【正文】 ，在第二個(gè) CPU周期中微操作信號(hào)發(fā)生器不發(fā)出任何控制信號(hào)。我們從第二個(gè) CPU周期討論。 不單獨(dú)占 CPU周期 26 三、時(shí)序部件與控制方式 在日常生活中，我們學(xué)習(xí)、工作和休息遵循作息時(shí)間，以維持正常的秩序。 27 時(shí)序信號(hào)的作用和體制 我們?cè)?jīng)問過， CPU是怎么識(shí)別數(shù)據(jù)和指令的？結(jié)論如下： ? 從時(shí)間上來說，取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個(gè) 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(gè) CPU周期，即發(fā)生在 “ 執(zhí)行指令 ” 階段。 節(jié)拍電位 工作脈沖 節(jié)拍脈沖 機(jī)器周期 CPU周期 29 時(shí)序部件 ? 下圖是組合邏輯控制器的時(shí)序部件結(jié)構(gòu)圖，由時(shí)鐘源、啟?？刂七壿?、 CPU周期信號(hào)發(fā)生器、節(jié)拍電位信號(hào)發(fā)生器、節(jié)拍脈沖（工作脈沖）發(fā)生器等部分組成。 31 節(jié)拍電位信號(hào)發(fā)生器 ? 節(jié)拍電位信號(hào)發(fā)生器可由循環(huán)移位寄存器組成。 ? 每個(gè) CPU周期狀態(tài)的建立信號(hào)由微操作信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生，而且是在上一個(gè) CPU周期的最后一個(gè)節(jié)拍脈沖信號(hào)的下降沿建立。 ? 因?yàn)?T3的下降沿正是 T0的上升沿，所以用 T3信號(hào)作為 Cr觸發(fā)器的時(shí)鐘端輸入，就可以保證在 T0的前沿開啟時(shí)序部件工作，而在 T3的后沿關(guān)閉時(shí)序部件。 ? 異步控制方式 ：異步控制方式中沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)，各部件按自身固有的速度工作。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 多采用 CPU、設(shè)備 內(nèi)部多采用 35 四、 微程序控制原理 ? 計(jì)算機(jī)解題時(shí)，總是把一個(gè)復(fù)雜的問題化成一步一步的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算等基本操作來做，每一個(gè)基本操作稱為一條指令。目前，大多數(shù)計(jì)算機(jī)普遍采用 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) 來產(chǎn)生這些微動(dòng)作。 ? 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是將程序設(shè)計(jì)技術(shù)和存儲(chǔ)技術(shù)相結(jié)合，用程序設(shè)計(jì)的思想來組織這些微小操作的產(chǎn)生邏輯，即把這些操作控制信號(hào)編制成所謂的微指令，存放在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器里；當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)，一條一條讀出這些微指令，來產(chǎn)生指令執(zhí)行過程中所需要的各種控制信號(hào)。執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，叫做 微操作 ，它是最基本的、不可再分的操作。所謂 互斥性 微命令是指（同一微周期）那些不能同時(shí)產(chǎn)生和執(zhí)行的微命令。它們是不能同時(shí)產(chǎn)生的。 ? 存放微指令的控制存儲(chǔ)器的單元地址稱為 微地址 。當(dāng)某一位為 1時(shí)，表示發(fā)出微命令；當(dāng)某一位為 0時(shí)，表示不發(fā)出微命令。 41 微程序控制器的組成 圖 22給出了一個(gè)微程序控制器原理框圖，包括控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器、微地址形成部件和微地址寄存器四部分。對(duì)控制存儲(chǔ)器的要求是速度要快。 ? 微地址形成部件：用來產(chǎn)生下一條微指令地址，是由機(jī)器指令操作碼、運(yùn)行狀態(tài)以及微指令順序控制字段給出的信息來形成的。取指令操作對(duì)所有機(jī)器指令都一樣，通常由一段取指微程序來完成（取機(jī)器指令），屬于公操作。 機(jī)器指令和微指令的關(guān)系 ? 從指令和微指令、程序和微程序、地址和微地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與主存有關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān) . ? 機(jī)器指令的微操作序列的安排主要取決于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)， 不同的數(shù)據(jù)通路有不同的微操作序列 。 ? 任何一條機(jī)器指令的取指令操作都是相同，取指令操作的微命令被統(tǒng)一編制成一段微程序，作為 公操作 使用。以 θ表示操作碼，則微程序的入口地址可表示為 θ11B。 ? 編程轉(zhuǎn)換： 當(dāng)機(jī)器指令的操作碼位數(shù)和位置都不固定時(shí)，可以采用 可編程邏輯陣列（ PLA）將每條機(jī)器指令的 操作碼翻譯成 對(duì)應(yīng)的微程序的入口地址 . 47 后繼微地址的形成 ? 找到微程序的入口地址，開始執(zhí)行位程序。 