址保存到堆棧中，將X送入PC，實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。,,2024/3/31,76,,ID,IR,PC,R0,R1,MAR,MDR,TEMP,Y,,,,,IR→B

50、,,,PC→B,,,R0→B,,,R1→B,,,,F→MAR,,MAR→B,,,TEMP→B,,,F→Y,,,ADD,SUB,A,主存,,,Read,Write,…,,,R7,,R7→B,,,ABUS,DBUS,,,,,INC,DEC,,B,,,F→TEMP,,,F→MDR,,,F→R7,,,F→R!,,,F→R0,,,F→PC,,,F→IR,F,B,…,SP,,SP→B,,,,F→SP,2024/3/31,77,,2024/3/31,

51、78,上題中，如果ALU的功能增加為 F＝A＋B，F(xiàn)＝A－B， F＝A＋1，F(xiàn)＝A－1， F＝B＋1，F(xiàn)＝B－1， F＝A，F(xiàn)＝B處理器內(nèi)部無(wú)暫存器TEMP則控制序列可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。指令執(zhí)行過(guò)程與指令功能、尋址方式、數(shù)據(jù)通路、ALU功能等緊密相關(guān)。,2024/3/31,79,2024/3/31,80,作業(yè),在雙總線結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，寫出轉(zhuǎn)子指令RET的操作序列及控制信號(hào)序列。設(shè)機(jī)器中沒(méi)有總線連接器，ALU的功能為： F＝A＋

52、B，F(xiàn)＝A－B， F＝A＋1，F(xiàn)＝A－1， F＝A，F(xiàn)＝B返回地址保存在堆棧中。堆棧為自底向上生長(zhǎng)。,2024/3/31,81,6.4 模型機(jī)的總體結(jié)構(gòu),以模型機(jī)為例，進(jìn)一步了解控制器的控制原理和設(shè)計(jì)方法，建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)。,2024/3/31,82,,,,2024/3/31,83,6.4.1 模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路,1.字長(zhǎng)：16位2. 總線結(jié)構(gòu)：① 內(nèi)部總線：雙總線結(jié)構(gòu)BUS1：輸入總線， BUS2：輸出總線○：輸出控制門

53、信號(hào)，如MDR→BUS1CP：輸入控制信號(hào)，如CPY② 系統(tǒng)總線：地址總線：ABUS，數(shù)據(jù)總線：DBUSI/O與主存共享總線，用 MREQ 控制訪存；用IOREQ 控制訪問(wèn)I/O，R/W=1，讀， R/W=0，寫,,,2024/3/31,84,3. 寄存器,,2024/3/31,85,4. ALU的功能 由SN74181構(gòu)成，在控制信號(hào)S3～S0及M、C0的控制下，可完成16種邏輯運(yùn)算和16種算術(shù)運(yùn)算。（P242）M＝0：

54、算術(shù)運(yùn)算 M＝1：邏輯運(yùn)算,,,2024/3/31,86,5. 狀態(tài)標(biāo)志用于記錄運(yùn)算結(jié)果特征，可作為轉(zhuǎn)移判斷條件Cc：進(jìn)位標(biāo)志，打入脈沖：CPCcCz：為零標(biāo)志，打入脈沖：CPCz6.移位器采用斜送方式實(shí)現(xiàn)移位傳遞，直送方式實(shí)現(xiàn)直接傳遞。,≥1,,,,,Fn,,,An＋1,,SL,,,,An－1,An,,DM,SR,,,2024/3/31,87,7.模型機(jī)的編址主存按字編址，容量64K字，字長(zhǎng)16位，16位地址可尋址64

55、K。,2024/3/31,88,6.4.2 模型機(jī)的指令系統(tǒng),指令系統(tǒng)中共16條指令1.指令格式⑴ 雙操作數(shù)指令包括：MOV、ADD、SUB、AND、OR、EOR,,2024/3/31,89,包括：INC、COM、ROL、ROR,,目的地址ED,⑵ 單操作數(shù)指令,2024/3/31,90,轉(zhuǎn)移指令采用相對(duì)尋址：轉(zhuǎn)移地址＝(PC)＋DD采用補(bǔ)碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，需進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展包括：JMP（無(wú)條件轉(zhuǎn)移）、JC（C＝1轉(zhuǎn)移)、J

