【正文】 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。 由于計(jì)算機(jī)高速地進(jìn)行工作，每一個(gè)動(dòng)作的時(shí)間是非常嚴(yán)格的，不能有任何差錯(cuò)。 27 時(shí)序信號的作用和體制 我們曾經(jīng)問過， CPU是怎么識別數(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。 ? 從地址的來源講，指令地址來源于程序計(jì)數(shù)器，而數(shù)據(jù)地址來源于地址形成部件。 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周期信號發(fā)生器、節(jié)拍電位信號發(fā)生器、節(jié)拍脈沖（工作脈沖）發(fā)生器等部分組成。 30 節(jié)拍脈沖信號發(fā)生器 ? 觸發(fā)器 C1C0構(gòu)成兩位循環(huán)移位寄存器。 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。 32 CPU周期信號發(fā)生器 ? CPU周期信號一般設(shè)置單獨(dú)的觸發(fā)器表示，有幾個(gè)周期就設(shè)置幾個(gè)觸發(fā)器。 ? 每個(gè) CPU周期狀態(tài)的建立信號由微操作信號發(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)拍脈沖信號的下降沿建立。也就是說，不能從半個(gè)脈沖處開始工作；也不能在半個(gè)脈沖處結(jié)束工作。 ? 因?yàn)?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(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。常用的控制方式有三種：同步控制、異步控制、聯(lián)合控制，其實(shí)質(zhì)反映了時(shí)序信號的定時(shí)方式。 ? 異步控制方式 ：異步控制方式中沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘信號，各部件按自身固有的速度工作。 ? 聯(lián)合控制方式 ：聯(lián)合控制是同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。 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。例如指令執(zhí)行過程分解為 “ 取指令、取操作數(shù)、執(zhí)行指令 ” 三個(gè)階段；就取指令來說，又被分解為 “ 從內(nèi)存取指令、程序計(jì)數(shù)器 PC+指令譯碼 ” 三個(gè)微小的動(dòng)作。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。 由于當(dāng)時(shí)不具備制造存放微程序的控制存儲器技術(shù)，實(shí)際上并沒有真正使用 。 ? 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)是將程序設(shè)計(jì)技術(shù)和存儲技術(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編制成所謂的微指令，存放在一個(gè)只讀存儲器里；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?？刂破魇强刂撇考?，而運(yùn)算器、存儲器和外圍設(shè)備相對控制器而言，都是執(zhí)行部件。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。 ? 由于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)關(guān)系，微操作被分成相容性和相斥性兩種。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。其中，雙線表示數(shù)據(jù)通路，單線表示微操作控制命令。它們是不能同時(shí)產(chǎn)生的。另外， ALU的 X輸入的微命令 8分別與 Y輸入的微命令 9任意兩個(gè)也是相容性的。 ? 存放微指令的控制存儲器的單元地址稱為 微地址 。 40 微指令和微程序（續(xù)） ? 操作控制字段 ：用來發(fā)出指揮全機(jī)工作的控制信號。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。 ? 一條機(jī)器指令的功能是用許多條微指令序列來實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)微指令序列通常叫做 微程序 。 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，包括控制存儲器、微指令寄存器、微地址形成部件和微地址寄存器四部分。（控制存儲器在 CPU內(nèi)部，不屬于存儲系統(tǒng)）。對控制存儲器的要求是速度要快。通常從控制存儲器中讀出一條微指令，并執(zhí)行完相應(yīng)的微操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)微指令周期，簡稱 微周期 。 ? 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。 43 微程序控制器的工作過程 ? 微程序控制器的工作過程是在微程序控制器的控制下執(zhí)行機(jī)器指令的過程。取指令操作對所有機(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。 ③ 從控制存儲器逐條取出對應(yīng)的微指令并執(zhí)行取出的微指令。 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、地址和微地址的對應(yīng)關(guān)系來看，前者與主存有關(guān)，后者與控制存儲器有關(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 ?？刂菩盘柕谋举|(zhì)是按要求打開或關(guān)閉各個(gè)控制門。 ? 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。由機(jī)器指令操作碼轉(zhuǎn)換成微程序入口地址有三種方法： ? 一級功能轉(zhuǎn)換： 如果機(jī)器指令的操作碼字段的位數(shù)和位置固定，可以 直接用操作碼與入口地址的部分位相對應(yīng) 。以 θ表示操作碼，則微程序的入口地址可表示為 θ11B。 46 微程序入口地址的形成（續(xù)） ? 二級功能轉(zhuǎn)換： 當(dāng)同類機(jī)器指令的操作碼字段的位數(shù)和位置固定，而不同類機(jī)器指令的操作碼的位數(shù)和位置不固定時(shí)，就要使用二級功能轉(zhuǎn)換。 ? 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。 ? 增量方式 ：增量方式又叫計(jì)數(shù)器方式，也就是用一個(gè)微程序計(jì)數(shù)器 （ μPC） 來產(chǎn)生下一條微指令的地址。 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。通常把微地址寄存器改為微程序計(jì)數(shù)器。 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。 ? 1個(gè)測試位能產(chǎn)生 2個(gè)分支， 2個(gè)位測試位能產(chǎn)生 4個(gè)分支， n個(gè)測試位能產(chǎn)生 2n個(gè)分支。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。 51 五、微程序設(shè)計(jì)技術(shù) ? 微程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。 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。 ① 直接控制法（不譯碼法） 直接控制法是指操作控制字段中的每一位就是一個(gè)微命令，直接對應(yīng)一種微操作。 這種方法結(jié)構(gòu)簡單，并行性強(qiáng)，輸出直接用于控制。 53 微指令的編碼方法 (續(xù)一 ) ② 最短編碼法 最短編碼法將所有微命令統(tǒng)一編碼，經(jīng)過譯碼后才能得到微命令，每條微指令只定義一個(gè)微命令。這種編碼方式使得并行性差，微程序變長。 54 微指令的編碼方法 (續(xù)二 ) ③ 字段編碼法 字段編碼法是將操作控制字段分為若干個(gè)小段，段內(nèi)采用最短編碼法，段間采用直接控制法。 ? 字段直接編碼法：小字段譯碼后直接用作微命令。 55 微指令的編碼方法 (續(xù)三 ) 字段編碼法中，操作控制碼的劃分需要遵循以下規(guī)則： ? 要把相斥的微命令分在同一字段，相容的微命令分在不同段內(nèi)，（ 有利于縮短微指令長度、有利于提高并行性 ）。 ? 各小段包含的信息位不能太多。 ? 每個(gè)小段要留出一個(gè)狀態(tài)，表示本小段 不發(fā)出任何微命令。 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。一般微指令的格式大致分為兩類：水平型微指令和垂直型微指令。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。用水平型微指令編寫的微程序，具