【正文】 ；167。 ③ Zout和 PCin有效，將運(yùn)算結(jié)果送寄存器 PC，記作 (Z)→PC 。第五章 控制方式與控制器 控制器的分類167。 當(dāng)計算機(jī)執(zhí)行指令時，控制器輸入的是計算機(jī)指令代碼，輸出的是微操作控制信號，因此微操作信號發(fā)生器是控制器的核心。根據(jù)產(chǎn)生微操作信號方式的不同， 控制器可分為組合邏輯控制器、微程序控制控制器、 PLA控制器三種。167。 組合邏輯控制器167。 又稱為硬布線控制器，它是采用組合邏輯技術(shù)來實現(xiàn)的，其微操作信號發(fā)生器是由門電路組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。這種分法是分立元件時代的產(chǎn)物，以使用最少器件數(shù)和取得最高操作速度為設(shè)計目標(biāo)。167。 組合邏輯控制器的 最大優(yōu)點(diǎn) 是速度快，但是微操作信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)不規(guī)整，使得設(shè)計、調(diào)試、維修較為困難，難以實現(xiàn)設(shè)計自動化。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。因此，它受到微程序控制器的強(qiáng)烈沖擊，僅有一些巨型機(jī)和 RISC機(jī)為了追求高速度仍采用組合邏輯控制器。 第五章 控制方式與控制器167。 微程序控制控制器167。 把微操作信號代碼化，使每一條機(jī)器指令轉(zhuǎn)化成為微程序存入控制存儲器中，微操作控制信號由微指令產(chǎn)生。167。 微程序控制器的設(shè)計思想和組合邏輯設(shè)計思想截然不同。它具有設(shè)計規(guī)整，調(diào)試、維修以及更改、擴(kuò)充指令方便的優(yōu)點(diǎn)，易于實現(xiàn)自動化設(shè)計，已稱為當(dāng)前控制器的主流。但是由于它多了一級控制存儲器，因此指令的執(zhí)行速度比組合邏輯控制器的要慢。167。 PLA控制器167。 PLA控制器是吸收前兩種控制方式而實現(xiàn)的。 它實際上也是一種組合邏輯控制器，但它又與常規(guī)的組合邏輯控制器的硬聯(lián)結(jié)構(gòu)不同，它是可編程的，某一微操作控制信號由 PLA的某一輸出函數(shù)產(chǎn)生。167。 第五章 控制方式與控制器圖 微操作信號發(fā)生器示意圖 第五章 控制方式與控制器 控制器的時序系統(tǒng)與控制方式167。 時序系統(tǒng)167。 時序系統(tǒng)是指控制器的心臟，其功能是為指令的執(zhí)行提供各種定時信號。167。 (1）指令周期和機(jī)器周期167。 指令周期 是指從取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的全部時間。由于各種指令的操作功能不同，有的簡單，有的復(fù)雜，因此各種指令的指令周期不盡相同。167。 機(jī)器周期 通常又稱為 CPU周期，每一條指令的指令周期是由若干個機(jī)器周期組成的，每個機(jī)器周期完成一個基本操作。一般機(jī)器的 CPU周期有取指周期、取數(shù)周期、存數(shù)周期、執(zhí)行周期、中斷周期等。所以 有：167。 指令周期＝ i 機(jī)器周期第五章 控制方式與控制器 控制器的時序系統(tǒng)與控制方式167。 不同的指令周期中所包含的機(jī)器周期數(shù)差別可能很大，一般情況下，一條指令所需的最短時間為兩個機(jī)器周期：取指周期和執(zhí)行周期。167。 (2）節(jié)拍167。 在一個機(jī)器周期內(nèi)，要完成的若干個微操作可以同時執(zhí)行，有的則需要按先后次序串行執(zhí)行。因而 需要把一個機(jī)器周期分為若干個相等的時間段，每個時間段對應(yīng)一個電位信號， 稱為節(jié)拍電位信號 。167。 節(jié)拍電位的寬度取決于 CPU完成一次基本動作的時間，如：ALU完成一次正確的運(yùn)算；寄存器間的一次傳送等。167。 (3）多級時序系統(tǒng)舉例167。 