56、Z (Z＝1轉(zhuǎn)移) 、JSR(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)子指令JSR的操作：(SP)-1→SP、MAR，(PC)→MDR，Write ((MDR)→存儲(chǔ)器)(PC)＋D→PC,⑶ 轉(zhuǎn)移指令,(PC)→(SP),,2024/3/31,91,⑷ 返回與停機(jī)指令,返回(RTS)與停機(jī)(HALT)指令均為零地址指令,,特征,,特征,2024/3/31,92,子程序 返回指令(RTS)的功能是：從子程序返回主程序返回指令RTS的操作： (SP) →M

57、AR，Read M→MDR→PC (SP)＋l →SP HALT 停機(jī)指令的功能是：0→RUN，將時(shí)鐘信號(hào)截?cái)唷?((SP))→ PC,,2024/3/31,93,2. 指令系統(tǒng),為了簡(jiǎn)單起見，模型機(jī)的指令系統(tǒng)中只有16條指令，包括了傳送指令、算邏指令、轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子與返回指令和停機(jī)指令等五類指令。,2024/3/31,94,,,,,2024/3/31,95,3.尋址方式,除自減型寄存器間址不能使用PC外，其余尋址方式均可以

58、使用所有可編程寄存器。,,2024/3/31,96,在自增型寄存器間址中若Rn＝SP，則(SP)＋為堆棧中的彈出數(shù)據(jù)操作。若Rn＝PC，則為立即尋址，立即數(shù)保存在該指令的下一單元中。注意：如果目的操作數(shù)采用立即尋址，則有可能使指令數(shù)據(jù)不安全。自減型寄存器間址中若Rn＝SP，則－(SP) 為堆棧中的壓入數(shù)據(jù)操作。,2024/3/31,97,變址尋址的指令長(zhǎng)度為雙字，取指后需兩次訪存才能得到操作數(shù)。取指令操作碼后(PC)

59、→MAR，Read ；送X的地址，讀X(PC)＋1→PC ；PC增量M→MDR→Y ；取X值到Y(jié)(Y)＋(Rn)→MAR ，Read ；形成有效地址，讀操作數(shù)變址尋址中，若Rn＝PC，則為相對(duì)尋址。,2024/3/31,98,6.4.3 模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng),模型機(jī)采用同步控制方式、三級(jí)時(shí)序邏輯系統(tǒng)，即利用周期、節(jié)拍、脈沖構(gòu)成控制時(shí)序。1.模型機(jī)的機(jī)器

60、周期 每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以完成一次主存的讀/寫操作。模型機(jī)設(shè)置六種機(jī)器周期取指周期 FT：完成取指、分析、(PC)＋1→PC取源周期 ST：執(zhí)行雙操作數(shù)指令時(shí)，完成源操 作數(shù)的尋址，取源操作數(shù)。 （寄存器尋址時(shí)不用）,2024/3/31,99,取目的周期 DT：完成目的操作數(shù)的尋址，取 目的操作數(shù)。執(zhí)行周期 ET：完成指令操作，并保存結(jié)果。中斷周

61、期 IT：處理中斷請(qǐng)求DMA周期 DMAT：實(shí)現(xiàn)DMA傳送。,,本章暫不討論,2024/3/31,100,CPU中任何時(shí)候都只能有一個(gè)周期存在，可以用六個(gè)狀態(tài)標(biāo)志表示CPU當(dāng)前進(jìn)入了哪一個(gè)周期?？捎昧鶄€(gè)觸發(fā)器表示六種不同的周期狀態(tài)。TEND? P為各觸發(fā)器的打入脈沖，表示在每個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，發(fā)出打入脈沖。,,,2024/3/31,101,2.模型機(jī)的節(jié)拍與時(shí)序,節(jié)拍用于在一個(gè)周期中產(chǎn)生不同的微操作信號(hào)

62、。每個(gè)周期中設(shè)置四個(gè)節(jié)拍T0、T1、T2、T3。為節(jié)省節(jié)拍，在取目的周期 DT 和執(zhí)行周期 ET中安排兩種節(jié)拍產(chǎn)生方式。根據(jù)微操作的需要，可選擇兩個(gè)節(jié)拍，也可選擇四個(gè)節(jié)拍。每個(gè)節(jié)拍內(nèi)設(shè)置一個(gè)脈沖，用于寄存器接收代碼，如CPIR、CPPC等均為脈沖信號(hào)。脈沖的前沿用于寄存器接收數(shù)據(jù)。脈沖的后沿用于周期、節(jié)拍的轉(zhuǎn)換。,2024/3/31,102,節(jié)拍由節(jié)拍發(fā)生器產(chǎn)生，用兩位T型觸發(fā)器C1、C2構(gòu)成模4計(jì)數(shù)器，經(jīng)譯碼產(chǎn)生四個(gè)節(jié)拍電位

