【正文】 用下，產(chǎn)生具體的控制操作信號(hào)。 （ 1）程序計(jì)數(shù)器 PC：指令地址寄存器，用來(lái)指出在內(nèi)存中存放的將要取的指令的單元地址。1 計(jì)算機(jī)組成原理 The Principle of Computer 主講 陳付龍 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 （ 2020年 3月） 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 2 第 6章 控制系統(tǒng)與 CPU 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 3 控制器是計(jì)算機(jī)的指揮和控制中心 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 4 （ 1）產(chǎn)生操作控制電位 （ 2）形成操作數(shù)的有效地址， 以進(jìn)行存 /取，或形成轉(zhuǎn)移地址 以實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移 開始 取指令， PC增量 → PC 尋址？ 計(jì)算地址 轉(zhuǎn)移指令？ 取操作數(shù) 執(zhí)行指令，保存結(jié)果 異常 /中斷？ 轉(zhuǎn)去處理 執(zhí)行轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)向地址 → PC N N N Y Y Y 指令執(zhí)行的一般流程 分析指令 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 5 程序控制原理 編程 送主存（通過輸入設(shè)備） 機(jī)器工作時(shí)，是按一定的序列逐條取出指令，分析指令，執(zhí)行指令，并自動(dòng)轉(zhuǎn)到下一條指令執(zhí)行，直到程序規(guī)定的任務(wù)完成。傳送指令地址給 MAR。 （ 4）地址形成部件：根據(jù)尋址方式的不同，用來(lái)形成操作數(shù)有效地址的功能部件。 FO（ ） —— 由用戶定義的標(biāo)志位。 控制器的組成 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 11 時(shí)序控制部件就是用來(lái)產(chǎn)生各部件進(jìn)行微操作所需要的定時(shí)控制信號(hào)的部件，保證各個(gè)微操作的執(zhí)行順序。微操作控制邏輯的作用是把操作碼譯碼器輸出的控制電位，時(shí)序信號(hào)以及各種控制條件進(jìn)行組合，按一定時(shí)間順序產(chǎn)生并發(fā)出一系列微操作控制信號(hào)，以完成指令規(guī)定的全部操作。 (2)存儲(chǔ)邏輯型（微程序控制邏輯法） 將程序設(shè)計(jì)的思想方法引入控制器的控制邏輯； 將各種操作控制信號(hào)以編碼信息字的形式存入控制存儲(chǔ)器中（ CM）； 一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一道微程序，機(jī)器指令執(zhí)行的過程就是微程序執(zhí)行的過程。 又稱為固定時(shí)序控制方式或無(wú)應(yīng)答控制方式。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作控制容易實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：每一條指令執(zhí)行完畢后都必須向控制時(shí)序部件發(fā)回一個(gè)回答信號(hào)，控制器收到回答信號(hào)后，才開始下一條指令的執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)中兩個(gè)部件A和 B進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，若 A發(fā)出 “ 請(qǐng)求 ” 信號(hào)，則必須有B的 “ 回答 ” 信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答，這次操作才是有效的，否則無(wú)效。它用其產(chǎn)生的周期狀態(tài)，節(jié)拍電位及時(shí)標(biāo)脈沖去對(duì)指令周期進(jìn)行時(shí)間劃分，刻度和標(biāo)定。 時(shí)序系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 19 周期 （ 1） 在一個(gè)控制階段內(nèi)均持續(xù)起作用的信號(hào)； （ 2） 通常用周期狀態(tài)寄存器來(lái)標(biāo)志和指明某某周期控制； （ 3） 指令周期可分為取指周期、分析周期、執(zhí)行周期。三級(jí)時(shí)序的組合關(guān)系如圖所示。 A 177。 