第十四-十五講-第7章-指令系統(tǒng)

第７章指令系統(tǒng)7.1機(jī)器指令7.2操作數(shù)類型和操作類型7.3尋址方式7.4指令格式舉例7.5RISC技術(shù)7.1機(jī)器指令一、指令的一般格式操作碼字段

地址碼字段1.操作碼反映機(jī)器做什么操作(1)長(zhǎng)度固定(2)長(zhǎng)度可變用于指令字長(zhǎng)較長(zhǎng)的情況，RISC如IBM370操作碼8位操作碼分散在指令字的不同字段中(3)擴(kuò)展操作碼技術(shù)操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作碼8位操作碼12位操作碼16位操作碼最多15條三地址指令最多15條二地址指令最多15條一地址指令16條零地址指令7.1(3)擴(kuò)展操作碼技術(shù)操作碼的位數(shù)隨地址數(shù)的減少而增加OPA1A2A3000000011110…A1A1A1…A2A2A2…A3A3A3…A2A2A2…A3A3A3…111111111111…000000011110…111111111111…111111111111…111111111111…000000011111…111111111111…111111111111…A3A3A3…000000011110…4位操作碼8位操作碼12位操作碼16位操作碼三地址指令操作碼每減少一種可多構(gòu)成24種二地址指令二地址指令操作碼每減少一種可多構(gòu)成24

種一地址指令7.12.地址碼(1)四地址(2)三地址OPA1A2A3A486666A1

第一操作數(shù)地址A2

第二操作數(shù)地址A3

結(jié)果的地址A4

下一條指令地址若PC代替A4(A1)OP(A2)A38888OPA1A2A3(A1)OP(A2)A34次訪存4次訪存尋址范圍26=64尋址范圍28=256若A3用A1或A2代替7.1設(shè)指令字長(zhǎng)為32位操作碼固定為8位(3)二地址OPA1A281212(A1)OP(A2)A1(A1)OP(A2)A2或4次訪存若ACC代替A1（或A2）若結(jié)果存于ACC(4)一地址(5)零地址OPA1824無(wú)地址碼(ACC)OP(A1)ACC2次訪存尋址范圍212=4K尋址范圍224=16M3次訪存7.1二、指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)決定于操作碼的長(zhǎng)度指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)2.指令字長(zhǎng)可變操作數(shù)地址的長(zhǎng)度操作數(shù)地址的個(gè)數(shù)1.指令字長(zhǎng)固定按字節(jié)的倍數(shù)變化7.1小結(jié)當(dāng)用一些硬件資源代替指令字中的地址碼字段后當(dāng)指令的地址字段為寄存器時(shí)可擴(kuò)大指令的尋址范圍可縮短指令字長(zhǎng)可減少訪存次數(shù)三地址OPR1,

R2,R3二地址OPR1,R2

一地址OPR1

指令執(zhí)行階段不訪存可縮短指令字長(zhǎng)7.17.2操作數(shù)類型和操作種類一、操作數(shù)類型地址數(shù)字字符邏輯數(shù)無(wú)符號(hào)整數(shù)定點(diǎn)數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)、十進(jìn)制數(shù)ASCII邏輯運(yùn)算二、數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存放方式字地址為低字節(jié)地址字地址為高字節(jié)地址37621540字地址04低字節(jié)04512673字地址04低字節(jié)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存放（存儲(chǔ)字長(zhǎng)為

32

位）地址（十進(jìn)制）04812162024283236雙字雙字（地址32）雙字雙字（地址24）半字（地址20）半字（地址22）半字（地址16）半字（地址18）字節(jié)（地址

8）字節(jié)（地址

9）字節(jié)（地址10）字節(jié)（地址11）字（地址4）字（地址0）字節(jié)（地址14）字節(jié)（地址15）字節(jié)（地址13）字節(jié)（地址12）邊界對(duì)準(zhǔn)地址（十進(jìn)制）048字節(jié)(地址7)字節(jié)(地址6)字(地址2)半字(地址10)半字(地址8)半字(地址0)字(地址4)邊界未對(duì)準(zhǔn)7.2三、操作類型1.

