【正文】 CPU做 1個動作： ? 把指令寄存器中地址碼部分 (30)裝入地址寄存器 MAR， 執(zhí)行： IR?MAR操作 . 20 第三個 CPU周期， 取操作數(shù)、兩數(shù)相加 CPU完成兩件事： ① 取操作數(shù) ② 加法操作 。 CPU做 4個動作： ① MAR?ABUS ② DBUS?MDR ③ MDR?ALU ④ add ， ALU?AC CPU完成指令操作 21 ③ STA指令的指令周期 程序的第三條指令是“ STA 40”，這是一條訪問內存的存數(shù)指令。STA指令由三個 CPU周期組成。 第一個 CPU周期為取指令階段，它與 CLA、 ADD指令相同。第二個CPU周期把指令寄存器中地址碼部分的形式地址 40裝到地址寄存器，過程跟 ADD指令送操作數(shù)地址完全一樣。我們討論第三個 CPU周期。 22 第三個 CPU周期， 數(shù)據(jù)寫入內存 CPU完成兩件事： ① 累加器內容傳送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器中； ② 把該數(shù)據(jù) 存入所選定的內存單元 (40)中 。 CPU做 4個動作： ① AC?MDR ② MAR?ABUS ③ MDR?DBUS ④ write CPU完成指令操作 23 ④ NOP指令和 JMP指令的指令周期 程序現(xiàn)在已經進行到第四條指令 “ NOP”指令，這是一條空操作指令。這里不再給出指令周期圖，其中第一個 CPU周期中取指令， CPU把 23號單元的“ NOP”指令取出放到指令寄存器，第二個 CPU周期中執(zhí)行該指令。因譯碼器譯出是“ NOP”指令，在第二個 CPU周期中微操作信號發(fā)生器不發(fā)出任何控制信號。 程序進行到第五條指令，即“ JMP 21”指令，這是一條程序控制指令。其含義是改變程序的執(zhí)行順序，無條件地轉移到地址 21執(zhí)行指令。 JMP指令周期由兩個 CPU周期組成 。我們從第二個 CPU周期討論。 24 第二個 CPU周期， 送轉移地址 CPU完成一件事： ? 把指令寄存器中的地址碼部分 21送到程序計數(shù)器 ， 用新的內容 21取代 PC中原先的內容 25。 CPU做 1個動作： ? IR?PC CPU完成指令操作 25 用方框圖來表示指令周期 一個 方框 代表一個 CPU周期， 菱形 符號通常用來表示某種判別或測試，時間上依附于與它相鄰的前面一個方框的 CPU周期，不單獨占用時間。“ ~” 表示公操作，如指令執(zhí)行結束后， CPU對外設中斷請求的處理等。 不單獨占 CPU周期 26 三、時序部件與控制方式 在日常生活中，我們學習、工作和休息遵循作息時間，以維持正常的秩序。在計算機系統(tǒng)中也有一個類似 “ 作息時間 ”的東西，它叫時序部件。 由于計算機高速地進行工作，每一個動作的時間是非常嚴格的，不能有任何差錯。時序系統(tǒng)是控制器的心臟，其功能是為指令的執(zhí)行提供各種定時信號。 27 時序信號的作用和體制 我們曾經問過， CPU是怎么識別數(shù)據(jù)和指令的？結論如下： ? 從時間上來說，取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個 CPU周期，即發(fā)生在 “ 取指令 ” 階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令周期的后面幾個 CPU周期，即發(fā)生在 “ 執(zhí)行指令 ” 階段。 ? 從空間上來說，如果取出的 代碼是指令 ，那么一定送往指令寄存器，如果取出的 代碼是數(shù)據(jù) ，那么一定送往運算器。 ? 從地址的來源講，指令地址來源于程序計數(shù)器，而數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。 時序信號的作用 就是用來劃分時段，對各種操作信號嚴格定時，使多個控制信號在時間上相互配合，從而完成某一特定功能 . 28 三級時序體制（系統(tǒng)） 一個指令周期分為若干 機器周期 （ CPU周期）；一個機器周期再劃分為若干相等的時間段，每個時間段用一個電位信號來表示，稱為 節(jié)拍電位 ；在節(jié)拍中執(zhí)行的微操作，需要同步定時脈沖來配合 ，稱為 工作脈沖 。 節(jié)拍電位 工作脈沖 節(jié)拍脈沖 機器周期 CPU周期 29 時序部件 ? 