分析： （ 1）（ PC） → MAR， READ， PC →Y ；送指令地址，讀主存 （ 2） MEM →MDR →IR ，（ Y） +1 →Z ；取指令到 IR， PC+1暫存于 Z （ 3）（ Z） → PC ； PC+1 →PC （ 4）（ R1） → MAR， READ ；送源操作數(shù)地址 （ 5） MEM →MDR →Y ；取出源操作數(shù)到 Y中 （ 6）（ Y） +（ R0） → Z ；執(zhí)行加法運(yùn)算，結(jié)果暫存于 Z （ 7）（ Z） → R0 ；加法結(jié)果送回目標(biāo)寄存器 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 25 F→IR 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及流程分析 IR PC R0 R1 R2 Y TEMP MDR R3 ALU ID 控 制 信 號(hào) 邏 輯 時(shí)序 部件 … B F B A INC DEC ADD SUB Gon F→PC F→R0 F→R1 F→R2 F→R3 F→MDR F→TEMP F→Y IR→B PC→B R0→B R1→B R2→B R3→B MDR→B TEMP→B MEM MAR F→MAR R W DBUS ABUS 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 26 數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及流程分析 【 例 】 在上圖中， F為發(fā)送總線， B為 接收總線，它們通過總線連接器 G可直接連接，當(dāng) Gon=1時(shí)， G被打開， B的數(shù)據(jù)可傳向 F；當(dāng) Gon=0時(shí)， G被關(guān)閉，兩總線隔離，且 ALU可以實(shí)現(xiàn) A177。其中，源操作數(shù)在前。P 1→FT 1→ST 1→DT 1→ET 一個(gè)周期 =4個(gè)節(jié)拍 T0、 T T T3 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 34 模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng) 每個(gè)周期內(nèi)可完成主存的一次讀 /寫操作。 T0 amp。 P ≥1 DTDR ET 微程序控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用的原因 （ 1） 物質(zhì)基礎(chǔ)： ROM （ 2） 靈活性 （ 3）提高了可靠性，可利用性及可維護(hù)性 (簡(jiǎn)稱RAS技術(shù) )，大大優(yōu)化了硬件控制技術(shù)。 （ 2） 從性能上來(lái)比較 在同樣的半導(dǎo)體工藝條件下，微程序控制的速度比組合邏輯控制方式的速度低，這是因?yàn)閳?zhí)行每條微指令都要從控存中讀取一次，影響了速度，而組合邏輯控制方式取決于電路延遲，因而在超高速計(jì)算機(jī)中，對(duì)影響速度的關(guān)鍵部分例如 CPU，往往采用組合邏輯控制方法。微操作是微命令在時(shí)序的配合作用下的操作過程。 5) 微周期 微周期就是從控制存儲(chǔ)器中讀出一條微指令并執(zhí)行相應(yīng)操作所需要的時(shí)間。 4)微地址寄存器 ?MAR: 接收微地址形成部件送來(lái)的微地址。按不譯法編碼的微指令，又稱水平微指令。 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 49 最短編譯法 （ 1） 含義：每一條微指令只定義一個(gè)微命令。 （ 3） 優(yōu)點(diǎn)： A：編程簡(jiǎn)單； B：微指令字中各位都得到充分利用。這是微命令的相容性。 這種編譯法適用于把那些不同類型的，不常用的，但數(shù)量又可觀的“零散”的微命令編入少數(shù)幾個(gè)字段之中，以減少微指令字的長(zhǎng)度，組合編譯更多的微命令。 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 53 （ 2）當(dāng)每類指令的操作碼位數(shù)與位置固定，而各類指令之間的操作碼位數(shù)與位置不固定時(shí)，可采用分級(jí)轉(zhuǎn)移的方法。通常采用兩種方法形成后繼微地址： （ 1）增量方式 這種方式和機(jī)器指令的控制方式類似。 （ 2）在微指令字的格式中，增設(shè)下地址字段之后，就可以用微地址寄存器 (?MAR)取代微程序計(jì)數(shù)器。 (B)無(wú)條件轉(zhuǎn)向的后繼微地址，可以由現(xiàn)行微指令字的下地址字段確定。垂直微程序存放于微程序存儲(chǔ)器中。 微程序設(shè)計(jì)方法 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 59 微程序控制器設(shè)計(jì)步驟 計(jì)算機(jī)組成原理 西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 60 舉例：模型機(jī)的微程序