數(shù)據(jù)傳送源目的寄存器寄存器寄存器寄存器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器置“1”，清“0”2.算術(shù)邏輯操作加、減、乘、除、增1、減1、求補(bǔ)、浮點(diǎn)運(yùn)算、十進(jìn)制運(yùn)算與、或、非、異或、位操作、位測(cè)試、位清除、位求反如8086MOVESTORELOADMOVEPUSHPOP例如MOVEMOVE7.2ADDSUBMULDIVINCDECCMPNEGAAAAASAAMAADANDORNOTXORTEST3.移位操作算術(shù)移位4.轉(zhuǎn)移(1)無(wú)條件轉(zhuǎn)移JMP(2)條件轉(zhuǎn)移結(jié)果為零轉(zhuǎn)（Z=1）

JZ結(jié)果溢出轉(zhuǎn)（O=1）JO結(jié)果有進(jìn)位轉(zhuǎn)（C=1）JC跳過(guò)一條指令SKP循環(huán)移位（帶進(jìn)位和不帶進(jìn)位）如300…305306307SKPDZD=0則跳邏輯移位完成觸發(fā)器7.2(3)調(diào)用和返回CALLSUB1......CALLSUB2…...CALLSUB2…RETURNRETURN主程序地址200021002101子程序SUB1240025002501256025612700主存空間分配程序執(zhí)行流程子程序SUB27.2...INAX,nOUTDX,ALOUTn,AXOUTDX,AX(4)陷阱（Trap）與陷阱指令意外事故的中斷設(shè)置供用戶使用的陷阱指令如8086INTTYPE軟中斷提供給用戶使用的陷阱指令，完成系統(tǒng)調(diào)用5.輸入輸出一般不提供給用戶直接使用

在出現(xiàn)事故時(shí)，由CPU自動(dòng)產(chǎn)生并執(zhí)行（隱指令）INAL,DXINAX,DX入端口地址CPU的寄存器出CPU的寄存器端口地址7.2如如INAL,nOUTn,AL7.3尋址方式尋址方式

確定本條指令的操作數(shù)地址下一條欲執(zhí)行指令的指令地址指令尋址數(shù)據(jù)尋址尋址方式7.3尋址方式一、指令尋址順序(PC)+1PC跳躍由轉(zhuǎn)移指令指出LDA1000ADD1001DEC1200JMP7LDA2000SUB2001INCSTA2500LDA1100...0123456789PC+1指令地址尋址方式指令地址指令順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?順序?qū)ぶ?跳躍尋址7順序?qū)ぶ?二、數(shù)據(jù)尋址形式地址指令字中的地址有效地址操作數(shù)的真實(shí)地址約定

指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)=機(jī)器字長(zhǎng)1.立即尋址指令執(zhí)行階段不訪存

A的位數(shù)限制了立即數(shù)的范圍形式地址A操作碼尋址特征OP#A立即尋址特征立即數(shù)可正可負(fù)補(bǔ)碼形式地址A就是操作數(shù)7.32.直接尋址EA=A操作數(shù)主存尋址特征LDAAAACC執(zhí)行階段訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器

A的位數(shù)決定了該指令操作數(shù)的尋址范圍操作數(shù)的地址不易修改（必須修改A）有效地址由形式地址直接給出7.33.隱含尋址操作數(shù)地址隱含在操作碼中ADDA操作數(shù)主存尋址特征AACC暫存ALU另一個(gè)操作數(shù)隱含在ACC中如8086MUL指令被乘數(shù)隱含在AX（16位）或AL（8位）中MOVS指令源操作數(shù)的地址隱含在SI中目的操作數(shù)的地址隱含在DI中指令字中少了一個(gè)地址字段，可縮短指令字長(zhǎng)7.34.間接尋址EA=（A）有效地址由形式地址間接提供OPA尋址特征AEA主存EAA1EAA1主存EA10執(zhí)行指令階段2次訪存可擴(kuò)大尋址范圍便于編制程序OPA尋址特征A一次間址多次間址操作數(shù)操作數(shù)多次訪存7.3……子程序主程序…8081201202調(diào)用子程序調(diào)用子程序間接尋址編程舉例(A)=81(A)=202……@間址特征7.3JMP@A…

……

…5.寄存器尋址EA=Ri執(zhí)行階段不訪存，只訪問(wèn)寄存器，執(zhí)行速度快OPRi尋址特征寄存器個(gè)數(shù)有限，可縮短指令字長(zhǎng)操作數(shù)…………R0RiRn寄存器有效地址即為寄存器編號(hào)7.3EA=(Ri