63、T0、T1、T2、T3。觸發(fā)器C1的T端固定接高電位，每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)一次數(shù)。觸發(fā)器C2的T端受或門的輸出控制。,2024/3/31,103,,,,,,2024/3/31,104,通過(guò)分析指令流程可知：當(dāng)現(xiàn)行指令的目標(biāo)尋址為非變址尋址時(shí)，在DT中不進(jìn)入T2拍，只需T0、T1兩個(gè)節(jié)拍。單操作數(shù)指令、MOV指令、雙操作數(shù)指令的目標(biāo)尋址為寄存器尋址(DR＝1)以及轉(zhuǎn)移類指令、停機(jī)指令在執(zhí)行周期ET中只需兩個(gè)節(jié)拍，不需進(jìn)入T2。上述情況應(yīng)封

64、鎖C2計(jì)數(shù)。上圖中觸發(fā)器C1的T端固定接高電位，每來(lái)一個(gè)脈沖計(jì)一次數(shù)。觸發(fā)器C2的T端受或門的輸出控制，或門用于控制發(fā)出的節(jié)拍數(shù)。,2024/3/31,105,3. 脈沖,模型機(jī)在每個(gè)節(jié)拍內(nèi)設(shè)置一個(gè)工作脈沖。脈沖的作用：⑴ 用于寄存器接收代碼。如各寄存器的CP脈沖。⑵ 用于周期、節(jié)拍的轉(zhuǎn)換。通常利用脈沖的前沿接收數(shù)據(jù)，用脈沖的后沿進(jìn)行周期、節(jié)拍的轉(zhuǎn)換。,2024/3/31,106,模型機(jī)的三級(jí)時(shí)序關(guān)系,,,2024/3/31,

65、107,,,,,,PC→BUS1,,,,,,CPPC,,,BUSi,BUS1,BUS2,,,CPMAR,,,BUSi,ALU,,,,A,移位器,,DM,,,,i,,,,,S3～S0M,,例：(PC)→MAR所需信號(hào)① PC→BUS1=1② S3S2S1S0M=11111③ DM=1④ CPMAR①②③是電位信號(hào)，需在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)有效；④是脈沖信號(hào)，其前沿將數(shù)據(jù)打入，后沿變換節(jié)拍。,,,,,,,,,,,節(jié)拍,脈沖,,,2024

66、/3/31,108,6.5 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì),用組合邏輯方法設(shè)計(jì)控制器的微操作控制信號(hào)形成部件，需要根據(jù)每條指令的要求，讓節(jié)拍電位和脈沖有步驟地去控制機(jī)器的有關(guān)部件，一步一步地依次執(zhí)行指令所規(guī)定的微操作序列，從而在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一條指令所規(guī)定的全部操作功能。,,2024/3/31,109,6.5.1 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟,在設(shè)計(jì)控制器之前，需由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好機(jī)器的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、時(shí)序系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，才能

67、進(jìn)行控制器的硬件線路設(shè)計(jì)。組合邏輯控制器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟：1.分析指令的執(zhí)行步驟，繪制指令操作流程圖分析指令操作流程的目的是確定指令執(zhí)行的具體步驟，決定各步所需的控制命令。,2024/3/31,110,指令操作流程圖：根據(jù)機(jī)器指令的結(jié)構(gòu)格式、數(shù)據(jù)表示方式及各種運(yùn)算的算法，把每條指令的執(zhí)行過(guò)程分解成若干功能部件能實(shí)現(xiàn)的基本微操作，并以圖的形式排列成有先后次序、相互銜接配合的流程。指令流程圖可以比較形象、直觀地表明一條指令的執(zhí)行步驟和

68、基本過(guò)程。,2024/3/31,111,指令操作時(shí)間表：把指令流程圖中的各個(gè)微操作具體落實(shí)到各個(gè)機(jī)器周期的相應(yīng)節(jié)拍和脈沖中去，并以微操作控制信號(hào)的形式編排成一張表。指令操作時(shí)間表用于形象地表明控制器應(yīng)該在什么時(shí)間，根據(jù)什么條件發(fā)出哪些微操作控制信號(hào)。,2. 編排指令操作時(shí)間表,3. 進(jìn)行微操作綜合,對(duì)操作時(shí)間表中各個(gè)微操作控制信號(hào)分別按其條件進(jìn)行歸納、綜合，列出其綜合的邏輯表達(dá)式，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、化簡(jiǎn)，得到比較合理的邏輯表達(dá)式。,2