《計(jì)算機(jī)組成原理》

1、CPU 辦公室：辦公室：211 辦公電話：辦公電話：9 電子郵件：電子郵件： 計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理 系系 統(tǒng)統(tǒng) 總總 線線 存儲器存儲器 運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器 接口與通信接口與通信 輸入輸入/輸出設(shè)備輸出設(shè)備 Cache 第八章第八章 CPU的結(jié)構(gòu)與功能（的結(jié)構(gòu)與功能（最難最難） （含（含 第八章第八章+第四篇）第四篇） 8.1 CPU的基本功能與組成（的基本功能與組成（8.1） 8.2 時序系統(tǒng)和控制方式（時序系統(tǒng)和控制方式（8.2 8.3 9） 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)（組合邏輯設(shè)計(jì)（10） 8.4 微程序設(shè)計(jì)（微程序設(shè)計(jì)（10） 第八章第八章 CPU的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能 時

2、序系統(tǒng)是控制器的心臟，時序系統(tǒng)是控制器的心臟， 其功能是為指令的執(zhí)行提供各種定時信號。其功能是為指令的執(zhí)行提供各種定時信號。 （一條指令分不同執(zhí)行階段即周期（一條指令分不同執(zhí)行階段即周期-節(jié)拍）節(jié)拍） 控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟）控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟） 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（邏輯依據(jù)，講過了）擬定指令系統(tǒng)（邏輯依據(jù)，講過了） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排，剛講過）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排，剛講過） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排，該講了擬定時序系統(tǒng)（時間安排，該講了） 8.2、時序系統(tǒng)和控制方式、時序系統(tǒng)和控制方式 8.2.1 多級時序系統(tǒng)（周期、節(jié)拍）多級時序系統(tǒng)（周

3、期、節(jié)拍） 8.2.2 指令周期的數(shù)據(jù)流指令周期的數(shù)據(jù)流 8.2.3 指令流水指令流水 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 組合控制器的設(shè)計(jì)步驟組合控制器的設(shè)計(jì)步驟 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（邏輯依據(jù)，講過了）擬定指令系統(tǒng)（邏輯依據(jù)，講過了） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排，剛講過）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排，剛講過） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排，講過了）擬定時序系統(tǒng)（時間安排，講過了） 步驟四步驟四 擬定指令流程圖擬定指令流程圖 （合并了步驟一、步驟三）（合并了步驟一、步驟三） 方框方框 代表一個代表一個CPU周期，方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)通路的某種控制操作。周期，方框中的內(nèi)容表

4、示數(shù)據(jù)通路的某種控制操作。 菱形菱形 通常用來表示某種判別或測試，不單獨(dú)占用一個通常用來表示某種判別或測試，不單獨(dú)占用一個CPU周期。周期。 Review: 指令流程圖指令流程圖 采用方框圖語言來表示采用方框圖語言來表示 一條指令的指令周期。一條指令的指令周期。 8.2、時序系統(tǒng)和控制方式、時序系統(tǒng)和控制方式 8.2.1 多級時序系統(tǒng)（周期、節(jié)拍）多級時序系統(tǒng)（周期、節(jié)拍） 8.2.2 指令周期的數(shù)據(jù)流指令周期的數(shù)據(jù)流 8.2.3 指令流水（并行執(zhí)行）指令流水（并行執(zhí)行） 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 提高訪存速度：提高訪存速度： 1、采用高速存儲芯片、采用高速存儲芯片 2、多體并行存

5、儲結(jié)構(gòu)、多體并行存儲結(jié)構(gòu) 3、采用高速緩沖存儲器、采用高速緩沖存儲器 提高提高CPU速度：速度：P345 1、采用高速邏輯部件、采用高速邏輯部件 2、改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：、改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 采用流水技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)的并行性。采用流水技術(shù)開發(fā)系統(tǒng)的并行性。 1、指令流水線結(jié)構(gòu)、指令流水線結(jié)構(gòu) 假設(shè)完成一條指令分假設(shè)完成一條指令分 7 段，段， 每段需一個時鐘周期。每段需一個時鐘周期。 若流水線不出現(xiàn)斷流若流水線不出現(xiàn)斷流1 個時鐘周期出個時鐘周期出 1 結(jié)果結(jié)果 不采用流水技術(shù)不采用流水技術(shù)7 個時鐘周期出個時鐘周期出 1 結(jié)果結(jié)果 理想情況下，理想情況下，7 級流水級流水 的速度是不采用流水技術(shù)的的速度是

6、不采用流水技術(shù)的 7 倍。倍。 地址形成部件地址形成部件 指令譯碼部件指令譯碼部件 取操作數(shù)部件取操作數(shù)部件 取指令部件取指令部件 操作執(zhí)行部件操作執(zhí)行部件 回寫結(jié)果部件回寫結(jié)果部件 修改指令指針部件修改指令指針部件 鎖存鎖存 鎖存鎖存 鎖存鎖存 鎖存鎖存 鎖存鎖存 鎖存鎖存 8.2.3 指令流水指令流水 流水線流水線CPU 2、運(yùn)算流水線、運(yùn)算流水線 完成完成 浮點(diǎn)加減浮點(diǎn)加減 運(yùn)算，可分運(yùn)算，可分 對階、尾數(shù)求和、規(guī)格化對階、尾數(shù)求和、規(guī)格化 三段。三段。 分段原則，每段分段原則，每段 操作時間操作時間 盡量盡量 一致。一致。 鎖存器鎖存器 對階功能部件對階功能部件 第一段第一段 尾數(shù)加部