)6.寄存器間接尋址

有效地址在寄存器中，操作數(shù)在存儲(chǔ)器中，執(zhí)行階段訪存操作數(shù)主存OPRi尋址特征

便于編制循環(huán)程序地址…………R0RiRn寄存器有效地址在寄存器中7.37.基址尋址(1)采用專用寄存器作基址寄存器EA=(BR)+ABR為基址寄存器OPA操作數(shù)主存尋址特征ALUBR

可擴(kuò)大尋址范圍

有利于多道程序

BR內(nèi)容由操作系統(tǒng)或管理程序確定

在程序的執(zhí)行過(guò)程中BR內(nèi)容不變，形式地址A可變7.3(2)

采用通用寄存器作基址寄存器操作數(shù)主存尋址特征ALUOPR0AR0

作基址寄存器由用戶指定哪個(gè)通用寄存器作為基址寄存器通用寄存器R0Rn-1R1…基址寄存器的內(nèi)容由操作系統(tǒng)確定在程序的執(zhí)行過(guò)程中R0內(nèi)容不變，形式地址A可變7.38.變址尋址EA=(IX)+AOPA操作數(shù)主存尋址特征ALUIX可擴(kuò)大尋址范圍便于處理數(shù)組問(wèn)題

IX的內(nèi)容由用戶給定IX為變址寄存器（專用）在程序的執(zhí)行過(guò)程中IX內(nèi)容可變，形式地址A不變通用寄存器也可以作為變址寄存器7.3例設(shè)數(shù)據(jù)塊首地址為D，求N

個(gè)數(shù)的平均值直接尋址變址尋址LDADADDD+1ADDD+2…ADDD+(N-1)DIV#NSTAANSLDA#0LDX#0INXCPX#NBNEMDIV#NSTAANS共N+2

條指令共8條指令A(yù)DDX,DMX為變址寄存器D為形式地址(X)和#N

比較(X)+1X結(jié)果不為零則轉(zhuǎn)7.39.相對(duì)尋址EA=(PC)+AA是相對(duì)于當(dāng)前指令的位移量（可正可負(fù)，補(bǔ)碼）A的位數(shù)決定操作數(shù)的尋址范圍程序浮動(dòng)

廣泛用于轉(zhuǎn)移指令操作數(shù)尋址特征ALUOPA相對(duì)距離A1000PC

…主存1000AOP7.3(1)相對(duì)尋址舉例M

隨程序所在存儲(chǔ)空間的位置不同而不同EA=(M+3)–3=M–3*LDA#0LDX#0ADDX,DINXCPX#NBNE

MDIV#NSTAANSMM+1M+2M+3而指令BNE

與指令A(yù)DDX,D

相對(duì)位移量不變–3*

指令BNE操作數(shù)的有效地址為–3*

相對(duì)尋址特征*7.3(2)按字節(jié)尋址的相對(duì)尋址舉例OP位移量2000H2008H8JMP*+8OP06H2000H2008H8設(shè)當(dāng)前指令地址PC=2000H轉(zhuǎn)移后的目的地址為

2008H因?yàn)槿〕鯦MP

*+8

后PC=2002H二字節(jié)指令故JMP

*+8

指令的第二字節(jié)為2008H-2002H=06H7.310.堆棧尋址(1)堆棧的特點(diǎn)堆棧硬堆棧軟堆棧多個(gè)寄存器指定的存儲(chǔ)空間先進(jìn)后出（一個(gè)入出口）棧頂?shù)刂酚蒘P

指出–11FFFH+12000H進(jìn)棧（SP）–1SP出棧（SP）+1SP棧頂棧底2000HSP2000H……1FFFHSP1FFFH棧頂棧底進(jìn)棧出棧1FFFH棧頂2000H棧頂7.3(2)堆棧尋址舉例15200HACCSPX棧頂200H棧底主存151FFHACCSP15棧頂200H棧底主存X1FFHPUSHA前PUSHA后POPA前POPA后Y1FFHACCSPX棧頂200H棧底主存151FFH15200HACCSP棧頂200H棧底主存X157.3(3)SP的修改與主存編址方法有關(guān)①按字編址進(jìn)棧出棧（SP）–1SP（SP）+1SP②按字節(jié)編址存儲(chǔ)字長(zhǎng)16位進(jìn)棧出棧（SP）–2SP（SP）+2SP存儲(chǔ)字長(zhǎng)32位進(jìn)棧出棧（SP）–4SP（SP）+4SP7.37.4指令格式舉例一、設(shè)計(jì)指令格式時(shí)應(yīng)考慮的各種因素1.指令系統(tǒng)的兼容性（向上兼容）2.其他因素操作類型數(shù)據(jù)類型指令格式包括指令個(gè)數(shù)及操作的難易程度指令字長(zhǎng)是否固定尋址方式寄存器個(gè)數(shù)地址碼位數(shù)、地址個(gè)數(shù)、尋址方式類型操作碼位數(shù)、是否采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)，確定哪些數(shù)據(jù)類型可參與操作指令尋址、操作數(shù)尋址寄存器的多少直接影響指令的執(zhí)行時(shí)間二、指令格式舉例1.PDP–8指令字長(zhǎng)固定12位

