第九章 控制单元的功能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9.1 微操作命令的分析,9.2 控制单元的功能,第九章 控制单元的功能,9.1 微操作命令的分析,完成一条指令分四个工作周期,取址周期,间址周期,执行周期,中断周期,一、取指周期,PC,MAR,地址线,1,R,M（MAR）,MDR,MDR,IR,（PC）+1,PC,CPU,+1,PC,CU,MAR,MDR,地址总线,数据总线,控制总线,IR,存储器,二、间址周期,指令形式地址,MAR,1,R,M（MAR）,MDR,Ad（IR）,MAR,Ad（IR）,MDR,MAR,CU,地址总线,数据总线,控制总线,存储器,CPU,MDR,IR,三、执行周期,1 非访存指令,（1）,CLA,清,A,0,ACC,（2）,COM,取反,ACC,ACC,（3）,SHR,算术右移,L（ACC）,R（ACC）,ACC,0,ACC,0,（4）,CSL,循环左移,R（ACC）,L（ACC）,ACC,0,ACC,n,（5）,STP,停机指令,0,G,2 访存指令,（1）加法指令,ADD X,Ad（IR）,MAR,1,R,M（MAR）,MDR,（ACC）+（MDR）,ACC,（2）存数指令,STA X,Ad（IR）,MAR,1,W,ACC,MDR,M（MAR）,MDR,（3）取数指令,2 访存指令,LDA X,Ad（IR）,MAR,1,R,MDR,MDR,M（MAR）,ACC,3 转移指令,（1）无条件转移,（2）条件转移,JMP X,BAN X,Ad（IR）PC,A,0,*Ad（IR）+A,0,（PC）PC,（,负则转,）,4 三类指令的指令周期,非访存,指令周期,直接访存,指令周期,间接访存,指令周期,转移,指令周期,执行周期,取指周期,执行周期,取指周期,执行周期,取指周期,间址周期,取指周期,执行周期,四、中断周期,程序断点存入,“0”地址,程序断点,进栈,0 MAR,（SP）-1 MAR,1 W,1 W,PC MDR,PC MDR,MDR M（MAR）,MDR M（MAR）,向量地址,PC,向量地址,PC,0,EINT,（,置“0”）,0,EINT,（,置“0”）,中断识别程序入口地址,M PC,9.2 控制单元的功能,一、控制单元的外特性,指令寄存器,控制单元,CU,时钟,标志,CPU,内部的控制信号,到系统总线的控制信号,来自系统总线的控制信号,系统总线,(1)时钟,(2)指令寄存器,(4)外来信号,(3)标志,CU,受时钟控制,控制信号,与操作码有关,OP(IR)CU,CU,受标志控制,INTR,中断请求,HRQ,总线请求,一个时钟脉冲,发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令,如,1 输入信号,(1),CPU,内的各种控制信号,(2),送至控制总线的信号,R,i,R,j,(,PC)+1 PC,INTA,中断响应信号,HLDA,总线响应信号,访存控制信号,MREQ,访,IO,/,存储器的控制信号,IO/M,读命令,RD,写命令,WR,ALU,、与、或 ,2 输出信号,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,M,D,R,M,A,R,控制信号,标志,控制,信号,取指周期,以,ADD X,为例,1.不采用,CPU,内部总线的方式,C,0,C,1,C,2,C,3,C,4,M,D,R,PC,M,A,R,IR,CU,二、控制信号举例,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,M,D,R,M,A,R,控制信号,标志,控制,信号,1.不采用,CPU,内部总线的方式,C,1,C,2,C,3,C,5ADD X,间址周期,M,D,R,M,A,R,M,D,R,IR,二、控制信号举例,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,M,D,R,M,A,R,控制信号,标志,控制,信号,1.