7、件尾數(shù)加部件 鎖存器鎖存器 第二段第二段 規(guī)格化部件規(guī)格化部件 鎖存器鎖存器 第三段第三段 8.2.3 指令流水指令流水 流水線流水線CPU 流水過程中通常會出現(xiàn)以下三種相關(guān)沖突，使流水線斷流。流水過程中通常會出現(xiàn)以下三種相關(guān)沖突，使流水線斷流。 1 1）結(jié)構(gòu)相關(guān)）結(jié)構(gòu)相關(guān) 是指多條指令進(jìn)入流水線后在同一時鐘周期內(nèi)爭用同一個部件是指多條指令進(jìn)入流水線后在同一時鐘周期內(nèi)爭用同一個部件 所發(fā)生的沖突。所發(fā)生的沖突。 例如：假定一條指令流水線由五段組成。在第例如：假定一條指令流水線由五段組成。在第4時鐘周期時，時鐘周期時， I1與與I4兩條指令同時訪存發(fā)生沖突。兩條指令同時訪存發(fā)生沖突。 解決辦法：

8、解決辦法：1）第）第I4條指令停頓一拍后再啟動；條指令停頓一拍后再啟動； 2）設(shè)兩個存儲體，一個存指令，一個存數(shù)據(jù)。）設(shè)兩個存儲體，一個存指令，一個存數(shù)據(jù)。 IF 取指取指 ID 譯碼譯碼 EX 執(zhí)行執(zhí)行 MEM 存取數(shù)存取數(shù) WB 寫回寫回 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 2 2）數(shù)據(jù)相關(guān)）數(shù)據(jù)相關(guān) 在流水計(jì)算機(jī)中，指令的處理是重疊進(jìn)行的，當(dāng)后繼指令所需的操在流水計(jì)算機(jī)中，指令的處理是重疊進(jìn)行的，當(dāng)后繼指令所需的操 作數(shù)，剛好是前一指令的運(yùn)算結(jié)果時，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。作數(shù)，剛好是前一指令的運(yùn)算結(jié)果時，便發(fā)生數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。 例如：例如：ADD指令與指令與S

9、UB指令發(fā)生了數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。指令發(fā)生了數(shù)據(jù)相關(guān)沖突。 解決辦法：后推法；或在流水解決辦法：后推法；或在流水CPU的運(yùn)算器中設(shè)置若干運(yùn)算結(jié)果的運(yùn)算器中設(shè)置若干運(yùn)算結(jié)果 暫存器（暫時保留運(yùn)算結(jié)果）以便后繼指令直接使用。暫存器（暫時保留運(yùn)算結(jié)果）以便后繼指令直接使用。 ADD R1，R2，R3（R2）+（R3） R1 SUB R4，R1，R5（R1）-（R5） R4 AND R6，R1，R7 （R1）（R7） R6 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 IF 取指取指 ID 譯碼，譯碼， 讀寄存器讀寄存器 EX 執(zhí)行執(zhí)行 訪存地址訪存地址 MEM 訪存訪存 WB 寫寄存

10、器寫寄存器 3 3） 控制相關(guān)控制相關(guān) 由轉(zhuǎn)移指令引起，依據(jù)轉(zhuǎn)移條件，可能順序取下條指令；由轉(zhuǎn)移指令引起，依據(jù)轉(zhuǎn)移條件，可能順序取下條指令； 也可能轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)地址取指令，從而使流水線發(fā)生斷流。也可能轉(zhuǎn)移到新的目標(biāo)地址取指令，從而使流水線發(fā)生斷流。 為了減小轉(zhuǎn)移指令對流水線性能的影響，常用兩種轉(zhuǎn)移處理技術(shù)：為了減小轉(zhuǎn)移指令對流水線性能的影響，常用兩種轉(zhuǎn)移處理技術(shù)： 延遲轉(zhuǎn)移法延遲轉(zhuǎn)移法 由編譯程序重排指令序列來實(shí)現(xiàn)。由編譯程序重排指令序列來實(shí)現(xiàn)。 基本思想是基本思想是“先執(zhí)行再轉(zhuǎn)移先執(zhí)行再轉(zhuǎn)移”，即發(fā)生轉(zhuǎn)移時并不排空指令，即發(fā)生轉(zhuǎn)移時并不排空指令 流水線，而是讓緊跟在轉(zhuǎn)移指令之后已進(jìn)入流水線

11、流水線，而是讓緊跟在轉(zhuǎn)移指令之后已進(jìn)入流水線 的少數(shù)的少數(shù) 幾條指令繼續(xù)完成。幾條指令繼續(xù)完成。 轉(zhuǎn)移預(yù)測法轉(zhuǎn)移預(yù)測法 用硬件方法實(shí)現(xiàn)，依據(jù)指令過去的行為預(yù)測將來的行為。用硬件方法實(shí)現(xiàn)，依據(jù)指令過去的行為預(yù)測將來的行為。 通過使用轉(zhuǎn)移取和順序取兩路指令預(yù)取隊(duì)列器以及目標(biāo)指通過使用轉(zhuǎn)移取和順序取兩路指令預(yù)取隊(duì)列器以及目標(biāo)指 令令Cache，可將轉(zhuǎn)移預(yù)測提前到取指階段進(jìn)行。，可將轉(zhuǎn)移預(yù)測提前到取指階段進(jìn)行。 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 例：流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：例：流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突： 寫后讀相關(guān)；讀后寫相關(guān)；寫后寫相關(guān)。寫后讀相關(guān)；讀后寫相關(guān)