下圖是組合邏輯控制器的時序部件結構圖，由時鐘源、啟?？刂七壿嫛?CPU周期信號發(fā)生器、節(jié)拍電位信號發(fā)生器、節(jié)拍脈沖（工作脈沖）發(fā)生器等部分組成。 ? 時鐘源用來為整個機器提供頻率穩(wěn)定的方波時鐘脈沖信號，通常由石英晶體振蕩器和與非門組成的正反饋電路組成。 30 節(jié)拍脈沖信號發(fā)生器 ? 觸發(fā)器 C1C0構成兩位循環(huán)移位寄存器。開始時由清零信號 CLR將C1C0清為 00，然后在 Clock上升沿和下降沿的作用下規(guī)律性地變化： 00?01?11?10，譯碼后輸出節(jié)拍脈沖 P0、 P P P3。 31 節(jié)拍電位信號發(fā)生器 ? 節(jié)拍電位信號發(fā)生器可由循環(huán)移位寄存器組成。開始由清零信號 CLR將移位寄存器清為 0001，然后在脈沖信號 clock作用下，按 0001?0010?0100?1000 ?規(guī)律變化，從而輸出節(jié)拍電位 T0、 T T T3 。 32 CPU周期信號發(fā)生器 ? CPU周期信號一般設置單獨的觸發(fā)器表示，有幾個周期就設置幾個觸發(fā)器。例如，某計算機系統(tǒng)設有取指令、取操作數(shù)和執(zhí)行三個 CPU周期，便設立三個觸發(fā)器分別表示。 ? 每個 CPU周期狀態(tài)的建立信號由微操作信號發(fā)生器產生，而且是在上一個 CPU周期的最后一個節(jié)拍脈沖信號的下降沿建立。 33 啟停控制邏輯 ? 計算機工作期間，要求時序信號必須是完整的。也就是說，不能從半個脈沖處開始工作；也不能在半個脈沖處結束工作。啟停控制邏輯用來保證這一要求的實現(xiàn)。 ? 因為 T3的下降沿正是 T0的上升沿，所以用 T3信號作為 Cr觸發(fā)器的時鐘端輸入，就可以保證在 T0的前沿開啟時序部件工作，而在 T3的后沿關閉時序部件。 啟動、停機 信號平時為 高電平 34 時序控制方式 控制不同操作序列的時序信號的方法，稱為時序控制方式。常用的控制方式有三種：同步控制、異步控制、聯(lián)合控制，其實質反映了時序信號的定時方式。 ? 同步控制方式 ：用統(tǒng)一發(fā)出的時序信號對各項操作進行同步和控制，每個 CPU周期中產生相同數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖 。 ? 異步控制方式 ：異步控制方式中沒有統(tǒng)一的時鐘信號，各部件按自身固有的速度工作?？刂破靼l(fā)出某操作控制信號后，等待執(zhí)行部件發(fā)回完成操作的 “ 回答 ” 信號，再開始新的操作。 ? 聯(lián)合控制方式 ：聯(lián)合控制是同步控制和異步控制相結合的方式。對大多數(shù)節(jié)拍數(shù)相近的指令，采用同步控制；而對于節(jié)拍數(shù)多的少數(shù)指令或節(jié)拍數(shù)不固定的指令，采用異步控制。 計算機系統(tǒng) 多采用 CPU、設備 內部多采用 35 四、 微程序控制原理 ? 計算機解題時，總是把一個復雜的問題化成一步一步的算術運算或邏輯運算等基本操作來做，每一個基本操作稱為一條指令。 ? 我們在指令周期中又講到，一條指令的執(zhí)行通過分解為更小的若干動作來實現(xiàn)。例如指令執(zhí)行過程分解為 “ 取指令、取操作數(shù)、執(zhí)行指令 ” 三個階段；就取指令來說，又被分解為 “ 從內存取指令、程序計數(shù)器 PC+指令譯碼 ” 三個微小的動作。 ? 如何產生這些微小的動作有不同的方法。目前，大多數(shù)計算機普遍采用 微程序設計技術 來產生這些微動作。 36 微程序控制原理（續(xù)） ? 微程序設計的概念和原理最早是英國劍橋大學的 Wilkes教授在 1951年提出來的。 由于當時不具備制造存放微程序的控制存儲器技術，實際上并沒有真正使用 。 ? 1964年，在 IBM360機器上將微程序設計技術付諸于實踐，成功地用于控制器的設計。 ? 微程序設計技術是將程序設計技術和存儲技術相結合，用程序設計的思想來組織這些微小操作的產生邏輯，即把這些操作控制信號編制成所謂的微指令，存放在一個只讀存儲器里；當機器運行時，一條一條讀出這些微指令，來產生指令執(zhí)行過程中所需要的各種控制信號。 37 微命令和微操作 ? 一臺計算機基本上可以劃分為兩大部分 —