哈工程組原考研課件-3CPU-2組合邏輯控制器(06級(jí))

1、第三節(jié)第三節(jié) 組合邏輯控制器原理組合邏輯控制器原理3.3.1 控制器組成控制器組成微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器1.1.微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器功能：功能： 產(chǎn)生全機(jī)所需的各種產(chǎn)

2、生全機(jī)所需的各種微命令微命令控制最基本的操作控制最基本的操作( (微操作微操作) )的命令的命令電位型電位型脈沖型脈沖型微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC功能：功能： 指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PC+1PC+1順序執(zhí)行：順序執(zhí)行：PCPC先先+1+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改，再用轉(zhuǎn)移地址修改PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC轉(zhuǎn)移執(zhí)行：轉(zhuǎn)移執(zhí)行：3.3.指令寄存器指令

3、寄存器IRIR功能：功能： 存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。決定操作決定操作性質(zhì)性質(zhì)操作碼字段操作碼字段操作數(shù)地址操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR地址碼字段地址碼字段譯碼器譯碼器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器地址形成部件地址形成部件尋尋D4.4.狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PSWPSW功能：功能： 指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行

4、結(jié)果。例例. 某機(jī)的某機(jī)的PSWPSWPCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T T N Z V CN Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0C=1 C=1 進(jìn)位進(jìn)位 V=1 V=1 溢出溢出Z=1 Z=1 結(jié)果為結(jié)果為0 0N=1 N=1 結(jié)果為負(fù)結(jié)果為負(fù)

5、T=1T=1, 執(zhí)行跟蹤程序執(zhí)行跟蹤程序（1 1）條件碼）條件碼反映程序運(yùn)行結(jié)果反映程序運(yùn)行結(jié)果工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T N Z V CT N Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（2 2）跟蹤標(biāo)志）跟蹤標(biāo)志為程序查錯(cuò)設(shè)置的斷點(diǎn)標(biāo)志為程序查錯(cuò)設(shè)置的斷點(diǎn)標(biāo)志T T。程序初始化置T為1.測(cè)試T跟蹤程序.程序優(yōu)先級(jí)高于外部?jī)?yōu)先級(jí)，程序優(yōu)先級(jí)高于外部?jī)?yōu)先級(jí)，不響應(yīng)不響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)低于外部?jī)?yōu)先級(jí)，可響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)低于外部?jī)?yōu)先級(jí)，可響應(yīng)用戶方式：用戶方式：禁止程序執(zhí)行某些指令禁止程序執(zhí)行某些指令核心方式：核心方式：允許

6、程序執(zhí)行所有指令允許程序執(zhí)行所有指令（3 3）優(yōu)先級(jí)）優(yōu)先級(jí)為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級(jí)別，以決定是否為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級(jí)別，以決定是否響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T N Z V CT N Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（4 4）工作方式）工作方式規(guī)定程序的特權(quán)級(jí)規(guī)定程序的特權(quán)級(jí)。PSWPSW在在CPUCPU中，中，反映程序運(yùn)行反映程序運(yùn)行狀態(tài)；控制狀態(tài)；控制/ /狀狀態(tài)字在接口中態(tài)字在接口中, ,反映反映CPUCPU命令、命令、設(shè)備狀態(tài)。設(shè)備狀態(tài)。5.5.時(shí)序線路時(shí)序線路功能：

7、功能： 控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序振蕩器振蕩器分頻器分頻器時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖工作脈沖工作脈沖時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期( (節(jié)拍節(jié)拍) )產(chǎn)生電位產(chǎn)生電位型微命令，型微命令，控制操作控制操作時(shí)間段時(shí)間段產(chǎn)生脈沖型產(chǎn)生脈沖型微命令，控微命令，控制定時(shí)操作制定時(shí)操作1.1.取指令取指令PCPCPCPC微命令微

8、命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序3.3.2 控制器工作過(guò)程控制器工作過(guò)程地址地址M M指令指令I(lǐng)RIR 、譯碼、譯碼( (、尋址方式、尋址方式) )PC+1PC+1PCPC2.2.取數(shù)取數(shù)PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋

9、尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序按尋址方式，或從寄存器取數(shù)，或從存儲(chǔ)器按尋址方式，或從寄存器取數(shù)，或從存儲(chǔ)器取數(shù)。取數(shù)。3.3.執(zhí)行執(zhí)行按操作碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。按操作碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。1.1.組合邏輯控制器的時(shí)序劃分組合邏輯控制器的時(shí)序劃分3.3.3 時(shí)序控制方式時(shí)序控制方式即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系 采用三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)：采用三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)：指令周期指令周期工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期n n時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期1 1時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期2 2時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期m m.工作脈沖

10、工作脈沖1 1工作脈沖工作脈沖2 2工作脈沖工作脈沖k k.( (節(jié)拍節(jié)拍1)1)( (節(jié)拍節(jié)拍2)2)( (節(jié)拍節(jié)拍m)m) 時(shí)序關(guān)系：時(shí)序關(guān)系：晶振輸出晶振輸出工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期3 3時(shí)鐘時(shí)鐘T1T1工作脈沖工作脈沖P P時(shí)鐘時(shí)鐘T2T2指令周期指令周期控制不同階段操作時(shí)間控制不同階段操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間對(duì)微操作定時(shí)對(duì)微操作定時(shí)取指取指執(zhí)行執(zhí)行取數(shù)取數(shù)取出指令取出指令修改修改PC打入打入IR打入打入PC2.2.時(shí)序控制方式及其變化時(shí)序控制方式及其變化（1 1）同步控制）同步控制各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。定義

