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1、时序系统和控制方式时序系统和控制方式时序系统 指令周期是指从取指令、分析取数到指令周期是指从取指令、分析取数到执行完行完该指令所需的全部指令所需的全部时间。由于各种指令的操作功能不。由于各种指令的操作功能不同，有的同，有的简单，有的复，有的复杂，因此各种指令的指令周，因此各种指令的指令周期不尽相同。期不尽相同。时序系统 机器周期又称机器周期又称CPU周期。通常把一个指令周期周期。通常把一个指令周期划分划分为若干个机器周期，每个机器周期完成一个基若干个机器周期，每个机器周期完成一个基本操作。一般机器的本操作。一般机器的CPU周期有取指周期、取数周周期有取指周期、取数周期、期、执行周期和中断周期等
2、。所以有：行周期和中断周期等。所以有： 指令周期指令周期i机器周期机器周期时序系统 在一个机器周期内，要完成若干个微操作。在一个机器周期内，要完成若干个微操作。这些微操作有的可以同些微操作有的可以同时执行，有的需要按先后次序行，有的需要按先后次序串行串行执行。因而行。因而应把一个机器周期分把一个机器周期分为若干个相等若干个相等的的时间段，每一个段，每一个时间段段对应一个一个电位信号，称位信号，称为节拍拍电位信号。位信号。 节拍的拍的宽度取决于度取决于CPU完成一次微操作的完成一次微操作的时间，如：如：ALU一次正确的运算，寄存器一次正确的运算，寄存器间的一次的一次传送等。送等。时序系统 由于不
3、同的机器周期内需要完成的微操作内容由于不同的机器周期内需要完成的微操作内容和个数是不同的，因此，不同机器周期内所需要的和个数是不同的，因此，不同机器周期内所需要的节拍数也不相同。拍数也不相同。节拍的拍的选取一般有以下几种方法：取一般有以下几种方法： 统一一节拍法拍法 分散分散节拍法拍法 延延长节拍法拍法 时钟周期插入周期插入时序系统 在在节拍中拍中执行的有些微操作需要同步定行的有些微操作需要同步定时脉冲，脉冲，如将如将稳定的运算定的运算结果打入寄存器，又如机器周期状果打入寄存器，又如机器周期状态切切换等。等。为此，在一个此，在一个节拍内常常拍内常常设置一个或几置一个或几个工作脉冲，作个工作脉冲
4、，作为各种同步脉冲的来源。工作脉冲各种同步脉冲的来源。工作脉冲的的宽度只占度只占节拍拍电位位宽度的度的1/n ，并，并处于于节拍的末尾拍的末尾部分，以保部分，以保证所有的触所有的触发器都能可靠、器都能可靠、稳定地翻定地翻转。控制方式 CPU的控制方式可以分的控制方式可以分为同步控制方式、异步同步控制方式、异步控制方式和控制方式和联合控制方式合控制方式3种。种。控制方式 同步控制方式的各同步控制方式的各项操作都由操作都由统一的一的时序信号序信号控制，在每个机器周期中控制，在每个机器周期中产生生统一数目的一数目的节拍拍电位位和工作脉冲。和工作脉冲。 同步控制方式同步控制方式设计简单，容易，容易实现
5、；但是；但是对于于许多多简单指令来指令来说会有会有较多的空多的空闲时间，造成，造成较大大数量的数量的时间浪浪费，从而影响了指令的，从而影响了指令的执行速度。行速度。控制方式 在同步控制方式中，各指令所需的在同步控制方式中，各指令所需的时序由控制序由控制器器统一一发出，所有微操作都与出，所有微操作都与时钟同步，所以又称同步，所以又称为集中控制方式或中央控制方式。集中控制方式或中央控制方式。控制方式 异步控制方式即可异步控制方式即可变时序控制方式，各序控制方式，各项操作操作不采用不采用统一的一的时序信号控制，而根据指令或部件的序信号控制，而根据指令或部件的具体情况决定，需要多少具体情况决定，需要多