操作碼

間

頁(yè)地址碼訪存類指令0235411寄存器類指令

111輔助操作碼02311I/O類指令

110設(shè)備操作碼02311987.4采用擴(kuò)展操作碼技術(shù)2.PDP–11源地址OP4661616目的地址存儲(chǔ)器地址1存儲(chǔ)器地址2OP10616目的地址存儲(chǔ)器地址目的地址466源地址OP106目的地址OP-CODE16OP-CODE指令字長(zhǎng)有16位、32位、48位三種零地址(16位)一地址(16位)二地址R–R(16位)二地址R–M(32位)二地址M–M(48位)擴(kuò)展操作碼技術(shù)7.43.IBM360OPR1R2RR格式844OPR1XBDRX格式844412OPR1R3BDRS格式844412OPBDISI格式88412二地址R–R基址加變址尋址二地址R–M三地址R–M基址尋址二地址M–M基址尋址基址尋址立即數(shù)–

M7.4OPB1D1LB2D2SS格式884124124.Intel8086(1)指令字長(zhǎng)(2)地址格式1~6個(gè)字節(jié)MOVWORDPTR[0204],0138H6字節(jié)INCAX1字節(jié)一地址NOP1字節(jié)CALL段內(nèi)調(diào)用3字節(jié)零地址5字節(jié)段間調(diào)用寄存器–寄存器寄存器–立即數(shù)寄存器–存儲(chǔ)器ADDAX，BX2字節(jié)ADDAX，[3048H]4字節(jié)ADDAX，3048H

3字節(jié)二地址CALL7.47.5RISC技術(shù)一、RISC的產(chǎn)生和發(fā)展

80—20規(guī)律

典型程序中80%的語(yǔ)句僅僅使用處理機(jī)中20%的指令

執(zhí)行頻度高的簡(jiǎn)單指令，因復(fù)雜指令的存在，執(zhí)行速度無(wú)法提高RISC（ReducedInstructionSetComputer）CISC（ComplexInstructionSetComputer）——RISC技術(shù)

能否用20%的簡(jiǎn)單指令組合不常用的80%的指令功能？二、RISC的主要特征

選用使用頻度較高的一些簡(jiǎn)單指令，復(fù)雜指令的功能由簡(jiǎn)單指令來(lái)組合

指令長(zhǎng)度固定、指令格式種類少、尋址方式少

只有LOAD/STORE

指令訪存

采用流水技術(shù)

一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成一條指令

采用組合邏輯實(shí)現(xiàn)控制器

CPU中有多個(gè)通用寄存器

采用優(yōu)化的編譯程序

7.5三、CISC的主要特征

系統(tǒng)指令復(fù)雜龐大，各種指令使用頻度相差大

指令長(zhǎng)度不固定、指令格式種類多、尋址方式多訪存指令不受限制

大多數(shù)指令需要多個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行完畢

采用微程序控制器

CPU中設(shè)有專用寄存器

難以用優(yōu)化編譯生成高效的目的代碼

7.5四、RISC和CISC的比較1.RISC更能充分利用

VLSI芯片的面積2.

RISC更能提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度指令數(shù)、指令格式、尋址方式少，通用寄存器多，采用組合邏輯，便于實(shí)現(xiàn)指令流水3.RISC便于設(shè)計(jì)，可降低成本，提高可靠性4.RISC

有利于編譯程序代碼優(yōu)化

5.

