計算機組成原理控制器

1、控控 制制 器器 （1 1）程序控制）程序控制 保證機器按一定順序執(zhí)行程序是保證機器按一定順序執(zhí)行程序是CPUCPU的首要任務(wù)。的首要任務(wù)。（2 2）操作控制）操作控制 一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合一條指令的功能往往是由若干個操作信號的組合來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。（3 3）時間控制）時間控制 對各種操作實施時間上的控制稱為時間控制。對各種操作實施時間上的控制稱為時間控制。 各種指令的操作信號均受到時間的嚴(yán)格控制；各種指令的操作信號均受到時間的嚴(yán)格控制； 一條指令的整個執(zhí)行過程也受到時間的嚴(yán)格控制。一條指令的整個執(zhí)行過程也受到時間的嚴(yán)格控制。（4 4）數(shù)據(jù)加工）數(shù)據(jù)加工CPU的基本功能

2、的基本功能控制器的基本功能就是負(fù)責(zé)指令的讀出，進控制器的基本功能就是負(fù)責(zé)指令的讀出，進行識別和解釋，并指揮協(xié)調(diào)各功能部件執(zhí)行指令。行識別和解釋，并指揮協(xié)調(diào)各功能部件執(zhí)行指令?？刂破鞯幕竟δ芸刂破鞯幕竟δ? 1、編程、編程2 2、送存儲器（通過輸入設(shè)備）、送存儲器（通過輸入設(shè)備）3 3、機器工作時，是按一定的序列逐條取出指令，分、機器工作時，是按一定的序列逐條取出指令，分析指令，執(zhí)行指令，并自動轉(zhuǎn)到下一條指令執(zhí)行，析指令，執(zhí)行指令，并自動轉(zhuǎn)到下一條指令執(zhí)行，直到程序規(guī)定的任務(wù)完成。直到程序規(guī)定的任務(wù)完成。4 4、程序控制由控制器承擔(dān)，程序存儲由存儲器完成。、程序控制由控制器承擔(dān)，程序存儲由存

3、儲器完成。程序控制原理程序控制原理(1)(1) 常規(guī)組合邏輯法常規(guī)組合邏輯法( (或稱隨機邏輯法或稱隨機邏輯法) )；方法是按邏輯代數(shù)的運算規(guī)則，以組合電路最小化方法是按邏輯代數(shù)的運算規(guī)則，以組合電路最小化為原則，用邏輯門電路實現(xiàn)；為原則，用邏輯門電路實現(xiàn)；(2)(2) 可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列(PLA)(PLA)法；法；與前者本質(zhì)相同，用大規(guī)模集成電路與前者本質(zhì)相同，用大規(guī)模集成電路(LSI)(LSI)來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。(3)(3)微程序控制邏輯法。微程序控制邏輯法。將程序設(shè)計的思想方法引入控制器的控制邏輯；將程序設(shè)計的思想方法引入控制器的控制邏輯；將各種操作控制信號以編碼信息字的形式存入

4、控制將各種操作控制信號以編碼信息字的形式存入控制存儲器中（存儲器中（CMCM）；）；一條機器指令對應(yīng)一道微程序，一條機器指令對應(yīng)一道微程序，機器指令執(zhí)行的過程就是微程序執(zhí)行的過程。機器指令執(zhí)行的過程就是微程序執(zhí)行的過程?？刂破鲗崿F(xiàn)方法控制器實現(xiàn)方法移移位位器器ALUA選選擇擇器器B選選擇擇器器R0R3CDACAR(MAR)DR(MDR,MBR)IRPCSPPSW控控制制線線路路MI/OI/O接接口口內(nèi)內(nèi)總總線線( (單單向向) )R0-R3暫暫存存器器C、DPC,SPACR0-R3暫暫存存器器C、DPSWDR(MBR). . . .DBUSABUSCBUSCPU數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)33CP

5、UCPU組成組成 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)控制臺信息控制臺信息運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成PCPCOPOPD尋尋來自來自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)控制臺信息控制臺信息運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成PCPCOPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器功能：功能： 產(chǎn)生全機所需的各種微命令產(chǎn)生全機所需的各種微命令控制最基本的操作控制最基本的

6、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構(gòu)成微命令發(fā)生器構(gòu)成微命令發(fā)生器CPU中的主要寄存器中的主要寄存器CPU中的主要寄存器中的主要寄存器功能：功能： 存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。決定操決定操作性質(zhì)作性質(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)移地址控制臺信息控制臺信息送送MPCPC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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器 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

7、地址形成部件地址形成部件尋址方式尋址方式DCPU中的主要寄存器中的主要寄存器微命令微命令發(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)控制臺信息控制臺信息運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成PCPCOPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M指令計數(shù)器指令計數(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。PCPC本身本身+1+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:ALU+1ALU+1 IR IR CPU中的主要寄存器中的主要寄