12、；寫后寫相關(guān)。 判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。 （1） I1: ADD R1，R2，R3 ； (R2) + (R3) 送（送（R1） I2: SUB R4，R1，R5 ； (R1) - (R5) 送（送（R4） 解：第解：第(1)組指令中，組指令中，I1指令運(yùn)算結(jié)果應(yīng)先寫入指令運(yùn)算結(jié)果應(yīng)先寫入R1，然后在，然后在I2指令中讀指令中讀 出出R1內(nèi)容。由于內(nèi)容。由于I2指令進(jìn)入流水線，變成指令進(jìn)入流水線，變成I2指令在指令在I1指令寫入指令寫入R1 前就讀出前就讀出R1內(nèi)容，發(fā)生寫后讀相關(guān)。內(nèi)容，發(fā)生寫后讀相關(guān)。 8.2.3 指令流水指令流水

13、流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 IF 取指取指 ID 譯碼，譯碼， 讀寄存器讀寄存器 EX 執(zhí)行執(zhí)行 訪存地址訪存地址 MEM 訪存訪存 WB 寫寄存器寫寄存器 例：流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突：例：流水線中有三類數(shù)據(jù)相關(guān)沖突： 寫后讀相關(guān)；讀后寫相關(guān)；寫后寫相關(guān)。寫后讀相關(guān)；讀后寫相關(guān)；寫后寫相關(guān)。 判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。判斷以下三組指令各存在哪種類型的數(shù)據(jù)相關(guān)。 （2） I5: MUL R3，R1，R2 ； (R1)(R2)-（R3） I6: ADD R3，R4，R5 ； (R4) + (R5)-（R3） 解：如果解：如果I6指令的加法運(yùn)算完成時間早于指令的加法運(yùn)算

14、完成時間早于I5指令的乘法運(yùn)算時間，指令的乘法運(yùn)算時間， 變成指令變成指令I(lǐng)6在指令在指令I(lǐng)5寫入寫入R3前就寫入前就寫入R3，導(dǎo)致，導(dǎo)致R3的內(nèi)容錯誤，的內(nèi)容錯誤， 發(fā)生寫后寫相關(guān)發(fā)生寫后寫相關(guān) 。 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 例：某一流水線處理機(jī)，包括取指、譯碼、執(zhí)行例：某一流水線處理機(jī)，包括取指、譯碼、執(zhí)行 3個功能階段。個功能階段。 取指、譯碼各需要取指、譯碼各需要1T，執(zhí)行階段，執(zhí)行階段 MOV操作需要操作需要2T，ADD操作需操作需 要要3T。取操作數(shù)包含在譯碼階段，最后。取

15、操作數(shù)包含在譯碼階段，最后1T寫結(jié)果。寫結(jié)果。 執(zhí)行下面的程序后按要求分析指令流水線的功能。執(zhí)行下面的程序后按要求分析指令流水線的功能。 K: MOV R1,R0;R1 = (R0) K+1:ADD R0,R2,R1;R0 = (R1)+(R2) （1）設(shè)計(jì)并畫出流水線功能段的結(jié)構(gòu)圖。）設(shè)計(jì)并畫出流水線功能段的結(jié)構(gòu)圖。 解：解： IFIDEX 流入流入 流出流出 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 例：某一流水線處理機(jī)，包括取指、譯碼、執(zhí)行例：某一流水線處理機(jī)，包括取指、譯碼、執(zhí)行 3個功能階段。個功能階段。 取指、譯碼各需要取指、譯碼各需要1T，執(zhí)行階段，執(zhí)行

16、階段 MOV操作需要操作需要2T，ADD操作需操作需 要要3T。取操作數(shù)包含在譯碼階段，最后。取操作數(shù)包含在譯碼階段，最后1T寫回結(jié)果。寫回結(jié)果。 執(zhí)行下面的程序后按要求分析指令流水線的功能。執(zhí)行下面的程序后按要求分析指令流水線的功能。 K: MOV R1,R0;（R1）=（R0） K+1:ADD R0,R2,R1;R0 = （R1）+（R2） （2）考慮指令數(shù)據(jù)相關(guān)，畫出指令執(zhí)行過程流水線時空圖。）考慮指令數(shù)據(jù)相關(guān)，畫出指令執(zhí)行過程流水線時空圖。 KKK+1K+1K+1 KK+1 KK+1取指取指 譯碼譯碼 取操作數(shù)取操作數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行 空間空間 時間時間 KK+1 問：當(dāng)遇到什么情況時，流水