圖 、節(jié)拍、工作脈沖三級時序系統(tǒng)。圖中每個機(jī)器周期 M中包括四個節(jié)拍 T1～ T4，每個節(jié)拍內(nèi)有一個脈沖 P。在機(jī)器周期間、節(jié)拍電位間、工作脈沖間既不允許有重疊交叉，也不允許有空隙，應(yīng)該是一個接一個的準(zhǔn)確連接。167。 第五章 控制方式與控制器圖 三級時序系統(tǒng)第五章 控制方式與控制器167。 167。 (1）同步控制方式167。 同步控制方式用的是固定時序的控制方式，各項操作都由統(tǒng)一的時序信號控制，在每個機(jī)器周期中產(chǎn)生統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。由于不同的指令，操作時間長短不一致，同步控制方式應(yīng)以最復(fù)雜指令的操作時間作為統(tǒng)一的時間間隔標(biāo)準(zhǔn)。在同步控制方式中，各指令所需的時序由控制器統(tǒng)一發(fā)出，所有微操作都與時鐘同步。167。 (2）異步控制方式167。 異步控制方式用的是可變時序控制方式。各項操作不采用統(tǒng)一的時序，而根據(jù)指令或部件的具體情況決定，需要多少時間，就占用多少時間。各操作之間的銜接是由 “ 結(jié)束－起始 ” 信號來實現(xiàn)的。異步控制采用不同的時序，沒有時間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率。167。 (3）同 /異步混合控制方式167。 現(xiàn)代計算機(jī)中全采用同步或異步的控制方式比較少見，多數(shù)采用同 /異步混合控制方式。其設(shè)計思想時：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。第五章 控制方式與控制器 組合控制邏輯167。 模型機(jī)的指令系統(tǒng)與尋址方式167。 為了容易理解控制器的設(shè)計，假設(shè)一臺模型機(jī)，有：傳輸指令 MOV，算術(shù)運(yùn)算指令 ADD，邏輯右移指令 SHR，無條件轉(zhuǎn)移指令JMP，存數(shù)指令 ST。指令格式有單字節(jié)和雙字節(jié)兩種，如圖 示：167。 167。 圖 指令格式圖167。 尋址方式有 ：寄存器尋址，寄存器間接尋址，直接尋址，立即數(shù)尋址。167。 指令編碼及功能見表 5－ 1：第五章 控制方式與控制器指令編碼及功能見表 5－ 1：167。 注 :(1）圖中 “ ” 表示該位不用。167。 (2)圖中 ADDR表示一個內(nèi)存單元的 11位地址， imme表示 8位的立即數(shù)。167。 （ 3）指令的操作碼占指令第一個字節(jié)的高 3位（ d7d6d5），并且由 d7區(qū)分指令是單字節(jié)指令還是雙字節(jié)指令。 d7=1時，指令為單字節(jié)指令；否則指令為雙字節(jié)指令。167。 （ 4）表中 Ri， Rj表示寄存器，占 2個二進(jìn)制位，且互不相同。第五章 控制方式與控制器 模型機(jī)的 CPU及硬件組織167。 模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路如圖 。 全機(jī)采用總線結(jié)構(gòu) ，分為 CPU內(nèi)部總線和系統(tǒng)總線。指令部件、算術(shù)邏輯部件、通用寄存器組等 CPU組織都接在 CPU內(nèi)部總線上，主存儲器 MM、 I/O接口都接在系統(tǒng)總線上。 CPU內(nèi)部總線有內(nèi)部數(shù)據(jù)總線 IDB和內(nèi)部地址總線 IAB之分，系統(tǒng)總線有系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線 ODB和系統(tǒng)地址總線 OAB之分， CPU內(nèi)部和系統(tǒng)總線之間采用三態(tài)緩沖器相連，其中數(shù)據(jù)總線采用雙向三態(tài)緩沖器，地址總線采用單向三態(tài)緩沖器。第五章 控制方式與控制器167。 圖 R0～ R3表示 CPU內(nèi)部的四個通用寄存器，ACT是接在 ALU輸入端的一個暫存器