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1、 9.1 微操作命令的分析9.2 控制单元的功能第九章 控制单元的功能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一、取指周期PCMAR地址线1RM（MAR）MDRMDRIR（PC）+1PCCPU+1PCCUMARMDR地地址址总总线线数数据据总总线线控控制制总总线线IR存储器二、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）ACC0AC
2、C0（4）CSL 循环左移R（ACC）L（ACC）ACC0ACCn（5）STP 停机指令0G2 访存指令（1）加法指令ADD XAd（IR）MAR1RM（MAR）MDR（ACC）+（MDR）ACC（2）存数指令STA XAd（IR）MAR1WACCMDRM（MAR）MDR（3）取数指令2 访存指令LDA XAd（IR）MAR1RMDRMDRM（MAR）ACC3 转移指令（1）无条件转移（2）条件转移JMP XBAN XAd（IR） PCA0*Ad（IR）+ A0 （PC） PC（负则转）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
3、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四、中断周期程序断点存入 “0”地址程序断点 进栈0 MAR（SP）-1 MAR1 W1 WPC MDRPC MDRMDR M（MAR）MDR M（MAR）向量地址 PC向量地址 PC0 EINT（置“0”）0 EINT（置“0”）中断识别程序入口地址 M PC9.2 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(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IN
4、TR 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(1) CPU 内的各种控制信号(2) 送至控制总线的信号Ri Rj(PC) + 1 PCINTA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PCIRACCU时钟ALU MDR M A R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 M D RPC M A RIRCU二、控制信号举例PCIRACCU时钟ALU M D R M A R控制信号标志控
5、制信号1. 不采用 CPU 内部总线的方式C1C2C3C5ADD X 间址周期 M D R M A R M D RIR二、控制信号举例PCIRACCU时钟ALU M D R M A R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 M A RACALU M D R M D R控制信号二、控制信号举例MDRMDRCU(1) ADD X 取指周期 PC CU 发读命令 1 R MDR OP（IR） （PC）+ 1 PCIRPCMARAC YALUZ控制信号IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO 数据线数据线控制信号CPU 内
6、部 总 线时钟地址线地址线MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIR2 采用CPU内部总线方式 MDR 1 R 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 间址周期时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ控制信号CPU 内 部 总 线MDROMDRO 1 R MDR Z AC（AC）+（Y） MDR控制信号MARMDR地址
7、线 地址线 数据线数据线MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYi YALUACACOACO ALUiALUiALUALUACZZZZOZO ACiACiACACACACMARi MARiALUAC(3) ADD X 执行周期三、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2 时钟周期（节拍、状态）一个机器周期内可完成若
8、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2 时钟周期（节拍、状态）时钟周期CLKT0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期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）指令周期四、控制方式产生不同微操作命
9、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（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）（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 人工控制方式同步与异步相结合（1）Reset（2）连续 和 单条 指令执行转换开关（3）符合停机开关小结每个 控制 信号 在 指定机器周期 的指定节拍T 时刻 发出以一条输出指令（IO写）为例机器周期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