8、存器CPU中的主要寄存器中的主要寄存器CPU中的主要寄存器中的主要寄存器CPU中的主要寄存器中的主要寄存器程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSWPSW功能：功能： 指示程序運行方式，反映程序運行結(jié)果。指示程序運行方式，反映程序運行結(jié)果。例例. 某機的某機的PSWPSW控制臺信息控制臺信息送送MPCPC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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1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)先級優(yōu)先級 T N Z V CT

9、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 0T=1T=1, 執(zhí)行跟蹤程序執(zhí)行跟蹤程序反映程序運行結(jié)果反映程序運行結(jié)果工作方式工作方式 優(yōu)先級優(yōu)先級 T N Z V CT N Z V C（2 2）跟蹤標(biāo)志）跟蹤標(biāo)志為程序查錯設(shè)置為程序查錯設(shè)置的斷點標(biāo)志的斷點標(biāo)志T T。.工作方式工作方式 優(yōu)先級優(yōu)先級 T N Z V CT N Z V C控制臺信息控制臺信息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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來

10、自來自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 時序時序時序線路時序線路振蕩器振蕩器分頻器分頻器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器指令執(zhí)行過程指令執(zhí)行過程1.1.取指令取指令PCPC控制臺信息控制臺信息送送MPCPC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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時序時序地址地址M M指令指令I(lǐng)RIR、譯碼、譯碼( (OPOP、尋址方式、尋址方式) )PC+1P

11、C+1PCPC2.2.取操作數(shù)取操作數(shù)( (按尋址方式按尋址方式) )立立: :指令指令操作數(shù)操作數(shù)有效地址有效地址M M, ,取數(shù)取數(shù)R R, ,取數(shù)取數(shù)直直: :寄存器號寄存器號間間: :間接地址間接地址M,M,取有效地址取有效地址寄存器號寄存器號R R, ,取有效地址取有效地址變變: :形式地址形式地址變址量變址量運算器運算器計算有效計算有效地址地址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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR

12、PSW PSW 時序時序送送M3.3.執(zhí)行操作執(zhí)行操作( (按操作碼按操作碼) )結(jié)果結(jié)果存儲器存儲器/ /寄存器寄存器操作數(shù)操作數(shù)加法器加法器操作數(shù)操作數(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)運行狀態(tài)運行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時序時序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時序時序送送M單總線結(jié)構(gòu)單總線結(jié)構(gòu)ZALUYR7R0PCIR控制器控制器.MAR微操微操作信作信號號MBRMPSWBUS+1IRPCARMDRR0 R1 R2YA AL LU UA總總線

13、線B總總線線I IR Ri iI IR Ro oP PC Ci iP PC Co oA AR Ri iR R/ / W WD DR Ri iD DR Ro oR R0 0i iR R0 0o oy yi iX Xi i+ +- -G GR3X雙雙總總線線結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)通通路路移移位位器器ALUA選選擇擇器器B選選擇擇器器R0R3CDACAR(MAR)DR(MDR,MBR)IRPCSPPSW控控制制線線路路MI/OI/O接接口口內(nèi)內(nèi)總總線線( (單單向向) )R0-R3暫暫存存器器C、DPC,SPACR0-R3暫暫存存器器C、DPSWDR(MBR). . . .DBUSABUSCBUSCPU數(shù)

14、數(shù)據(jù)據(jù)通通路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)5.2CPU工作機制工作機制5.2.1 基本概念：基本概念： 指令周期指令周期：是從取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所：是從取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的時間。不同的指令其指令周期長短可以不同。需的時間。不同的指令其指令周期長短可以不同。取一條取一條指令指令執(zhí)行該執(zhí)行該指令指令開始開始5.2CPU工作機制工作機制5.2.1 基本概念：基本概念：指令周期指令周期：是從取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需：是從取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的時間。不同的指令其指令周期長短可以不同。的時間。不同的指令其指令周期長短可以不同。取一條取一條指令指令執(zhí)行該執(zhí)行該指令指令開始開始

15、 機器周期（機器周期（工作周期）工作周期）：是從內(nèi)存中讀取一個指令字的是從內(nèi)存中讀取一個指令字的最短時間，即最短時間，即CPU周期。周期。 .5.2CPU工作機制工作機制機器周期機器周期/工作周期工作周期節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖/T周期周期5.2CPU工作機制工作機制 5.2CPU工作機制工作機制32移移位位器器ALUA選選擇擇器器B選選擇擇器器R0R3CDACAR(MAR)DR(MDR,MBR)IRPCSPPSW控控制制線線路路MI/OI/O接接口口內(nèi)內(nèi)總總線線( (單單向向) )R0-R3暫暫存存器器C、DPC,SPACR0-R3暫暫存存器器C、DPSWDR(MBR). . . .DBUSABUSCBU