RISC不易實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)兼容

7.5第８章CPU的結(jié)構(gòu)和功能8.1CPU的結(jié)構(gòu)8.3指令流水8.2指令周期8.4中斷系統(tǒng)8.1CPU的結(jié)構(gòu)一、CPU的功能取指令分析指令執(zhí)行指令，發(fā)出各種操作命令控制程序輸入及結(jié)果的輸出總線管理處理異常情況和特殊請(qǐng)求1.控制器的功能2.運(yùn)算器的功能實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算指令控制操作控制時(shí)間控制數(shù)據(jù)加工處理中斷二、CPU結(jié)構(gòu)框圖PCIR指令控制操作控制時(shí)間控制數(shù)據(jù)加工處理中斷ALU寄存器中斷系統(tǒng)1.CPU與系統(tǒng)總線CU時(shí)序電路寄存器ALU

中斷

系統(tǒng)CUCPU控制總線數(shù)據(jù)總線地址總線8.12.CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8.1算術(shù)和布爾邏輯取反移位狀態(tài)標(biāo)志內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寄存器CU中斷系統(tǒng)ALU控制信號(hào)…CPU1.用戶可見寄存器(1)通用寄存器三、CPU的寄存器存放操作數(shù)可作某種尋址方式所需的專用寄存器(2)數(shù)據(jù)寄存器存放操作數(shù)（滿足各種數(shù)據(jù)類型）兩個(gè)寄存器拼接存放雙倍字長(zhǎng)數(shù)據(jù)(3)地址寄存器存放地址，其位數(shù)應(yīng)滿足最大的地址范圍用于特殊的尋址方式段基值棧指針(4)條件碼寄存器存放條件碼，可作程序分支的依據(jù)如正、負(fù)、零、溢出、進(jìn)位等8.12.控制和狀態(tài)寄存器(1)控制寄存器PC控制CPU操作(2)狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器其中MAR、MDR、IR

用戶不可見存放條件碼PSW寄存器存放程序狀態(tài)字

PC

用戶可見3.舉例Z80008086MC68000MARMMDRIR8.1四、控制單元CU和中斷系統(tǒng)1.CU產(chǎn)生全部指令的微操作命令序列組合邏輯設(shè)計(jì)微程序設(shè)計(jì)硬連線邏輯存儲(chǔ)邏輯2.中斷系統(tǒng)參見第４篇五、ALU參見8.4節(jié)參見第６章8.18.2指令周期一、指令周期的基本概念1.指令周期取出并執(zhí)行一條指令所需的全部時(shí)間完成一條指令執(zhí)行取指、分析取指階段取指周期執(zhí)行階段執(zhí)行周期（取指、分析）（執(zhí)行指令）指令周期取指周期執(zhí)行周期2.每條指令的指令周期不同取指周期指令周期取指周期執(zhí)行周期指令周期NOPADDmemMULmem8.2取指周期執(zhí)行周期指令周期…3.具有間接尋址的指令周期4.帶有中斷周期的指令周期取指周期間址周期指令周期執(zhí)行周期取指周期間址周期指令周期執(zhí)行周期中斷周期8.25.指令周期流程取指周期執(zhí)行周期有間址嗎？有中斷嗎？間址周期中斷周期是是否否8.26.CPU工作周期的標(biāo)志CPU訪存有四種性質(zhì)取指令取地址取操作數(shù)存程序斷點(diǎn)取指周期間址周期執(zhí)行周期中斷周期FEDINDDINTDCLK1FE1IND1EX1INTEXDCPU的4個(gè)工作周期8.21.取指周期數(shù)據(jù)流二、指令周期的數(shù)據(jù)流MDRCUMARPCIR存儲(chǔ)器CPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線IR+18.22.間址周期數(shù)據(jù)流MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線PCIR存儲(chǔ)器MDR8.23.執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流4.中斷周期數(shù)據(jù)流不同指令的執(zhí)行周期數(shù)據(jù)流不同MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線PC存儲(chǔ)器8.28.3指令流水一、如何提高機(jī)器速度1.提高訪存速度2.提高I/O和主機(jī)之間的傳送速度提高整機(jī)處理能力高速芯片Cache多體并行I/O處理機(jī)DMA多總線通道高速器件改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，開發(fā)系統(tǒng)的并行性中斷3.提高運(yùn)算器速度高速芯片改進(jìn)算法快速進(jìn)位鏈二、系統(tǒng)的并行性時(shí)間上互相重疊2.并行性的等級(jí)指令級(jí)（指令之間）（指令內(nèi)部）過(guò)程級(jí)（程序、進(jìn)程）兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在同一時(shí)刻發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上事件在同一時(shí)間段發(fā)生并行1.并行的概念粗粒度軟件實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度硬件實(shí)現(xiàn)并發(fā)同時(shí)8.3取指令3執(zhí)行指令3三、指令流水原理2.指令的二級(jí)流水1.指令的串行執(zhí)行取指令