17、線講受阻。問：當(dāng)遇到什么情況時，流水線講受阻。 答：流水線受阻一般有三種情況：答：流水線受阻一般有三種情況： 1、在指令重疊執(zhí)行過程中，硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要、在指令重疊執(zhí)行過程中，硬件資源滿足不了指令重疊執(zhí)行的要 求，發(fā)生資源沖突。求，發(fā)生資源沖突。 如在同一時間，幾條重疊執(zhí)行的指令分別要取指令、取操作數(shù)如在同一時間，幾條重疊執(zhí)行的指令分別要取指令、取操作數(shù) 和存結(jié)果，都需要訪存，就會發(fā)生訪存沖突。和存結(jié)果，都需要訪存，就會發(fā)生訪存沖突。 2、在程序的相鄰指令之間出現(xiàn)了某種關(guān)聯(lián)，如當(dāng)一條指令需要用、在程序的相鄰指令之間出現(xiàn)了某種關(guān)聯(lián)，如當(dāng)一條指令需要用 到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些

18、指令均在流水線中重疊執(zhí)行，到前面指令的執(zhí)行結(jié)果，而這些指令均在流水線中重疊執(zhí)行， 就可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)。就可能引起數(shù)據(jù)相關(guān)。 3、當(dāng)流水線遇到分支指令時，如一條指令要等前一條（或幾條）、當(dāng)流水線遇到分支指令時，如一條指令要等前一條（或幾條） 指令作出轉(zhuǎn)移方向的決定后，才能進(jìn)入流水線時，便發(fā)生控制指令作出轉(zhuǎn)移方向的決定后，才能進(jìn)入流水線時，便發(fā)生控制 相關(guān)。相關(guān)。 8.2.3 指令流水指令流水 流水線中的沖突問題流水線中的沖突問題 8.2、時序系統(tǒng)和控制方式、時序系統(tǒng)和控制方式 8.2.1 多級時序系統(tǒng)（周期、節(jié)拍）多級時序系統(tǒng)（周期、節(jié)拍） 8.2.2 指令周期的數(shù)據(jù)流指令周期的數(shù)據(jù)流 8.2.

19、3 指令流水（并行執(zhí)行）指令流水（并行執(zhí)行） 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 控制方式控制方式 （即控制不同微操作序列，時序信號產(chǎn)生的方法。）（即控制不同微操作序列，時序信號產(chǎn)生的方法。） 常用的三種方式有：常用的三種方式有： 同步控制（與主頻同步）、同步控制（與主頻同步）、 異步控制、異步控制、 聯(lián)合控制。聯(lián)合控制。 其實(shí)質(zhì)反映了時序信號的定時方式。其實(shí)質(zhì)反映了時序信號的定時方式。 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 控制器如何在時序上對指令的執(zhí)行過程實(shí)施控制？控制器如何在時序上對指令的執(zhí)行過程實(shí)施控制？ 一條指令的執(zhí)行，是由許多個微操作組成的，不同的指令對應(yīng)著不同一條指令的執(zhí)行，是

20、由許多個微操作組成的，不同的指令對應(yīng)著不同 的微操作序列。的微操作序列。 控制器對指令流、數(shù)據(jù)流的控制，實(shí)質(zhì)是對這些微操作序列的控制。控制器對指令流、數(shù)據(jù)流的控制，實(shí)質(zhì)是對這些微操作序列的控制。 在時間上如何安排這些微操作？在時間上如何安排這些微操作？ 或說用怎樣的時序方式來形成這些微操作序列？或說用怎樣的時序方式來形成這些微操作序列？ 就是控制器的時序控制問題。就是控制器的時序控制問題。 1）、同步控制方式）、同步控制方式 固定時序控制方式：各微操作都由固定時序控制方式：各微操作都由CPU統(tǒng)一的時序信號控制。統(tǒng)一的時序信號控制。 在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機(jī)器周期數(shù)和時鐘周期數(shù)在

21、任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機(jī)器周期數(shù)和時鐘周期數(shù) 都固定不變。都固定不變。 由于不同的指令操作時間不一致，同步控制方式以最長的指令執(zhí)行時由于不同的指令操作時間不一致，同步控制方式以最長的指令執(zhí)行時 間作為統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)。其他指令和微操作也按這個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。間作為統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)。其他指令和微操作也按這個統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 這樣，全機(jī)各個部件都按統(tǒng)一時序工作，由一個時鐘產(chǎn)生一系列微操這樣，全機(jī)各個部件都按統(tǒng)一時序工作，由一個時鐘產(chǎn)生一系列微操 作控制信號進(jìn)行控制。這些微操作控制信號都與時鐘信號（作控制信號進(jìn)行控制。這些微操作控制信號都與時鐘信號（CPU的主的主 頻）同步。頻）同步。 特點(diǎn)：

22、社會主義大鍋飯。設(shè)計(jì)簡單，控制方便，時間容易，但是對許特點(diǎn)：社會主義大鍋飯。設(shè)計(jì)簡單，控制方便，時間容易，但是對許 多簡單指令來說會有比較多的空閑時間，造成較大數(shù)量的時間多簡單指令來說會有比較多的空閑時間，造成較大數(shù)量的時間 浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度，效率低。浪費(fèi)，從而影響了指令的執(zhí)行速度，效率低。 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 1）、同步控制方式）、同步控制方式 （1）采用）采用 定長的機(jī)器周期（機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)相同）定長的機(jī)器周期（機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)相同） 以以 最長最長 的的 微操作序列微操作序列 和和 最繁最繁 的微操作作為的微操作作為 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 8.2.4 時序控制方式時

