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1、计算机组成原理,唐朔飞,第版,高等教育出版社高等教育电子音像出版社,第章 控制单元的功能,9.1 操作命令的分析,完成一条指令分 4 个工作周期,取指周期,间址周期,执行周期,中断周期,一、取指周期,9.1 操作命令的分析,二、间址周期,9.1,三、执行周期,1. 非访存指令,(1) CLA 清A,(2) COM 取反,(4) CSL 循环左移,(3) SHR 算术右移,(5) STP 停机指令,9.1,2. 访存指令,STA X,ADD X,(2) 存数指令,(1) 加法指令,9.1,(3) 取数指令,3. 转移指令,(1) 无条件转,(2) 条件转移,LDA X,JMP X,BAN X,（
2、负则转）,9.1,4. 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,9.1,间接转移 指令周期,四、中断周期,程序断点存入 “ 0 ” 地址,程序断点 进栈,9.1,9.2 控制单元的功能,一、控制单元的外特性,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,1. 输入信号,(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,CU 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,9.2,2. 输
3、出信号,(1) CPU 内的各种控制信号,(2) 送至控制总线的信号,INTA,HLDA,访存控制信号,访 IO/ 存储器的控制信号,读命令,写命令,中断响应信号,总线响应信号,9.2,二、控制信号举例,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,控制信号,标志,控制信号,取指周期,以 ADD X 为例,PC,IR,CU,9.2,1. 不采用 CPU 内部总线的方式,PC,PC,PC,M D R,M A R,M D R,M A R,二、控制信号举例,1. 不采用 CPU 内部总线的方式,ADD X 间址周期,9.2,M D R,M D R,M A R,二、控制信号举例,1. 不采用 CPU 内部总线
4、的方式,ADD X 执行周期,AC,ALU,9.2,M D R,M A R,M D R,(1) ADD X 取指周期,PC,MDR,OP（IR）,控制信号,控制信号,2. 采用 CPU 内部总线方式,MAR,MDR,IR,CU,9.2,(2) ADD X 间址周期,MDR,MDR,MDR,IR,MAR,9.2,(3) ADD X 执行周期,MDR,Z,AC,（AC）+（Y）,MAR,MDR,Y,ALU,AC,Z,ALU,9.2,三、多级时序系统,1. 机器周期,(1) 机器周期的概念,(2) 确定机器周期需考虑的因素,(3) 基准时间的确定,所有指令执行过程中的一个基准时间,每条指令的执行 步
5、骤,每一步骤 所需的 时间,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,9.2,2. 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,时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间,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）,9.2,用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令,CLK,T0,T1,T2,T3,2. 时钟周期（节拍、状态）,9.2,3. 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,CL
6、K,节拍(状态),节拍(状态),9.2,4. 机器速度与机器主频的关系,机器的 主频 f 越快 机器的 速度也越快,在机器周期所含时钟周期数 相同 的前提下，两机 平均指令执行速度之比 等于 两机主频之比,机器速度 不仅与 主频有关 ，还与机器周期中所含时钟周期（主频的倒数）数 以及指令周期中所含的 机器周期数有关,9.2,四、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,CLK,(1) 采用 定长 的机器周期,以 最长 的 微操作序列 和 最繁 的微操作作为 标准,9.2,机器周期内 节拍数相同,(2) 采用不定长的机器
7、周期,节拍(状态),9.2,机器周期内 节拍数不等,(3) 采用中央控制和局部控制相结合的方法,9.2,局部控制的节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致,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. 人工控制方式,(1) Reset,(2) 连续 和 单条 指令执行转换开关,(3) 符合停机开关,同步与异步相结合,9.2,五、多级时序系统实例分析,1. 8085 的组成,9.2,2. 8085 的外部引脚,(1) 地址和数据信号,(2) 定时和控制信号,(3) 存储器和 I/O 初始化,A15A8 AD7AD0,SID SOD,入 X1 X2,入 HOLD Ready,出 HLDA,9.2,(4) 与中断有关的信号,(5) CPU 初始化,(6) 电源和地,出 INTA,Trap 重新启动中断,出 Reset out,VCC +5 V,VSS 地,9.2,3. 机器周期和节拍（状态）与控制信号的关系,9.2,小结,每个 控制 信号在 指定机器周期 的指定节拍 T 时刻 发出,机器周期 M1 取指令操作码,机器周期 M2 取设备地址,机器周期 M3 执行 ACC 的内容写入设备,以一条输出指令（I/O 写）为例,9.2,