取指令部件完成總有一個(gè)部件空閑指令預(yù)取若取指和執(zhí)行階段時(shí)間上完全重疊指令周期減半速度提高1倍…執(zhí)行指令

執(zhí)行指令部件

完成取指令1執(zhí)行指令1取指令2執(zhí)行指令2取指令3執(zhí)行指令3取指令2執(zhí)行指令2取指令1執(zhí)行指令18.3必須等上條指令執(zhí)行結(jié)束，才能確定下條指令的地址，造成時(shí)間損失3.影響指令流水效率加倍的因素(1)執(zhí)行時(shí)間>取指時(shí)間

(2)條件轉(zhuǎn)移指令對(duì)指令流水的影響

解決辦法

？取指令部件指令部件緩沖區(qū)執(zhí)行指令部件猜測(cè)法8.34.指令的六級(jí)流水六級(jí)流水14個(gè)時(shí)間單位串行執(zhí)行6×9＝54

個(gè)時(shí)間單位完成一條指令6個(gè)時(shí)間單位COFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFI指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8指令91234567891011121314t8.3指令1與指令4沖突指令2與指令5沖突指令1、指令3、指令6沖突…COFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFICOFOEIWODIFI指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令8指令91234567891011121314t三、影響指令流水線性能的因素1.結(jié)構(gòu)相關(guān)8.3不同指令爭(zhēng)用同一功能部件產(chǎn)生資源沖突程序的相近指令之間出現(xiàn)某種關(guān)聯(lián)使指令流水出現(xiàn)停頓，影響流水線效率解決辦法?停頓?指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開?指令預(yù)取技術(shù)（適用于訪存周期短的情況）2.數(shù)據(jù)相關(guān)不同指令因重疊操作，可能改變操作數(shù)的讀/寫訪問(wèn)順序采用旁路技術(shù)解決辦法8.3寫后讀相關(guān)（RAW）SUBR1，R2，R3ADDR4，R5，R1；（R2）

（R3）R1；（R5）+（R1）R4讀后寫相關(guān)（WAR）STAM，R2ADDR2，R4，R5；（R2）M存儲(chǔ)單元；（R4）+（R5）R2寫后寫相關(guān)（WAW）后推法MULR3，R2，R1SUB

R3，R4，R5；（R2）×

（R1）R3；（R4）（R5）

R33.控制相關(guān)8.3BNE指令必須等CPX指令的結(jié)果才能判斷出是轉(zhuǎn)移還是順序執(zhí)行LDA#0LDX#0INXCPX#NBNEMDIV#NSTAANSADDX,DM由轉(zhuǎn)移指令引起3.控制相關(guān)8.3WOEIFOCODIWOEIFODIFIFIDIFICOFIFOCODIFIWOEIFOCODIFIDIFOEIWOEIFOCOFIDICOWODIFICOFI指令1指令2指令3指令4指令5指令6指令7指令15指令161234567891011121314轉(zhuǎn)移損失t設(shè)指令3是轉(zhuǎn)移指令四、流水線性能1.吞吐率單位時(shí)間內(nèi)流水線所完成指令或輸出結(jié)果的數(shù)量8.3最大吞吐率實(shí)際吞吐率連續(xù)處理n條指令的吞吐率為設(shè)m

段的流水線各段時(shí)間為ΔtTpmax=Δ1tTp=m

·Δ

+(n-1)·

Δ

ntt2.加速比Sp

8.3

m

段的流水線的速度與等功能的非流水線的速度之比設(shè)流水線各段時(shí)間為Δt完成n條指令在m

段流水線上共需

T=m

·

+(n-1)·

ttΔΔ完成n條指令在等效的非流水線上共需

T

′=nm

·tΔSp

=

m

·+(n-1)·

nm·=nmm

+n-1

ΔtΔΔtt

則由于流水線有建立時(shí)間和排空時(shí)間因此各功能段的設(shè)備不可能

一直處于工作狀態(tài)

8.3流水線中各功能段的利用率3.效率

mΔt31245312453124531245………………………………n-1nn-1nn-1nn-1nT時(shí)間S空間空間S4S3S2S1(n-1)Δt8.3m(m

+n-1)Δt

=mnΔt

流水線各段處于工作時(shí)間的時(shí)空區(qū)流水線中各段總的時(shí)空區(qū)