23、序控制方式 CLK 機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期 （取指令）（取指令）（送操作數(shù)地址）（送操作數(shù)地址）（執(zhí)行指令）（執(zhí)行指令） 指令周期指令周期 T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3 機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期 （取指令）（取指令）（執(zhí)行指令）（執(zhí)行指令） 指令周期指令周期 T0T1T2T3T0T1T2 節(jié)拍節(jié)拍 (狀態(tài)狀態(tài)) 機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期 （取指令）（取指令）（執(zhí)行指令）（執(zhí)行指令） T0T1T2T3T0T1T2T3TT 延長延長 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 1）、同步控制方式）、同步控制方式 （2）采用）采用 不定長的機(jī)器

24、周期（機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)不相同）不定長的機(jī)器周期（機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)不相同） 一些復(fù)雜的指令可以通過增加節(jié)拍，延長機(jī)器周期來解決。一些復(fù)雜的指令可以通過增加節(jié)拍，延長機(jī)器周期來解決。 T0T1T2T3T0T1T2 中央控制節(jié)拍中央控制節(jié)拍 T3T0T1 中央控制節(jié)拍中央控制節(jié)拍 機(jī)器周期機(jī)器周期 執(zhí)行周期執(zhí)行周期 指令周期指令周期 取指周期取指周期 T0T1T2T3 局部控制節(jié)拍寬度與中央控制節(jié)拍寬度一致局部控制節(jié)拍寬度與中央控制節(jié)拍寬度一致 T*T*T* 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 1）、同步控制方式）、同步控制方式 （3）采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法）采用中央控制和局部控制相結(jié)

25、合的方法 中央控制：部分指令安排在統(tǒng)一的、較短的機(jī)器周期內(nèi)完成，中央控制：部分指令安排在統(tǒng)一的、較短的機(jī)器周期內(nèi)完成， 局部控制：部分復(fù)雜指令，在中央控制的執(zhí)行周期中插入局部局部控制：部分復(fù)雜指令，在中央控制的執(zhí)行周期中插入局部 控制節(jié)拍。控制節(jié)拍。 局部控制節(jié)拍局部控制節(jié)拍 2）、異步控制方式）、異步控制方式 即可變時序控制方式：各微操作不采用統(tǒng)一的時序信號控制。即可變時序控制方式：各微操作不采用統(tǒng)一的時序信號控制。 每條指令、每個操作需要多少時間就占用多少時間。每條指令、每個操作需要多少時間就占用多少時間。 每條指令的指令周期可由多個不等的機(jī)器周期數(shù)組成。每條指令的指令周期可由多個不等的機(jī)

26、器周期數(shù)組成。 這是一種這是一種“應(yīng)答應(yīng)答”方式，各操作之間的銜接是由方式，各操作之間的銜接是由“結(jié)束結(jié)束 起始起始”信信 號號 來實(shí)現(xiàn)的，由前一操作已經(jīng)完成的來實(shí)現(xiàn)的，由前一操作已經(jīng)完成的 “結(jié)束結(jié)束” 信號，或由下一操作的信號，或由下一操作的 “準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好” 信號來作為下一操作的起始信號，在沒有收到信號來作為下一操作的起始信號，在沒有收到“結(jié)束結(jié)束” 或或 “準(zhǔn)備好準(zhǔn)備好”信號之前不開始新的操作。信號之前不開始新的操作。 例如：存儲器讀操作，例如：存儲器讀操作，CPU向存儲器發(fā)一個讀命令（起始信號），啟動向存儲器發(fā)一個讀命令（起始信號），啟動 存儲器內(nèi)部的時序信號，此時存儲器內(nèi)部的時序信

27、號，此時CPU處于等待狀態(tài)，當(dāng)存儲器讀操作結(jié)束處于等待狀態(tài)，當(dāng)存儲器讀操作結(jié)束 后，向后，向CPU發(fā)出結(jié)束信號，以此作為下一操作的起始信號。發(fā)出結(jié)束信號，以此作為下一操作的起始信號。 特點(diǎn)：共產(chǎn)主義按需分配。省時，效率高，但控制復(fù)雜。特點(diǎn)：共產(chǎn)主義按需分配。省時，效率高，但控制復(fù)雜。 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 現(xiàn)在的微機(jī)中的聯(lián)合控制方式：現(xiàn)在的微機(jī)中的聯(lián)合控制方式： 中央控制：對大多數(shù)指令執(zhí)行時間接近或相等的指令，由中央控制：對大多數(shù)指令執(zhí)行時間接近或相等的指令，由CPU的主的主 頻時鐘實(shí)現(xiàn)同步控制。頻時鐘實(shí)現(xiàn)同步控制。 局部控制：少數(shù)執(zhí)行時間差別大的指令，由局部控制器發(fā)出的節(jié)拍局

28、部控制：少數(shù)執(zhí)行時間差別大的指令，由局部控制器發(fā)出的節(jié)拍 控制，但局部控制器的時鐘也要與控制，但局部控制器的時鐘也要與CPU的時鐘同步。的時鐘同步。 3）、聯(lián)合控制方式）、聯(lián)合控制方式 此為同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。此為同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。 實(shí)際上，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾乎沒有完全采用同步或完全采用異步的控實(shí)際上，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾乎沒有完全采用同步或完全采用異步的控 制方式，大多數(shù)是采用聯(lián)合控制方式。制方式，大多數(shù)是采用聯(lián)合控制方式。 通常的設(shè)計(jì)思想是：在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式通常的設(shè)計(jì)思想是：在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式 為主的控制方式，在功能部件之間采用異步

