計算機組成原理 第三章 CPU-2 組合邏輯控制器ppt課件

.,1,第三節(jié)組合邏輯控制器原理,3.3.1控制器組成,.,2,1.微命令發(fā)生器,功能：,產(chǎn)生全機所需的各種微命令,控制最基本的操作(微操作)的命令,電位型脈沖型,.,3,2.指令計數(shù)器PC,功能：,指示指令在M中的位置。,PC+1,順序執(zhí)行：,PC先+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改PC,轉(zhuǎn)移執(zhí)行：,.,4,3.指令寄存器IR,功能：,存放現(xiàn)行指令。,決定操作性質(zhì),操作碼字段,操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址,IR,地址碼字段,譯碼器,微命令發(fā)生器,地址形成部件,尋,D,.,5,4.狀態(tài)寄存器PSW,功能：,指示程序運行方式，反映程序運行結(jié)果。,例.某機的PSW,PSW,151211876543210,.,6,C=1進位V=1溢出Z=1結(jié)果為0N=1結(jié)果為負,T=1,執(zhí)行跟蹤程序,（1）條件碼,反映程序運行結(jié)果,151211876543210,（2）跟蹤標志,為程序查錯設(shè)置的斷點標志T。,程序,初始化置T為1,.,測試T,跟蹤程序,.,.,.,7,程序優(yōu)先級高于外部優(yōu)先級，不響應(yīng)程序優(yōu)先級低于外部優(yōu)先級，可響應(yīng),用戶方式：禁止程序執(zhí)行某些指令核心方式：允許程序執(zhí)行所有指令,（3）優(yōu)先級,為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級別，以決定是否響應(yīng)外部中斷請求。,151211876543210,（4）工作方式,規(guī)定程序的特權(quán)級。,PSW在CPU中，反映程序運行狀態(tài)；控制/狀態(tài)字在接口中,反映CPU命令、設(shè)備狀態(tài)。,.,8,5.時序線路,功能：,控制操作時間和操作時刻。,時序,時鐘脈沖,工作脈沖,時鐘周期(節(jié)拍),產(chǎn)生電位型微命令，控制操作時間段,產(chǎn)生脈沖型微命令，控制定時操作,.,9,1.取指令,PC,時序,3.3.2控制器工作過程,地址,M,指令,IR,、譯碼(、尋址方式),PC+1,PC,.,10,2.取數(shù),時序,按尋址方式，或從寄存器取數(shù)，或從存儲器取數(shù)。,3.執(zhí)行,按操作碼對數(shù)據(jù)進行運算處理。,.,11,1.組合邏輯控制器的時序劃分,3.3.3時序控制方式,即時序信號與操作的關(guān)系,采用三級時序系統(tǒng)：,指令周期,工作周期1,工作周期2,工作周期n,時鐘周期1,時鐘周期2,時鐘周期m,.,.,工作脈沖1,工作脈沖2,工作脈沖k,.,.,(節(jié)拍1),(節(jié)拍2),(節(jié)拍m),.,12,時序關(guān)系：,晶振輸出,工作周期1,工作周期2,工作周期3,時鐘T1,工作脈沖P,時鐘T2,指令周期,控制不同階段操作時間,控制分步操作時間,對微操作定時,取指,執(zhí)行,取數(shù),取出指令,修改PC,打入IR,打入PC,.,13,2.時序控制方式及其變化,（1）同步控制,各項操作受統(tǒng)一時序控制。,定義：,特點：,有明顯時序時間劃分，,優(yōu)缺點：,時序關(guān)系簡單，時序劃分規(guī)整，控制不復(fù)雜；,時間安排不合理。,應(yīng)用場合：,用于CPU內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系統(tǒng)總線操作,控制邏輯易于集中，便于管理。,(各掛接部件速度相近，傳送時間確定，傳送距離較近)。,時鐘周期時間固定，,各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送受嚴格同步定時控制。,各項操作受統(tǒng)一時序控制。,由CPU或其他設(shè)備提供,.,14,（2）異步控制,各項操作按不同需要安排時間，不受統(tǒng)一時序控制。,定義：,特點：,無統(tǒng)一時鐘周期劃分，,例.異步傳送操作,主設(shè)備：,申請并掌握總線權(quán)的設(shè)備。,各操作間的銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答方式。,主,從,從設(shè)備：,響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。,發(fā)/接,接/發(fā),.,15,主設(shè)備獲得總線控制權(quán),操作流程：,主設(shè)備詢問從設(shè)備,主設(shè)備發(fā)送/接收數(shù)據(jù),主設(shè)備釋放總線控制權(quán),Y,N,主設(shè)備輸出端與總線連接,主設(shè)備輸出端與總線斷開,.,16,時間安排緊湊、合理；控制復(fù)雜。,優(yōu)缺點：,應(yīng)用場合：,用于異步總線操作(各掛接部件速度差異大，傳送時間不確定，傳送距離較遠)。,（3）同步方式的變化,指令周期長度可變，時鐘周期長度不變。,不同指令安排不同時鐘周期數(shù),總線周期中插入延長周期,經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)所用的時間(送地址、讀/寫),.,17,總線周期長度可變，時鐘周期長度不變。,總線周期(4T),例.一個總線周期包含4個時鐘周期,送地址,讀/寫數(shù)據(jù),結(jié)束,同步方式,送地址,讀/寫數(shù)據(jù),結(jié)束,總線周期(5T),擴展同步方式,.,18,同步方式引入異步應(yīng)答,以固定時鐘周期作為時序基礎(chǔ)，引入應(yīng)答思想。,例.8088最大模式，用一根總線請求/應(yīng)答線實現(xiàn)總線權(quán)的轉(zhuǎn)移。,設(shè)備請求總線權(quán),CPU使用總線,CPU使用總線,CPU使用總線,設(shè)備使用總線,設(shè)備,設(shè)備,CPU,CPU響應(yīng)，總線權(quán)交設(shè)備,CPU,設(shè)備釋放總線權(quán),CPU,設(shè)備,若干時鐘,若干時鐘,.,19,1.組合邏輯控制方式,3.3.4組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點及應(yīng)用,綜合化簡產(chǎn)生微命令的條件，形成邏輯式，用組合邏輯電路實現(xiàn)；執(zhí)行指令時，由組合邏輯電路(微