效率=3.效率

mΔt31245312453124531245………………………………n-1nn-1nn-1nn-1nT時(shí)間S空間空間S4S3S2S1(n-1)Δt流水線中各功能段的利用率五、流水線的多發(fā)技術(shù)1.超標(biāo)量技術(shù)每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可并發(fā)多條獨(dú)立指令

不能調(diào)整指令的執(zhí)行順序配置多個(gè)功能部件通過(guò)編譯優(yōu)化技術(shù)，把可并行執(zhí)行的指令搭配起來(lái)8.3IFIDEX

WR0123

45

678

910111213時(shí)鐘周期指令序列2.超流水線技術(shù)在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)再分段（3段）

不能調(diào)整指令的執(zhí)行順序在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)一個(gè)功能部件使用多次（3次）靠編譯程序解決優(yōu)化問(wèn)題流水線速度是原來(lái)速度的3倍8.3IFIDEXWR0

1

2

345

67

8

9

10111213時(shí)鐘周期指令序列3.超長(zhǎng)指令字技術(shù)采用多個(gè)處理部件具有多個(gè)操作碼字段的超長(zhǎng)指令字（可達(dá)幾百位）由編譯程序挖掘出指令間潛在的并行性，將多條能并行操作的指令組合成一條8.3IFIDEXWR012345678910111213時(shí)鐘周期指令序列六、流水線結(jié)構(gòu)1.指令流水線結(jié)構(gòu)完成一條指令分7段，每段需一個(gè)時(shí)鐘周期若流水線不出現(xiàn)斷流1個(gè)時(shí)鐘周期出1結(jié)果不采用流水技術(shù)7個(gè)時(shí)鐘周期出1結(jié)果理想情況下，7級(jí)流水的速度是不采用流水技術(shù)的7倍地址形成部件指令譯碼部件取操作數(shù)部件取指令部件操作執(zhí)行部件回寫結(jié)果部件修改指令指針部件鎖存鎖存鎖存鎖存鎖存鎖存8.32.運(yùn)算流水線完成浮點(diǎn)加減運(yùn)算可分對(duì)階、尾數(shù)求和、規(guī)格化三段分段原則每段操作時(shí)間盡量一致鎖存器對(duì)階功能部件第一段尾數(shù)加部件鎖存器第二段規(guī)格化部件鎖存器第三段8.38.4中斷系統(tǒng)一、概述1.引起中斷的各種因素(1)人為設(shè)置的中斷(2)程序性事故如轉(zhuǎn)管指令溢出、操作碼不能識(shí)別、除法非法(5)外部事件(4)I/O設(shè)備(3)硬件故障用鍵盤中斷現(xiàn)行程序轉(zhuǎn)管指令……管理程序2.中斷系統(tǒng)需解決的問(wèn)題(1)各中斷源如何向CPU提出請(qǐng)求？(2)各中斷源同時(shí)提出請(qǐng)求怎么辦？(5)如何尋找入口地址？(4)如何保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)？(3)CPU什么條件、什么時(shí)間、以什么方式

響應(yīng)中斷？(6)如何恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，如何返回？(7)處理中斷的過(guò)程中又出現(xiàn)新的中斷怎么辦？硬件

＋軟件8.4二、中斷請(qǐng)求標(biāo)記和中斷判優(yōu)邏輯1.中斷請(qǐng)求標(biāo)記INTR一個(gè)請(qǐng)求源

一個(gè)INTR

中斷請(qǐng)求標(biāo)記觸發(fā)器多個(gè)INTR

組成中斷請(qǐng)求標(biāo)記寄存器INTR

分散在各個(gè)中斷源的接口電路中INTR集中在CPU

的中斷系統(tǒng)內(nèi)12345n掉電過(guò)熱階上溢主存讀寫校驗(yàn)錯(cuò)非法除法鍵盤輸入打印機(jī)輸出8.42.中斷判優(yōu)邏輯①

