【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示出了一個簡單運算器模型。 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 — 控制部件和執(zhí)行部件。 ? 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。 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。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 。 ? 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 代碼是數據 ，那么一定送往運算器。 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送到程序計數器 ， 用新的內容 21取代 PC中原先的內容 25。 22 第三個 CPU周期， 數據寫入內存 CPU完成兩件事： ① 累加器內容傳送到數據緩沖寄存器中； ② 把該數據 存入所選定的內存單元 (40)中 。假設在取指結束后， 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 從內存中取出指令 ② 對程序計數器 PC+1 ③ 對指令操作碼進行譯碼 CPU做 6個動作： 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 CPU周期： 取指令階段 17 第二個 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，它們都是二進制代碼， CPU是怎么準確地判別出是指令還是數據的 ？這要從指令周期說起。 ? 時序部件 ：脈沖源、節(jié)拍信號發(fā)生器和啟?？刂七壿嫎嫵?。 ? 程序計數器（ 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 ? 程序計數器 ? 指令寄存器 ? 指令譯碼器 ? 時序部件 ? 脈沖源 ? 節(jié)拍信號發(fā)生器 ? 啟?？刂七壿? ? 微操作信號發(fā)生器 ? 中斷控制邏輯 控制器的主要功能： ? 從內存中取出一條指令，并指出下一條指令在內存中的位置 ? 對指令的操作碼進行譯碼，并產生相應的操作控制信號。 CPU的基本功能就是對指令流和數據流在時間與空間上實施正確的控制。1 第六章 中央處理器 ? 中央處理器，簡稱 CPU，是整個計算機的核心，它包括運算器和控制器。 數據是在傳送過程中得到加工和處理的 。運算器是進行數據加工處理的部件，全部操作由控制器發(fā)出的控制信號來指揮，所以它是執(zhí)行部件。在指令執(zhí)行期間，指令寄存器的內容不允許發(fā)生變化。采用組合邏輯實現的控制器稱為組合邏輯控制器，采用存儲邏輯實現的控制器稱為微程序控制器。 12 二、指令周期 指令和數據都放在內存里。 14 舉例，一個簡單程序 八進制地址 八進制內容 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 . . 存和數單元 CLA ADD 30 STA 40 NOP JMP 21 . . 累加器清零 AC相加 30單元 把 AC內容存 40單元 空操作 跳轉，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CPU周期，其中 取指令 階段需要一個 CPU周期， 執(zhí)行指令 階段需要一個 CPU周期。 第一個 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 CPU周期。我們從第二個 CPU周期討論。 27 時序信號的作用和體制 我們曾經問過， CPU是怎么識別數據和指令的？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，而取數據事件發(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。 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。 ? 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。 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。 ? 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。所謂 互斥性 微命令是指（同一微周期）那些不能同時產生和執(zhí)行的微命令。 ? 存放微指令的控制存儲器的單元地址稱為 微地址 。 41 微程序控制器的組成 圖 22給出了一個微程序控制器原理框圖，包括控制存儲器、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：用來產生下一條微指令地址，是由機器指令操作碼、運行狀態(tài)以及微指令順序控制字段給出的信息來形成的。 機器指令和微指令的關系 ? 從指令和微指令、程序和微程序、地址和微地址的對應關系來看，前者與主存有關，后者與控制存儲器有關 . ? 機器指令的微操作序列的安排主要取決于數據通路的結構， 不同的數據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） ? 轉移微指令的順序控制字段分為兩部分：轉移控制字段和轉移地址字段。順序控制字段又分為兩部分：轉移控制字段和轉移地址字段。 這種方法結構簡單，并行性強，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。 在實際編碼時，根據需要可以把幾種方法結合使用，也就是采用混合控制法，即把直接控制法和譯碼控制法進行結合等。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 動態(tài)微程序設計 ? 通常情況下，當微程序設計好之后，不允許改變也不便于改變，這樣的設計稱為靜態(tài)微程序設計。 ? 控制器分三種：組合邏輯型、存儲邏輯型、組合邏輯與存儲邏輯結合型。 ① 確定微程序的控制方式 ：根據設計要求，確定是采用水平微程序設計、還是垂直微程序設計？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：轉子指令的第一個為操作碼、第二個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合的方法比較合適。 ? 空間并行性：它是指 資源重復 ，以 “ 數量取勝 ” 為原則來大幅度提高計算機的處理速度。 73 流水 CPU的時空圖 ? 為了實現流水，把輸入的任務分割成一系列子任務，并使各子任務能在流水線的各個階段并發(fā)地執(zhí)行。一般計算機只有一條指令流水線。 ? 處理機流水線：又叫宏流水，是指程序步驟的并行。 ? 資源相關：指多條指令進入流水線后，在同一機器周期內爭用同一個功能部