48 后繼微地址的形成（續(xù)一） ? 轉(zhuǎn)移微指令的順序控制字段分為兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。 49 后繼微地址的形成（續(xù)二） ? 斷定方式 ：斷定方式又稱為下址字段法，在微程序控制器中不設(shè)置微程序計(jì)數(shù)器（ μPC），而是在微指令格式中設(shè)置一個(gè)下址字段，用于指明下一條要執(zhí)行的微指令的地址。順序控制字段又分為兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。 52 微指令的編碼方法 微指令包含操作控制字段和順序控制字段兩大部分。 這種方法結(jié)構(gòu)簡單，并行性強(qiáng)，輸出直接用于控制。這種編碼方式使得并行性差，微程序變長。 ? 字段直接編碼法：小字段譯碼后直接用作微命令。 ? 各小段包含的信息位不能太多。 在實(shí)際編碼時(shí)，根據(jù)需要可以把幾種方法結(jié)合使用，也就是采用混合控制法，即把直接控制法和譯碼控制法進(jìn)行結(jié)合等。操作控制字段采用直接控制法、字段編碼法生成的微指令一般屬于水平型微指令。操作控制字段采用最短編碼法生成的微指令屬于垂直型微指令。第一步從控制存儲(chǔ)器中取出微指令，第二步執(zhí)行微指令所規(guī)定的各個(gè)微操作。 58 動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì) ? 通常情況下，當(dāng)微程序設(shè)計(jì)好之后，不允許改變也不便于改變，這樣的設(shè)計(jì)稱為靜態(tài)微程序設(shè)計(jì)。 59 六、控制單元的設(shè)計(jì) ? 中央處理器 CPU是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心。 ? 控制器分三種：組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型。 ② 進(jìn)行微操作信號(hào)的綜合 微操作信號(hào) = 機(jī)器周期 ∧ 節(jié)拍電位 ∧ 節(jié)拍脈沖 ∧ 操作碼 ∧ 運(yùn)行狀態(tài) ③ 根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯圖。 ① 確定微程序的控制方式 ：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定是采用水平微程序設(shè)計(jì)、還是垂直微程序設(shè)計(jì)？微指令是串行執(zhí)行、還是并行執(zhí)行？ ② 擬定微命令系統(tǒng) ：確定控制中有哪些微命令？用什么樣的格式表示這些微命令？比如，微命令字段的劃分、編碼方式的選擇、初始微地址和后繼微地址的形成方法等。 F=A； F=B F=A+1； F=B+1 F=A1； F=B1 寫出轉(zhuǎn)子指令（ JSR）取指和執(zhí)行周期的微操作。 解：轉(zhuǎn)子指令的第一個(gè)為操作碼、第二個(gè)為子程序的入口地址。 微地址分配的關(guān)鍵是帶有分支的微指令。后繼的 4條微指令地址就分別為 0100、 010 010111，末兩位就是 I1I0的值。 請(qǐng)注意區(qū)分微指令自己的微地址和它所指向的下一條微指令的微地址！ 67 微地址（ 自己的 ） 微指令 操作控制字段 順序控制字段 二進(jìn)制 十進(jìn)制 微命令 測(cè)試判斷 下地址 0000 0 A 00 0001 0001 1 B 00 0010 0010 2 C 01 0100 0011 3 E 10 1010 0100 4 D 00 0011 0101 5 H 00 1000 0110 6 L 00 1001 0111 7 P 00 1001 1000 8 I 00 1011 1001 9 M 00 1110 1010 10 F 00 1100 1011 11 J 00 1101 1100 12 G 00 0000 1101 13 K 00 0000 1110 14 N 00 1111 1111 15 O 00 0000 68 設(shè)計(jì)舉例（三） 例 某機(jī)有 8條微指令 I1— I8，每條微指令所含的微命令控制信號(hào)如下表所示。 選用字段編碼和直接控制相結(jié)合的方法比較合適。 ? 時(shí)間并行：它是指 時(shí)間重疊 ，讓多個(gè)處理過程在時(shí)間上相互錯(cuò)開，輪流重疊地使用同一套硬件設(shè)備的各個(gè)部分，以加快硬件周轉(zhuǎn)而贏得速度。 ? 空間并行性：它是指 資源重復(fù) ，以 “ 數(shù)量取勝 ” 為原則來大幅度提高計(jì)算機(jī)的處理速度。這種并行技術(shù)帶來的高效益是最好的。 73 流水 CPU的時(shí)空?qǐng)D ? 為了實(shí)現(xiàn)流水，把輸入的任務(wù)分割成一系列子任務(wù)，并使各子任務(wù)能在流水線的各個(gè)階段并發(fā)地執(zhí)行。在統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)控制下，數(shù)據(jù)從一個(gè)過程段流向相鄰的過程段。一般計(jì)算機(jī)只有一條指令流水線。將指令的處理過程劃分為取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行、寫回等幾個(gè)并行處理的過程段。 ? 處理機(jī)流水線：又叫宏流水，是指程序步驟的并行。處理機(jī)流水線應(yīng)用在多機(jī)系統(tǒng)中。 ? 資源相關(guān)：指多條指令進(jìn)入流水線后，在同一機(jī)器周期內(nèi)爭用同一個(gè)功能部件。當(dāng)后繼指令需要的操作數(shù)剛好是前一條指令的運(yùn)算結(jié)果，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