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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第9章控制單元的功能,9.1 微操作命令的分析,9.2 控制單元的功能,9.1 微操作命令的分析,一、取指周期,PC MAR,地址線,1 R,M(MAR)MDR,MDR IR,(PC)+1 PC,+1,MDR,CU,MAR,PC,IR,存儲(chǔ)器,CPU,地址總線,數(shù)據(jù)總線,控制總線,OP（IR）CU,二、間址周期,M(MAR)MDR,1 R,Ad(IR)MAR,M

2、DR Ad(IR),指令形式地址 MAR,MDR,CU,MAR,CPU,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,0 ACC,ACC ACC,L(ACC)R(ACC),ACC,0,ACC,0,R(ACC)L(ACC),ACC,0,ACC,n,0 G,2.訪存指令,Ad(IR)MAR,1 R,M(MAR)MDR,(ACC)+(MDR)ACC,Ad(IR),MAR,1 W,ACC MDR,MDR M(MAR),STA X,ADD X,(2)存數(shù)指

3、令,(1)加法指令,(3)取數(shù)指令,Ad(IR),MAR,1 R,M(MAR),MDR,MDR ACC,3.轉(zhuǎn)移指令,(1)無(wú)條件轉(zhuǎn),(2)條件轉(zhuǎn)移,Ad(IR),PC,A,0,Ad(IR)+A,0,(PC)PC,LDA X,JMP X,BAN X,（負(fù)則轉(zhuǎn)）,4.三類指令的指令周期,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,取指周期,間址周期,執(zhí)行周期,間接轉(zhuǎn)移,指令周期,四、中斷周期,程序斷點(diǎn)存入“0”地址,程序斷點(diǎn)進(jìn)棧,0 MAR,1 W,PC MDR,MDR M(M

4、AR),向量地址 PC,0 EINT,（置“0”）,0 EINT,（置“0”）,向量地址 PC,MDR M(MAR),PC MDR,1 W,中斷識(shí)別程序入口地址 M PC,(SP),1,MAR,本 節(jié) 結(jié) 束,9.2 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(lái)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)來(lái)自系統(tǒng)總線（控制總線）的控制信號(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)CU,CU 受標(biāo)志控制，標(biāo)志也是 CU 的輸入信號(hào),INTR 中斷請(qǐng)求,H

5、RQ 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,2.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),R,i,R,j,(PC)+1 PC,INTA,HLDA,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),MREQ,IO/M,RD,WR,ALU 、與、或,二、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(guò)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(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間為基準(zhǔn),若指令字長(zhǎng)=

6、存儲(chǔ)字長(zhǎng),取指周期=機(jī)器周期,不合理,合理,2.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,時(shí)鐘周期是控制計(jì)算機(jī)操作的最小單位時(shí)間,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,）,用時(shí)鐘周期控制產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)微操作命令,CLK,T,0,T,1,T,2,T,3,時(shí)鐘周期,機(jī)器周期,機(jī)器周期,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,3.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)指令周期包含若干個(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

7、址）,（執(zhí)行指令）,指令周期,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,機(jī)器周期,機(jī)器周期,（取指令）,（執(zhí)行指令）,指令周期,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,節(jié)拍,(狀態(tài)),節(jié)拍,(狀態(tài)),定長(zhǎng),不定長(zhǎng),4.機(jī)器速度與機(jī)器主頻的關(guān)系,機(jī)器的主頻,f,越快，機(jī)器的速度也越快,在機(jī)器周期所含時(shí)鐘周期數(shù)相同的前提下，,兩機(jī)平均指令執(zhí)行速度之比等于兩機(jī)主頻之比,機(jī)器速度不僅與主頻有關(guān)，還與機(jī)器周期中所含時(shí)鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù)，以及指令周期中所含的機(jī)器周期數(shù)有關(guān),MIPS,1,MIPS,2,=,f,1,f,2,機(jī)器速度還與

8、主存運(yùn)行速度、,Cache,、總線數(shù)據(jù)傳輸速率、硬盤運(yùn)行速度、是否采用指令流水等相關(guān),三、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,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,(1)采用定長(zhǎng)的機(jī)器周期,以最長(zhǎng)的微操作序列和最繁的微操作作為標(biāo)準(zhǔn),機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)相同，對(duì)短指令造成時(shí)間浪費(fèi),(2)采用不定長(zhǎng)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,T,0,T,1,

9、T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,節(jié)拍,(狀態(tài)),機(jī)器周期,機(jī)器周期,（取指令）,（執(zhí)行指令）,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,T,T,延長(zhǎng),機(jī)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,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,中央控制節(jié)拍,T,3,T,0,T,1,中央控制節(jié)拍,機(jī)器周期,執(zhí)行周期,指令周期,取指周期,T,0,T,1,T,2,T,3,局部控制的節(jié)拍寬度與,中央控制的節(jié)拍寬度一致,T,*,T,*,T,*,局部控制節(jié)拍,2.異步控制方式,無(wú)基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào),無(wú)固定的周期節(jié)拍和嚴(yán)格的時(shí)鐘同步,采用應(yīng)答方式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,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(jī)開關(guān),同步與異步相結(jié)合,小結(jié),每個(gè)控制信號(hào)在指定機(jī)器周期的指定節(jié)拍,T,時(shí)刻發(fā)出,機(jī)器周期 M,1,取指令操作碼,機(jī)器周期 M,2,取設(shè)備地址,機(jī)器周期 M,3,執(zhí)行 ACC 的內(nèi)容寫入設(shè)備,以一條輸出指令（,I/O 寫,）為例,本 章 結(jié) 束,