29、方式。為主的控制方式，在功能部件之間采用異步方式。 一般來說：一般來說：CPU內(nèi)部是同步的，內(nèi)部是同步的，CPU與其他部件之間是異步的。與其他部件之間是異步的。 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 1、指令系統(tǒng)、指令系統(tǒng) 指令種類直接影響著時序控制方式，各類指令所需要的時間差指令種類直接影響著時序控制方式，各類指令所需要的時間差 不多時可采用同步控制，如果時間差異大則采用異步控制；不多時可采用同步控制，如果時間差異大則采用異步控制； 同步控制與同步控制與CPU時鐘同步，故時序系統(tǒng)簡單，異步控制要有自時鐘同步，故時序系統(tǒng)簡單，異步控制要有自 己的時鐘，故時序系統(tǒng)復(fù)雜。己的時鐘，故時序系統(tǒng)復(fù)雜。

30、 2、指令格式和尋址方式、指令格式和尋址方式 指令格式：指令格式： 單地址（訪存兩次）單地址（訪存兩次） 雙地址（訪存三次）雙地址（訪存三次） 尋址方式：直接、間接、變址等訪存次數(shù)不同，執(zhí)行時間不等。尋址方式：直接、間接、變址等訪存次數(shù)不同，執(zhí)行時間不等。 所以，設(shè)計(jì)時序系統(tǒng)時，需要考慮指令系統(tǒng)中的這些問題。所以，設(shè)計(jì)時序系統(tǒng)時，需要考慮指令系統(tǒng)中的這些問題。 8.2.4 時序控制方式時序控制方式 -影響時序系統(tǒng)的因素影響時序系統(tǒng)的因素 8.1 CPU的基本功能與組成（的基本功能與組成（8.1） 8.2 時序系統(tǒng)和控制方式（時序系統(tǒng)和控制方式（8.2 8.3 9） 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)（組合邏

31、輯設(shè)計(jì)（10） 8.4 微程序設(shè)計(jì)（微程序設(shè)計(jì)（10） 第八章第八章 CPU的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要）組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要） 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)）擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排）擬定時序系統(tǒng)（時間安排） 選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期節(jié)拍）節(jié)拍） 即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干

32、個階段，一個階段為一個周期即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期 一個階段一個名字（取指周期，一個階段一個名字（取指周期， 源周期，目的周期，執(zhí)行周期等）源周期，目的周期，執(zhí)行周期等） 步驟四步驟四 擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三）擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三） 將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來 （它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步）（它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步） 步驟五步驟五 編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)）編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)） 將指令流程中規(guī)定

33、的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成將指令流程中規(guī)定的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成 步驟六步驟六 微操作的組合與化簡微操作的組合與化簡 根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用“或或”連接組合成原始連接組合成原始 表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。 步驟七步驟七 設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式。）設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式。） 重在理解重在理解 Review: 控制器控制器 確定一臺機(jī)器指令全部微操作命令的節(jié)拍安排之前，首先要明確確定一

34、臺機(jī)器指令全部微操作命令的節(jié)拍安排之前，首先要明確 CPUCPU的控制方式（同步或異步）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（總線或非總線）。的控制方式（同步或異步）和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（總線或非總線）。 例如：采用同步控制方式，非總線結(jié)構(gòu)的例如：采用同步控制方式，非總線結(jié)構(gòu)的CPUCPU，一個一個CPU周期有周期有3拍。拍。 非總線非總線CPU PCIR AC CU 時鐘時鐘 ALU C1 C2 C5 C9 C0 C10 C3 C7 C4 C6 C12 C11 C8 控制信號控制信號 標(biāo)志標(biāo)志 控制控制 信號信號 M D R M A R 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作的節(jié)拍安排微操作的節(jié)拍安排 安排微操作時間表的原則

35、安排微操作時間表的原則 原則一原則一 微操作的微操作的 先后順序不得先后順序不得 隨意隨意 更改。更改。 原則二原則二 被控對象不同被控對象不同 的微操作，盡量安排在的微操作，盡量安排在 一個節(jié)拍一個節(jié)拍 內(nèi)完成。內(nèi)完成。 原則三原則三 占用占用 時間較短時間較短 的微操作，盡量的微操作，盡量 安排在安排在 一個節(jié)拍一個節(jié)拍 內(nèi)完成，內(nèi)完成， 并允許有先后順序。并允許有先后順序。 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作的節(jié)拍安排微操作的節(jié)拍安排 1、取指周期、取指周期 微操作的微操作的 節(jié)拍安排節(jié)拍安排 PC MAR M ( MAR ) MDR MDR IR ( PC ) + 1 PC 原則

36、二、三原則二、三 原則二原則二 原則三原則三 2、間址周期、間址周期 微操作的微操作的 節(jié)拍安排節(jié)拍安排 M ( MAR ) MDR MDR Ad ( IR ) T0 T1 T2 T0 T1 T2 1 R（發(fā)讀命令）（發(fā)讀命令） OP ( IR ) ID（指令操作碼移碼）（指令操作碼移碼） Ad ( IR ) MAR 1 R（發(fā)讀命令）（發(fā)讀命令） 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作的節(jié)拍安排微操作的節(jié)拍安排 4、執(zhí)行周期、執(zhí)行周期 微操作的微操作的 節(jié)拍安排節(jié)拍安排 CLA 累加器清零累加器清零T0 T1 T2 0 AC 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作的節(jié)拍安排微操作的節(jié)拍安