11、：定義：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 有明顯時(shí)序時(shí)間劃分，有明顯時(shí)序時(shí)間劃分，優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，時(shí)序劃分規(guī)整，時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，時(shí)序劃分規(guī)整，控制不復(fù)雜；控制不復(fù)雜；時(shí)間安排不合理。時(shí)間安排不合理。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 用于用于CPUCPU內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系統(tǒng)總線操作統(tǒng)總線操作 控制邏輯易于集中，便于管理?？刂七壿嬕子诩?，便于管理。 ( (各掛接部件速度相近，傳送時(shí)間確各掛接部件速度相近，傳送時(shí)間確定，傳送距離較近定，傳送距離較近) )。 時(shí)鐘周期時(shí)時(shí)鐘周期時(shí)間固定，間固定， 各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定

12、時(shí)控制。各項(xiàng)操作受各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序統(tǒng)一時(shí)序控制。控制。由由CPUCPU或或其他設(shè)備其他設(shè)備提供提供（2 2）異步控制）異步控制 各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不受統(tǒng)一時(shí)序控制。受統(tǒng)一時(shí)序控制。定義：定義：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分，無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分，例例. .異步傳送操作異步傳送操作 主設(shè)備：主設(shè)備：申請(qǐng)并掌握總線權(quán)的設(shè)備。申請(qǐng)并掌握總線權(quán)的設(shè)備。 各操作間的各操作間的銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答方式。方式?？偩€總線主主從從 從設(shè)備：從設(shè)備：響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求的設(shè)備。響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求的設(shè)備。發(fā)發(fā)/接接接接/發(fā)發(fā)主設(shè)

13、備獲得總線控制權(quán)主設(shè)備獲得總線控制權(quán) 操作流程：操作流程： 主設(shè)備詢問(wèn)從設(shè)備主設(shè)備詢問(wèn)從設(shè)備主設(shè)備發(fā)送主設(shè)備發(fā)送/ /接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)主設(shè)備釋放總線控制權(quán)主設(shè)備釋放總線控制權(quán) 從設(shè)備準(zhǔn)備好？從設(shè)備準(zhǔn)備好？YN主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線斷開(kāi)主設(shè)備輸出端與總線斷開(kāi)時(shí)間安排緊湊、合理；時(shí)間安排緊湊、合理；控制復(fù)雜?？刂茝?fù)雜。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 用于異步總線操作用于異步總線操作( (各掛接部各掛接部件速度差異大，傳送時(shí)間不確定，傳送距離件速度差異大，傳送時(shí)間不確定，傳送距離較遠(yuǎn)較遠(yuǎn)) )。（3 3）同步方式的變化）同步方式的變化指令周期長(zhǎng)度可變，時(shí)

14、鐘周期長(zhǎng)度不變。指令周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變。不同指令安排不同時(shí)鐘周期數(shù)不同指令安排不同時(shí)鐘周期數(shù)總線周期中插入延長(zhǎng)周期總線周期中插入延長(zhǎng)周期經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)所用的時(shí)間經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)所用的時(shí)間( (送地址、讀送地址、讀/ /寫寫) )總線周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變?？偩€周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變?？偩€周期總線周期( (4T) )例例. .一個(gè)總線周期包含一個(gè)總線周期包含4 4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)鐘時(shí)鐘T1T3T2T4送地址送地址讀讀/寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù) 結(jié)束結(jié)束同步方式同步方式時(shí)鐘時(shí)鐘T1T3T2T4T4T4Tw送地址送地址讀讀/寫數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù) 結(jié)束結(jié)束總線周期總線周期( (5T

15、) )擴(kuò)展同步方式擴(kuò)展同步方式同步方式引入異步應(yīng)答同步方式引入異步應(yīng)答以固定時(shí)鐘周期作為時(shí)序基礎(chǔ)，引入應(yīng)答思以固定時(shí)鐘周期作為時(shí)序基礎(chǔ)，引入應(yīng)答思想。想。例例.8088.8088最大模式，用一根最大模式，用一根總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求/ /應(yīng)答應(yīng)答線線實(shí)現(xiàn)總線權(quán)的轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)總線權(quán)的轉(zhuǎn)移。設(shè)備請(qǐng)求設(shè)備請(qǐng)求總線權(quán)總線權(quán)RQ/GTRQ/GTCPUCPU使用使用總線總線CPUCPU使用使用總線總線CPUCPU使用使用總線總線設(shè)備使用設(shè)備使用總線總線設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備CPUCPUCPUCPU響應(yīng)，響應(yīng)，總線權(quán)交設(shè)備總線權(quán)交設(shè)備CPUCPU設(shè)備釋放設(shè)備釋放總線權(quán)總線權(quán)CPUCPU設(shè)備設(shè)備若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘1.1.組合邏輯控制方式組合邏輯控制方式3.3.4 組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用綜合化簡(jiǎn)產(chǎn)生微命令的條件，形成邏輯式，綜合化簡(jiǎn)產(chǎn)生微命令的條件，形成邏