【正文】 作控制信息和順序控制信息。 38 相容性和互斥性微命令分析 ? 圖 20示出了一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)算器模型。 37 微命令和微操作 ? 一臺(tái)計(jì)算機(jī)基本上可以劃分為兩大部分 — 控制部件和執(zhí)行部件。 ? 我們?cè)谥噶钪芷谥杏种v到，一條指令的執(zhí)行通過分解為更小的若干動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。 啟動(dòng)、停機(jī) 信號(hào)平時(shí)為 高電平 34 時(shí)序控制方式 控制不同操作序列的時(shí)序信號(hào)的方法，稱為時(shí)序控制方式。開始由清零信號(hào) CLR將移位寄存器清為 0001，然后在脈沖信號(hào) 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 。 ? 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(yùn)算器。 24 第二個(gè) CPU周期， 送轉(zhuǎn)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(jì)數(shù)器 ， 用新的內(nèi)容 21取代 PC中原先的內(nèi)容 25。 22 第三個(gè) CPU周期， 數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存 CPU完成兩件事： ① 累加器內(nèi)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(nèi)存單元 (40)中 。假設(shè)在取指結(jié)束后， ADD指令已被存放在指令寄存器中、而且被正確譯碼。 16 CPU完成三件事： ① 從內(nèi)存中取出指令 ② 對(duì)程序計(jì)數(shù)器 PC+1 ③ 對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼 CPU做 6個(gè)動(dòng)作： ① PC?MAR ② PC+1?PC ③ MAR?ABUS ④ M(MAR)?MDR ⑤ MDR?IR ⑥ OP(IR)?ID CPU已知道什么操作 第一個(gè) CPU周期： 取指令階段 17 第二個(gè) CPU周期， 執(zhí)行指令階段 CPU完成一件事： ? 執(zhí)行累加器清零操作。從形式上看，它們都是二進(jìn)制代碼， CPU是怎么準(zhǔn)確地判別出是指令還是數(shù)據(jù)的 ？這要從指令周期說起。 ? 時(shí)序部件 ：脈沖源、節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器和啟?？刂七壿嫎?gòu)成。 ? 程序計(jì)數(shù)器（ PC） ：用來存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址。 7 控制器的組成與主要功能 控制器的組成： ? 指令部件 ? 程序計(jì)數(shù)器 ? 指令寄存器 ? 指令譯碼器 ? 時(shí)序部件 ? 脈沖源 ? 節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器 ? 啟停控制邏輯 ? 微操作信號(hào)發(fā)生器 ? 中斷控制邏輯 控制器的主要功能： ? 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置 ? 對(duì)指令的操作碼進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)。 CPU的基本功能就是對(duì)指令流和數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上實(shí)施正確的控制。1 第六章 中央處理器 ? 中央處理器，簡(jiǎn)稱 CPU，是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器和控制器。 數(shù)據(jù)是在傳送過程中得到加工和處理的 。運(yùn)算器是進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理的部件，全部操作由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮，所以它是執(zhí)行部件。在指令執(zhí)行期間，指令寄存器的內(nèi)容不允許發(fā)生變化。采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)的控制器稱為組合邏輯控制器，采用存儲(chǔ)邏輯實(shí)現(xiàn)的控制器稱為微程序控制器。 12 二、指令周期 指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里。 14 舉例，一個(gè)簡(jiǎn)單程序 八進(jìn)制地址 八進(jìn)制內(nèi)容 助記符 備注 020 021 022 023 024 . . 030 031 . . 040 250 000 030 030 020 040 000 000 140 021 . . 000 006 000 040 . . 存和數(shù)單元 CLA ADD 30 STA 40 NOP JMP 21 . . 累加器清零 AC相加 30單元 把 AC內(nèi)容存 40單元 空操作 跳轉(zhuǎn)，地址 21 15 ① CLA指令的指令周期 CLA指令完成累加器清零功能，是一條非訪存指令，需要兩個(gè)CPU周期，其中 取指令 階段需要一個(gè) CPU周期， 執(zhí)行指令 階段需要一個(gè) CPU周期。 第一個(gè) CPU周期為取指令階段，與 CLA指令相同，不再討論。我們討論第三個(gè) CPU周期。我們從第二個(gè) CPU周期討論。 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。 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。 ? 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。 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。 ? 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)。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。 ? 存放微指令的控制存儲(chǔ)器的單元地址稱為 微地址 。 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。 ? 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。 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 。以 θ表示操作碼，則微程序的入口地址可表示為 θ11B。 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。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。 這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并行性強(qiáng)，輸出直接用于控制。 ? 字段直接編碼法：小字段譯碼后直接用作微命令。 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。操作控制字段采用最短編碼法生成的微指令屬于垂直型微指令。 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)。 ? 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。 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。 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。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。 選用字段編碼和直接控制相結(jié)合的方法比較合適。 ? 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。 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。一般計(jì)算機(jī)只有一條指令流水線。 ? 處理機(jī)流水線：又叫宏流水，是指程序步驟的并行。 ? 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(zhēng)用同一個(gè)功能部