不采用,CPU,内部总线的方式,C,1,C,2,C,5,ADD X,执行周期,C,7,C,6,C,8,M,A,R,AC,ALU,M,D,R,M,D,R,控制,信号,二、控制信号举例,MDR,MDR,CU,(1),ADD X,取指周期,PC,CU,发读命令,1,R,MDR,OP（IR）,（,PC）+1 PC,IR,PC,MAR,AC,Y,ALU,Z,控制信号,IR,i,IR,i,PC,O,PC,O,MAR,i,MAR,iMDR,O,MDR,O,数据线,数据线,控制信号,CPU,内,部,总,线,时钟,地址线,地址线,MAR,MDR,IR,CU,9.2,IR,PC,PC,MDR,MAR,CU,IR,2 采用,CPU,内部总线方式,MDR,1,R,MDR,有效地址,Ad（IR）,MDR,O,MDR,O,数据线,数据线,时钟,CU,IR,PC,MAR,MDR,AC,Y,ALU,Z,控制信号,控制信号,CPU,内,部,总,线,MDR,IR,MAR,i,MAR,i,地址线,地址线,MAR,IR,i,IR,i,MAR,MDR,IR,MDR,MDR,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,形式地址,MAR,(2),ADD X,间址周期,时钟,CU,IR,PC,MAR,MDR,AC,Y,ALU,Z,控制信号,CPU,内,部,总,线,MDR,O,MDR,O,1,R,MDR,Z,AC,（,AC）+（Y）,MDR,控制信号,MAR,MDR,地址线,地址线,数据线,数据线,MAR,MDR,Y,MDR,MDR,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,MDR,O,Y,i,Y,i,Y,ALU,AC,AC,O,AC,O,ALU,i,ALU,i,ALU,ALU,AC,Z,Z,Z,Z,O,Z,O,AC,i,AC,i,AC,AC,AC,AC,MAR,i,MAR,i,ALU,AC,(3),ADD X,执行周期,三、多级时序系统,1 机器周期,（1）,机器周期的概念,所有指令执行过程中的一个基准时间,（2）,确定机器周期需考虑的因素,每条指令的执行,步骤,每一步骤,所需的,时间,（3）,基准时间的确定,以完成,最复杂,指令功能的时间,为准,以,访问一次存储器,的时间,为基准,若指令字长=存储字长,取指周期,=,机器周期,2 时钟周期,（节拍、状态）,一个机器周期内可完成若干个微操作,每个微操作需一定的时间,将一个机器周期分成若干个时间相等的时间段（,节拍、状态、时钟周期,）,用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令,2 时钟周期,（节拍、状态）,时钟周期,CLK,T,0,T,1T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,机器周期,3 多级时序系统,机器周期、节拍（状态）组成多级时序系统,一个指令周期包含若干个机器周期,一个机器周期包含若干个时钟周期,CLK,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,机器周期,（取指令）,（取有效指令）,（执行指令）,指令周期,节拍,(状态),节拍,(状态),T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,T,0,T,1,T,2,机器周期,（取指令）,（执行指令）,指令周期,四、控制方式,产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式,1 同步控制方式,任一微操作均由,统一基准时标,的时序信号控制,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,机器周期,（取指令）,（取有效指令）,（执行指令）,指令周期,节拍,(状态),（1）采用,完全统一,的机器周期和节拍,以,最长,的,微操作序列,和,最繁,的微操作作为,标准,（2）,采用不同节拍的机器周期,节拍,(状态),T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,T,0,T,1,T,2,机器周期,（取指令）,（执行指令）,指令周期,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,T,0,T,1,T,2,T,3,TT,机器周期,延长,（取指令）,（执行指令）,（3）,采用中央控制和局部控制相结合的方法,T,0,T,1,T,2,T,3,机器周期,取指周期,执行周期,指令周期,T,3,T,0,T,1,中央控制节拍,T,*,T,*,T,*,局部控制节拍,T,0,T,1,T,2,T,3,T,0,T,1,T,2,中央控制节拍,局部控制的节拍宽度与,中央控制的节拍宽度一致,2,异步控制方式,无基准时标信号,无固定的周期节拍和严格的时钟同步,采用,应答方式,3,联合控制方式,4,人工控制方式,同步与异步相结合,（1）,Reset,（2）,连续,和,单条,指令执行转换开关,（3）符合停机开关,小结,每个,控制,信号,在,指定机器周期,的,指定节拍,T,时刻,发出,以一条输出指令（,IO,写,）为例,机器周期,M,1,取指令操作码,机器周期,M,2,取设备地址,机器周期,M,3,执行,ACC,的内容写入设备,