6、少时间，就占用多少，就占用多少时间。控制方式 这是一种是一种“应答答”方式，各操作之方式，各操作之间的的衔接是由接是由“结束起始束起始”信号来信号来实现的。由前一的。由前一项操作已操作已经完成完成的的“结束束”信号，或由下一信号，或由下一项操作的操作的“准准备好好”信号来信号来作作为下一下一项操作的起始信号，在未收到操作的起始信号，在未收到“结束束”或或“准准备好好”信号之前不开始新的操作。信号之前不开始新的操作。控制方式 异步控制采用不同异步控制采用不同时序，没有序，没有时间上的浪上的浪费，因而提高了机器的效率，但是控制比因而提高了机器的效率，但是控制比较复复杂。 由于由于这种控制方式没有种
7、控制方式没有统一的一的时钟，而是由各，而是由各功能部件本身功能部件本身产生各自的生各自的时序信号自我控制，故又序信号自我控制，故又称称为分散控制方式或局部控制方式。分散控制方式或局部控制方式。控制方式 联合控制方式是同步控制和异步控制相合控制方式是同步控制和异步控制相结合的合的方式。方式。实际上上现代代计算机中几乎没有完全采用同步算机中几乎没有完全采用同步或完全采用异步的控制方式，大多数是采用或完全采用异步的控制方式，大多数是采用联合控合控制方式。通常的制方式。通常的设计思想是：在功能部件内部采用思想是：在功能部件内部采用同步方式或以同步方式同步方式或以同步方式为主的控制方式，在功能部主的控制
8、方式，在功能部件之件之间采用异步方式。采用异步方式。指令运行的基本过程 一条指令运行一条指令运行过程可以分程可以分为3个个阶段：取指令段：取指令阶段、分析取数段、分析取数阶段和段和执行行阶段。段。指令运行的基本过程 取指令取指令阶段完成的任段完成的任务是将是将现行指令从主存中行指令从主存中取出来并送至指令寄存器中去。具体的操作如下：取出来并送至指令寄存器中去。具体的操作如下： 将程序将程序计数器（数器（PC）中的内容送至存）中的内容送至存储器地器地址寄存器（址寄存器（MAR），并送地址），并送地址总线（AB）。）。 由控制由控制单元（元（CU）经控制控制总线（CB）向存）向存储器器发读命令。命
9、令。指令运行的基本过程 从主存中取出的指令通从主存中取出的指令通过数据数据总线（DB）送）送到存到存储器数据寄存器（器数据寄存器（MDR）。）。 将将MDR的内容送至指令寄存器（的内容送至指令寄存器（IR）中。）中。 将将PC的内容的内容递增，增，为取下一条指令做好准取下一条指令做好准备。 以上以上这些操作些操作对任何一条指令来任何一条指令来说都是必都是必须要要执行的操作，所以称行的操作，所以称为公共操作。公共操作。指令运行的基本过程 公操作的微操作序列如下：公操作的微操作序列如下： (PC)MAR Read M(MAR)MDR (MDR)IR (PC)+1PC指令运行的基本过程 取出指令后，
10、指令取出指令后，指令译码器（器（ID）可）可识别和区分和区分出不同的指令出不同的指令类型。此型。此时计算机算机进入分析取数入分析取数阶段，段，以以获取操作数。由于各条指令功能不同，取操作数。由于各条指令功能不同，寻址方式址方式也不同，所以分析取数也不同，所以分析取数阶段的操作是各不相同的。段的操作是各不相同的。指令运行的基本过程 执行行阶段完成指令段完成指令规定的各种操作，形成定的各种操作，形成稳定定的运算的运算结果，并将其存果，并将其存储起来。完成起来。完成执行行阶段任段任务的的时间称称为执行周期。行周期。 计算机的基本工作算机的基本工作过程就是取指令、取数、程就是取指令、取数、执行指令，然后再取下一条指令行指令，然后再取下一条指令如此周而复始，如此周而复始，直至遇到停机指令或外来的干直至遇到停机指令或外来的干预为止。止。
