第九章 控制单元的功能

第九章控制单元的功能第一页，共二十八页，2022年，8月28日9.1微操作命令的分析完成一条指令分四个工作周期取址周期间址周期执行周期中断周期第二页，共二十八页，2022年，8月28日一、取指周期PCMAR地址线1RM（MAR）MDRMDRIR（PC）+1PCCPU+1PCCUMARMDR地址总线数据总线控制总线IR存储器第三页，共二十八页，2022年，8月28日二、间址周期指令形式地址MAR1RM（MAR）MDRAd（IR）MARAd（IR）MDRMARCU地址总线数据总线控制总线存储器CPUMDRIR第四页，共二十八页，2022年，8月28日三、执行周期1非访存指令（1）CLA清A0ACC（2）COM取反ACCACC（3）SHR算术右移L（ACC）R（ACC）ACC0ACC0（4）CSL循环左移R（ACC）L（ACC）ACC0ACCn（5）STP停机指令0G第五页，共二十八页，2022年，8月28日2访存指令（1）加法指令ADDXAd（IR）MAR1RM（MAR）MDR（ACC）+（MDR）ACC（2）存数指令STAXAd（IR）MAR1WACCMDRM（MAR）MDR第六页，共二十八页，2022年，8月28日（3）取数指令2访存指令LDAXAd（IR）MAR1RMDRMDRM（MAR）ACC第七页，共二十八页，2022年，8月28日3转移指令（1）无条件转移（2）条件转移JMPXBANXAd（IR）PCA0*Ad（IR）+A0

（PC）PC（负则转）第八页，共二十八页，2022年，8月28日4三类指令的指令周期非访存指令周期直接访存指令周期间接访存指令周期转移指令周期执行周期取指周期执行周期取指周期执行周期取指周期间址周期取指周期执行周期第九页，共二十八页，2022年，8月28日四、中断周期程序断点存入“0”地址程序断点进栈0MAR（SP）-1MAR1W1WPCMDRPCMDRMDRM（MAR）MDRM（MAR）向量地址PC向量地址PC0EINT（置“0”）0EINT（置“0”）中断识别程序入口地址MPC第十页，共二十八页，2022年，8月28日9.2控制单元的功能一、控制单元的外特性指令寄存器控制单元

CU…时钟标志CPU内部的控制信号到系统总线的控制信号来自系统总线的控制信号系统总线第十一页，共二十八页，2022年，8月28日(1)时钟(2)指令寄存器(4)外来信号(3)标志CU

受时钟控制控制信号

与操作码有关OP(IR)CUCU

受标志控制INTR中断请求HRQ总线请求一个时钟脉冲发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令如1输入信号第十二页，共二十八页，2022年，8月28日(1)CPU内的各种控制信号(2)送至控制总线的信号Ri

Rj(PC)+1PCINTA中断响应信号HLDA总线响应信号访存控制信号MREQ访IO/

存储器的控制信号IO/M读命令RD写命令WRALU＋、－、与、或……2输出信号第十三页，共二十八页，2022年，8月28日PCIRACCU时钟ALU

MDR

MAR………控制信号标志控制信号取指周期以ADD@X为例1.不采用CPU内部总线的方式C0C1C2C3C4

MDRPC

MARIRCU二、控制信号举例第十四页，共二十八页，2022年，8月28日PCIRACCU时钟ALU

MDR

MAR………控制信号标志控制信号1.不采用CPU内部总线的方式C1C2C3C5ADD@X间址周期

MDR

MAR

MDRIR二、控制信号举例第十五页，共二十八页，2022年，8月28日PCIRACCU时钟ALU

MDR

MAR………控制信号标志控制信号1.不采用CPU内部总线的方式C1C2C5ADD@X执行周期C7C6C8

MARACALU

MDR

MDR…控制信号二、控制信号举例第十六页，共二十八页，2022年，8月28日MDRMDRCU(1)ADD@X取指周期

PC

CU

发读命令1R

MDR

OP（IR）（PC）+1PCIRPCMARAC

YALUZ…控制信号IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…数据线数据线控制信号CPU

内部总线时钟地址线地址线MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIR2采用CPU内部总线方式第十七页，共二十八页，2022年，8月28日

MDR1R

MDR有效地址

Ad（IR）MDROMDRO数据线数据线时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号…控制信号CPU

内部总线MDRIRMARi

MARi地址线地址线MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MAR

(2)ADD@X间址周期第十八页，共二十八页，2022年，8月28日时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号CPU

内部总线MDROMDRO1R

MDR

Z

AC（AC）+（Y）

MDR控制信号…MARMDR地址线地址线数据线数据线MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYi

YALUACACOACO

ALUiALUiALUALUACZZZZOZO

ACiACiACACACACMARi

MARiALUAC(3)ADD@X执行周期第十九页，共二十八页，2022年，8月28日三、多级时序系统1机器周期（1）机器周期的概念所有指令执行过程中的一个基准时间（2）确定机器周期需考虑的因素每条指令的执行步骤每一步骤所需的时间（3）基准时间的确定以完成最复杂指令功能的时间为准以访问一次存储器的时间为基准若指令字长=存储字长取指周期=机器周期第二十页，共二十八页，2022年，8月28日2时钟周期（节拍、状态）一个机器周期内可完成若干个微操作每个微操作需一定的时间将一个机器周期分成若干个时间相等的时间段（节拍、状态、时钟周期）用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令第二十一页，共二十八页，2022年，8月28日2时钟周期（节拍、状态）时钟周期CLKT0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期第二十二页，共二十八页，2022年，8月28日3多级时序系统机器周期、节拍（状态）组成多级时序系统一个指令周期包含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期CLKT0T1T2T3机器周期T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期（取指令）（取有效指令）（执行指令）指令周期节拍(状态)节拍(状态)T0T1T2T3机器周期T0T1T2机器周期（取指令）（执行指令）指令周期第二十三页，共二十八页，2022年，8月28日四、控制方式产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式1同步控制方式任一微操作均由统一基准时标的时序信号控制T0T1T2T3机器周期T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期（取指令）（取有效指令）（执行指令）指令周期节拍(状态)（1）采用完全统一的机器周期和节拍以最长的微操作序列和最繁的微操作作为标准第二十四页，共二十八页，2022年，8月28日（2）采用不同节拍的机器周期节拍(状态)T0T1T2T3机器周期T0T1T2机器周期（取指令）（执行指令）指令周期T0T1T2T3机器周期T0T1T2T3TT机器周期延长（取指令）（执行指令）第二十五页，共二十八页，2022年，8月28日（3）采用中央控制和局部控制相结合的方法T0T1T2T3机器周期取指周期执行周期指令周期T3T0T1中央控制节拍T*T*T*局部控制节拍T0T1T2T3T0T1T2中央控制节拍局部控制的节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致第二十六页，共二十八页，2022年，8月28日2异步控制方式无基准时标信号无固定的周期节拍和严格的时钟同步采用应答方式3联合控制方式4人工控制