【正文】 器，而數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。 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。 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。其含義是改變程序的執(zhí)行順序，無條件地轉(zhuǎn)移到地址 21執(zhí)行指令。 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(jīng)進行到第四條指令 “ NOP”指令，這是一條空操作指令。 第一個 CPU周期為取指令階段，它與 CLA、 ADD指令相同。 19 第二個 CPU周期， 送操作數(shù)地址 CPU完成一件事： ? 送操作數(shù)地址到地址寄存器 MAR。 CPU已完成指令操作 18 ② ADD指令的指令周期 第二條指令是“ ADD 30”指令，這是一條通過訪問內(nèi)存取數(shù)并執(zhí)行加法的指令。 CPU做 2個動作： ? 微操作信號發(fā)生器送一控制信號 (C)給算術(shù)邏輯單元 ALU。例如，從主存取出一條指令就需要一個 CPU周期。 13 指令周期的基本概念 ? CPU取指令 — 執(zhí)行指令的序列： ? 指令周期 是取出并執(zhí)行完一條指令的時間。 ? 通常，用總線連接 CPU內(nèi)部各部件。微操作控制信號有嚴格的時間要求，絕不能出現(xiàn)任何差錯。 10 控制器的核心部件 ? 微操作信號發(fā)生器 ：控制器的核心部件，其功能是根據(jù)指令操作碼、狀態(tài)信息和時序信號，產(chǎn)生各種微操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的任務。 ? 地址寄存器（ MAR） ：地址寄存器用來保存 CPU當前所訪問的內(nèi)存單元的地址。 9 CPU中的主要寄存器（續(xù)） ? 數(shù)據(jù)緩沖寄存器（ MDR） ：用來暫存由內(nèi)存讀出或?qū)懭雰?nèi)存的指令和數(shù)據(jù)，是 CPU和內(nèi)存、外部設(shè)備信息傳送的中轉(zhuǎn)站 。比如，一次內(nèi)存讀寫操作，或一個算術(shù)邏輯運算操作等。完成數(shù)據(jù)的加工處理，是 CPU的核心任務。 4 CPU具備以下功能 CPU具備以下四個方面的功能： ? 指令控制：保證機器按順序執(zhí)行程序是 CPU的首要任務。之后，一旦把程序裝入主存，就可以由計算機自動地完成取出指令和執(zhí)行指令的任務。 CPU的主要功能是執(zhí)行指令，控制并完成各種操作，包括運算操作、傳送操作、輸入輸出操作等。 ? 為了實現(xiàn)這些功能，需要解決 4個關(guān)鍵問題。 在程序運行過程中，在計算機的各部件之間傳送著指令和數(shù)據(jù)，形成了指令流和數(shù)據(jù)流。 ? 操作控制： CPU根據(jù)指令的要求，產(chǎn)生需要的操作信號。 5 CPU的基本組成 CPU由 運算器 和控制器組成 6 運算器的組成與主要功能 ? 運算器的組成： ? 算術(shù)邏輯單元（ ALU） ? 累加寄存器 ? 狀態(tài)標志寄存器 ? 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 ? 運算器的功能（前面已經(jīng)介紹過）： ? 執(zhí)行所有的算術(shù)運算 ? 執(zhí)行所有的邏輯運算 通常算術(shù)運算產(chǎn)生一個結(jié)果，而邏輯運算產(chǎn)生一個判斷。 ? 指揮并控制 CPU、內(nèi)存以及輸入輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動方向。 ? 指令寄存器（ IR） ：用來存放當前正在執(zhí)行的一條指令。只要 CPU和內(nèi)存交換信息，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。 根據(jù)產(chǎn)生微操作控制信號的不同方式，控制器分為組合邏輯型、存儲邏輯型以及組合邏輯與存儲邏輯結(jié)合型三種。時序部件的作用是對各種操作實施時間上的控制。有三種內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，即單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)，我們曾在四章關(guān)于運算器的組織中介紹過。因為各種指令的操作功能不同，所以指令周期也不完全相同。 ? 以下通過一個簡單程序的執(zhí)行過程來說明指令周期的概念。 Cout。 ADD指令的指令周期由三個 CPU周期組成。 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 。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。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。 JMP指令周期由兩個 CPU周期組成 ?！?~” 表示公操作，如指令執(zhí)行結(jié)束后， CPU對外設(shè)中斷請求的處理等。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。 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 。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。例如，某計算機系統(tǒng)設(shè)有取指令、取操作數(shù)和執(zhí)行三個 CPU周期，便設(shè)立三個觸發(fā)器分別表示。啟停控制邏輯用來保證這一要求的實現(xiàn)。 ? 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(chǎn)生相同數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖 。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。 ? 如何產(chǎn)生這些微小的動作有不同的方法。 ? 1964年，在 IBM360機器上將微程序設(shè)計技術(shù)付諸于實踐，成功地用于控制器的設(shè)計。 ? 控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出控制命令，通常把這種控制命令叫做 微命令 。所謂 相容性 微命令是指（同一微周期）那些可以同時產(chǎn)生、并行執(zhí)行的微命令。 ? +、 、 M三個微命令是互斥性的微命令， 8是互斥性的微命令， 9三個微命令也互相斥性的。 39 微指令和微程序 ? 一條 微指令 是實現(xiàn)一定操作功能的若干微命令的集合，是存儲在控制存儲器中的一個控制字。這條微指令中的前 17位對應操作控制部分，每一位表示一個微命令。一條機器指令對應一個微程序?？刂拼鎯ζ鞯淖珠L就是微指令字的長度。 ? 微指令寄存器（ μIR）：用來存放從控制存儲器中讀出的微指令，其位數(shù)和微指令字長相等。 ① 執(zhí)行取指令公操作。 ④ 執(zhí)行完一條機器指令所對應的一段微程序后，又回到取指微程序的入口地址，準備取下一條機器指令。 ? 一條機器指令對應一段微程序，機器指令的執(zhí)行過程就是與之對應的微程序的執(zhí)行過程， 機器指令執(zhí)行過程中的微命令由微指令來產(chǎn)生 。 例如，某機器有 16條機器指令，操作碼由 4位二進制數(shù)就能表示，分別為 0000， 0001， … ， 1111，假設(shè)微程序由 4條微指令構(gòu)成。 例如， 先分類轉(zhuǎn)移 ，把位數(shù)一樣、位置固定的分為一類； 再用操作碼對應微程序入口地址，第二次 按操作碼轉(zhuǎn)移 。在順序執(zhí)行微指令時，后繼地址由現(xiàn)行微地址加上一個增量來產(chǎn)生（通常 +1）；在非順序執(zhí)行微指令時，由轉(zhuǎn)移微指令實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。（ 能否把地址寄存器改造為程序計數(shù)器？ ） ? 增量方式的優(yōu)點是簡單、編制微程序容易；缺點是在微程序中會出現(xiàn)大量的轉(zhuǎn)移微指令（約占 25%），另外又要區(qū)分普通微指令和轉(zhuǎn)移微指令，使得微程序控制電路復雜化。 50 后繼微地址的形成（續(xù)三） ? 增量和斷定結(jié)合方式 ：增量方式與斷定方式的結(jié)合，既要在微程序控制器中設(shè)置微程序計數(shù)器，又要在每條微指令中設(shè)置順序控制