37、排 ADD X 加法指令加法指令T0 T1 T2 Ad ( IR ) MAR M ( MAR ) MDR ( AC ) + ( MDR ) AC 1 R STA X 存數(shù)指令存數(shù)指令T0 T1 T2 Ad ( IR ) MAR AC MDR MDR M ( MAR ) 1 W JMP X 轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移指令T0 T1 T2 Ad ( IR ) PC 5、中斷周期、中斷周期 微操作的微操作的 節(jié)拍安排節(jié)拍安排 T0 T1 T2 0 MAR （送堆棧指針地址）（送堆棧指針地址） PC MDR （PC的內(nèi)容壓入堆棧）的內(nèi)容壓入堆棧） MDR M ( MAR )新地址新地址 PC（PC更新）更新） 1

38、W （發(fā)寫命令）（發(fā)寫命令） 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作的節(jié)拍安排微操作的節(jié)拍安排 T2 T1 T0 FE 取指取指 JMPLDASTAADDCOMCLA微操作命令信號微操作命令信號 狀態(tài)狀態(tài) 條件條件 節(jié)拍節(jié)拍 工作工作 周期周期 標(biāo)記標(biāo)記 PC MAR 1 R M(MAR) MDR ( PC ) +1 PC MDR IR OP( IR ) ID 1 IND 1 EX I I 111111 111111 111111 111111 111111 1111 111111 11 間址特征間址特征 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作時間表微操作時間表（P402） T2 T1 T

39、0 IND 間址間址 JMPLDASTAADDCOMCLA微操作命令信號微操作命令信號 狀態(tài)狀態(tài) 條件條件 節(jié)拍節(jié)拍 工作工作 周期周期 標(biāo)記標(biāo)記 Ad (IR) MAR 1 R M(MAR) MDR MDR Ad (IR) 1 EX IND 1111 1111 1111 1111 1111 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作時間表微操作時間表（P402） 一次間址特征一次間址特征 T2 T1 T0 EX 執(zhí)行執(zhí)行 JMPLDASTAADDCOMCLA微操作命令信號微操作命令信號 狀態(tài)狀態(tài) 條件條件 節(jié)拍節(jié)拍 工作工作 周期周期 標(biāo)記標(biāo)記 Ad (IR) MAR 1 R M(MAR) M

40、DR AC MDR (AC)+(MDR) AC MDR M(MAR) MDR AC 0 AC 1 W 111 11 1 11 1 1 1 1 1 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作時間表微操作時間表（P402） 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要）組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要） 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)）擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排）擬定時序系統(tǒng)（時間安排） 選定時序系統(tǒng)

41、作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期節(jié)拍）節(jié)拍） 即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期 一個階段一個名字（取指周期，一個階段一個名字（取指周期， 源周期，目的周期，執(zhí)行周期等）源周期，目的周期，執(zhí)行周期等） 步驟四步驟四 擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三）擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三） 將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來 （它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步）（它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步）

42、步驟五步驟五 編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)）編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)） 將指令流程中規(guī)定的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成將指令流程中規(guī)定的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成 步驟六步驟六 微操作的組合與化簡微操作的組合與化簡 根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用“或或”連接組合成原始連接組合成原始 表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。 步驟七步驟七 設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式。）設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式

43、。） 重在理解重在理解 Review: 控制器控制器 = FE T1 （ CLA + COM + ADD + STA + LDA + JMP ） + IND T1 （ ADD + STA + LDA + JMP ） + EX T1 （ ADD + LDA ） 例如某一微操作例如某一微操作 C2：M ( MAR ) MDR 的邏輯表達(dá)式如下：的邏輯表達(dá)式如下： 輸出信號：某一微操作的控制信號。輸出信號：某一微操作的控制信號。C2 : M (MAR) 送送 MDR 輸入信號：指令信號。輸入信號：指令信號。CLA 、COM、ADD、STA、LDA、JMP 等等 均來自均來自 操作碼譯碼器操作碼譯碼器

44、 的輸出端。的輸出端。 輸入信號：時序信號。輸入信號：時序信號。FE T1 、 IND T1 、 EX T1 等，等， 均來自均來自 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器 的輸出端。的輸出端。 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 微操作最簡表達(dá)式微操作最簡表達(dá)式（P401） = T1 FE（ CLA + COM + ADD + STA + LDA + JMP ） + IND（ ADD + STA + LDA + JMP ） + EX （ ADD + LDA ） 該邏輯表達(dá)式該邏輯表達(dá)式 給出給出 控制器控制器 輸入與輸出信號之間的關(guān)系。輸入與輸出信號之間的關(guān)系。 A B C D 0 0 0 0 0 0

45、0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 C B A Y8 Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 輸出信號輸出信號 = 某條指令某條指令 輸入：輸入： 指令中指令中 操作碼操作碼 操作碼譯碼器操作碼譯碼器 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) D 例如：例如： ADD 0 0 0 0 STA 1 0 1 0 LDA 1 0 1 1 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 ADD STA

