计算机组成原理第五章第3讲《时序产生器和控制方式》

时序产生器和控制方式,5.3时序产生器和控制方式,5.3.1时序产生器作用和体制5.3.2时序信号产生器5.3.3控制方式,5.3.1、时序产生器作用和体制,作用：控制器用时序信号指挥机器工作CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行）一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格的时序约束操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和空间（部件操作信号）的函数。,5.3.1、时序产生器作用和体制,体制组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号的基本体制是电位脉冲制（以触发器为例）,电位输入端,时钟脉冲输入端,电位输入端,5.3.1、时序产生器作用和体制,D为电位输入端CP（ClockPulse）为脉冲输入端R,S为电位输入端特性方程如下D=0时，CP上升沿到来时，D触发器状态置0D=1时，CP上升沿到来时，D触发器状态置1,5.3.1、时序产生器作用和体制,触发器使用举例：CP连接时序发生器D、Q连接寄存器和总线寄存器内容输出到总线：寄存器数据准备好CP上升沿出现内容被打入总线或从总线打入寄存器、存储器,5.3.1、时序产生器作用和体制,硬布线控制器，采用主状态周期节拍电位节拍脉冲三级体制时序信号产生电路复杂,5.3.1、时序产生器作用和体制,微程序控制器，节拍电位节拍脉冲二级体制，节拍电位=CPU周期利用微程序顺序执行来实现微操作时序信号产生电路简单,5.3.2、时序信号产生器,功能：产生时序信号各型计算机产生时序电路不相同大、中型计算机的时序电路复杂，微型计算机的时序电路简单构成：时钟源：石英晶体振荡器环形脉冲发生器节拍脉冲和读写时序译码逻辑启停控制逻辑,5.3.2、时序信号产生器,构成,5.3.2、时序信号产生器,时钟源-石英？若在石英晶体上施加交变电场，则晶体晶格将产生机械振动，当外加电场的频率和晶体的固有振荡频率一致时，则出现晶体的谐振。由于石英晶体在压力下产出的电场强度很小，这样仅需很弱的外加电场即可产生形变，这一特性使压电石英晶体很容易在外加交变电场激励下产生谐振。其振荡能量损耗小，振荡频率极稳定。这些再加上石英优良的机械、电气和化学稳定性，使它自40年代以来就成为石英钟、电子表、电话、电视、计算机等与数字电路有关的频率基准元件。,5.3.2、时序信号产生器,环形脉冲发生器产生有序的脉冲序列为节拍脉冲的产生做准备节拍脉冲和读写时序译码建立访存时序与节拍的关系如：一个CPU周期中产生四个等间隔的节拍脉冲一个CPU周期只够使用一次总线输出T1T2T3T4,节拍脉冲举例：MOVR0R1该指令的取指占用一个CPU周期，对应于一个节拍电位PC-ABus(I),IBus-IRIR中OP-指令译码器在一个节拍电位中完成三个细节操作有时序关系的三个操作通过节拍脉冲确定先后次序,节拍脉冲举例：MOVR0R1该指令的执行也占用一个CPU周期，对应于一个节拍电位设置ALU完成传送操作R1-ALUDBus-DRDR-R0在一个节拍电位中完成四个细节操作有时序关系的四个操作通过节拍脉冲确定先后次序,节拍脉冲,节拍电位,5.3.2、时序信号产生器,启停控制逻辑开机后有连续节拍脉冲必须按需约束需要按照规则动作上边：启停逻辑Cr决定控制是否有效下边：Cr触发器+RS触发器完整节拍生成,5.3.3时序控制方式,怎样实现时序控制？已知：机器指令所包含的CPU周期个数反映了指令的复杂程度CPU周期内的操作信号的数目和出现的先后次序也不相同。控制方式：控制不同操作序列时序信号的方法。分为以下几种：同步控制方式异步控制方式联合控制方式,5.3.3控制方式,同步控制方式：指令周期内所需的CPU周期数和时钟周期数不变三个可选方案：完全统一的CPU周期执行各种不同的指令采用不定长CPU周期中央控制与局部控制的结合：大部分采用固定CPU周期，个别复杂运算采用不定长CPU周期。,异步控制方式每条指令周期包括个数不等的CPU周期