46、LDA 例如：指令格式中前例如：指令格式中前4位為操作碼。位為操作碼。 C0C1Cn C2C3 輸入：指令信號輸入：指令信號 0 1 2n-1 T0 T1 Tn 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 組合邏輯控制器組合邏輯控制器 IR CU CLK （機(jī)器主頻）（機(jī)器主頻） 狀態(tài)狀態(tài) 標(biāo)志標(biāo)志 操作碼譯碼操作碼譯碼 n 位操作碼位操作碼 輸入：時序信號輸入：時序信號 節(jié)拍發(fā)生器節(jié)拍發(fā)生器 輸入：反饋信號輸入：反饋信號 輸出：各微操作的輸出：各微操作的控制信號控制信號 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要）組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要） 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)

47、的邏輯依據(jù)）擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排）擬定時序系統(tǒng)（時間安排） 選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期節(jié)拍）節(jié)拍） 即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期 一個階段一個名字（取指周期，一個階段一個名字（取指周期， 源周期，目的周期，執(zhí)行周期等）源周期，目的周期，執(zhí)行周期等） 步驟四步驟四 擬定指令流程圖（

48、合并了步驟一、步驟三）擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三） 將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來 （它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步）（它是采用時序計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)控制器的關(guān)鍵一步） 步驟五步驟五 編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)）編制微操作時間表（以步驟二、步驟四為基礎(chǔ)） 將指令流程中規(guī)定的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成將指令流程中規(guī)定的操作落實(shí)到由哪個部件完成，在什么時間完成 步驟六步驟六 微操作的組合與化簡微操作的組合與化簡 根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用根據(jù)操作時間表，將產(chǎn)生同一微操作的條件用

49、“或或”連接組合成原始連接組合成原始 表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。表達(dá)式，利用邏輯化簡，獲得最簡單的邏輯表達(dá)式。 步驟七步驟七 設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式。）設(shè)計(jì)邏輯電路圖（結(jié)合現(xiàn)有的元件，適當(dāng)變換邏輯表達(dá)式。） 重在理解重在理解 Review: 控制器控制器 組合邏輯控制器的特點(diǎn)組合邏輯控制器的特點(diǎn) 思路清晰，簡單明了思路清晰，簡單明了 龐雜，調(diào)試?yán)щy，修改困難龐雜，調(diào)試?yán)щy，修改困難 速度快速度快 & & &1 1 & & & 1 FE IND EX LDAADD JMPBAN STA T1 C2： M ( MAR) 送送 MDR （RISC） &

50、 8.3 組合邏輯設(shè)計(jì)組合邏輯設(shè)計(jì) 畫出邏輯電路圖畫出邏輯電路圖（P401） 考研習(xí)題精選考研習(xí)題精選 1、若存儲器容量為、若存儲器容量為64K *32位，指出主機(jī)中六個基本寄存器的位數(shù)。位，指出主機(jī)中六個基本寄存器的位數(shù)。 并寫出組合邏輯控制器完成并寫出組合邏輯控制器完成STA X （AC內(nèi)容寫回到內(nèi)容寫回到X主存單元內(nèi)）主存單元內(nèi)） 指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排。指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排。 解：主機(jī)中基本寄存器及位數(shù)解：主機(jī)中基本寄存器及位數(shù) 累加器累加器 32 指令寄存器指令寄存器 32 數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器 32 通用寄存器通用寄存器 32 地址寄存器地址寄存器 16 PC程序

51、計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器 16 STA X （X為主存單元地址）指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排：為主存單元地址）指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排： PC MAR M ( MAR ) MDR MDR IR ( PC ) + 1 PC T0 T1 T2 1 R（發(fā)讀命令）（發(fā)讀命令） OP ( IR ) ID（操作碼譯碼）（操作碼譯碼） T0 T1 T2 Ad ( IR ) MAR AC MDR MDR M ( MAR ) 1 W 解：主機(jī)中基本寄存器及位數(shù)解：主機(jī)中基本寄存器及位數(shù) 累加器累加器 指令寄存器指令寄存器 數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器 通用寄存器通用寄存器 地址寄存器地址寄存器 PC程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)

52、器 STA X （X為主存單元地址）指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排：為主存單元地址）指令發(fā)出的微操作及節(jié)拍安排： 取指周期取指周期 執(zhí)行周期執(zhí)行周期 組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要）組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟（前三步驟非常重要） 步驟一步驟一 擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)）擬定指令系統(tǒng)（給出硬部件設(shè)計(jì)的邏輯依據(jù)） 步驟二步驟二 確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路）確定總體結(jié)構(gòu)（空間安排：設(shè)置哪些部件，確定數(shù)據(jù)通路） 步驟三步驟三 擬定時序系統(tǒng)（時間安排）擬定時序系統(tǒng)（時間安排） 選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期選定時序系統(tǒng)作為協(xié)調(diào)各部件工作的手段（周期節(jié)拍）節(jié)拍） 即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期即把一條指令的執(zhí)行過程分為若干個階段，一個階段為一個周期 一個階段一個名字（取指周期，一個階段一個名字（取指周期， 源周期，目的周期，執(zhí)行周期等）源周期，目的周期，執(zhí)行周期等） 步驟四步驟四 擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三）擬定指令流程圖（合并了步驟一、步驟三） 將一條指令的執(zhí)行步驟按時間順序用流程圖形式表示出來將一條指令的執(zhí)行步驟按時