分散在各個(gè)中斷源的接口電路中鏈?zhǔn)脚抨?duì)器②集中在CPU

內(nèi)(1)硬件實(shí)現(xiàn)（排隊(duì)器）111&1

&1&參見第五章INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1、

INTR2、

INTR3、

INTR4

優(yōu)先級(jí)按降序排列

INTP1INTP2INTP3INTP48.4A、B、C

優(yōu)先級(jí)按降序排列(2)軟件實(shí)現(xiàn)（程序查詢）否…是否A

請(qǐng)求？是否B

請(qǐng)求？是否C

請(qǐng)求？轉(zhuǎn)A

的服務(wù)程序入口地址轉(zhuǎn)B

的服務(wù)程序入口地址轉(zhuǎn)C

的服務(wù)程序入口地址是是是否否8.4三、中斷服務(wù)程序入口地址的尋找1.硬件向量法入口地址200入口地址300入口地址40012H13H14H主存12H13H14HJMP200JMP300JMP400主存向量地址形成部件……中斷向量排隊(duì)器輸出向量地址12H、13H、14H入口地址200、300、4008.42.軟件查詢法

M

JMP1#SR1#D=1轉(zhuǎn)1#服務(wù)程序

SKPDZ2#

JMP2#SR2#D=0跳2#D=1轉(zhuǎn)2#服務(wù)程序

SKPDZ8#

JMP8#SR8#D=0跳8#D=1轉(zhuǎn)8#服務(wù)程序八個(gè)中斷源1，2，8按降序排列……8.4

SKPDZ1#1#D=0跳（D為完成觸發(fā)器）中斷識(shí)別程序（入口地址M）地址說(shuō)明指令四、中斷響應(yīng)1.響應(yīng)中斷的條件允許中斷觸發(fā)器EINT=12.響應(yīng)中斷的時(shí)間指令執(zhí)行周期結(jié)束時(shí)刻由CPU發(fā)查詢信號(hào)

CPU中斷查詢INTR1DQINTR2DQINTRnDQ中斷源1中斷源2中斷源n…至排隊(duì)器8.43.中斷隱指令(1)保護(hù)程序斷點(diǎn)(2)尋找服務(wù)程序入口地址(3)硬件關(guān)中斷向量地址形成部件INTSQREINTSQRPC

1&≥1排隊(duì)器……斷點(diǎn)存于特定地址（0號(hào)地址）內(nèi)斷點(diǎn)進(jìn)棧INT中斷標(biāo)記EINT允許中斷R–S

觸發(fā)器8.4向量地址PC（硬件向量法）中斷識(shí)別程序入口地址MPC（軟件查詢法）五、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)1.保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)2.恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)寄存器內(nèi)容斷點(diǎn)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)其它服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回PUSH視不同請(qǐng)求源而定POP中斷服務(wù)程序完成中斷服務(wù)程序中斷隱指令完成中斷服務(wù)程序完成8.4IRET1.多重中斷的概念klmk

+1l

+1m

+1第一次中斷第二次中斷第三次中斷程序斷點(diǎn)k+1,l+1,m+1六、中斷屏蔽技術(shù)8.42.實(shí)現(xiàn)多重中斷的條件B、CA中斷請(qǐng)求主程序(2)優(yōu)先級(jí)別高的中斷源有權(quán)中斷優(yōu)先級(jí)別低的中斷源(1)提前設(shè)置開中斷指令A(yù)BCD中斷服務(wù)程序（A、B、C、D優(yōu)先級(jí)按降序排列）D8.4

&3.屏蔽技術(shù)(1)屏蔽觸發(fā)器的作用MASK=0（未屏蔽）INTR能被置“1”

&

&

&

&

1

1

1

1INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1INTR2INTR3INTR4MASK1MASK2MASK3MASK4DQ1DINTR

MASKQCPU查詢MASKi

=1（屏蔽）INTPi

=0（不能被排隊(duì)選中）8.4(2)屏蔽字8.4

優(yōu)先級(jí)屏蔽字111111111111111101111111111111110011111111111111000111111111111100001111111111110000011111111111…000000000000001100000000000000011234561516…16個(gè)中斷源1，2，3，

16按降序排列…(3)屏蔽技術(shù)可改變處理優(yōu)先等級(jí)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)A→B→C→D

降序排列

8.4不可改變處理優(yōu)先級(jí)可改變（通過(guò)重新設(shè)置屏蔽字）中斷源原屏蔽字新屏蔽字ABCD11110111001100011111010001100111處理優(yōu)先級(jí)A→D→C→B降序排列(3)屏蔽技術(shù)可改變處理優(yōu)先等級(jí)8.4服務(wù)程序B處理完C處理完D處理完A處理完t主程序A程序B程序C程序D程序A、B、C、D同時(shí)請(qǐng)求中斷CPU執(zhí)行程序軌跡（原屏蔽字）(3)屏蔽技術(shù)可改變處理優(yōu)先等級(jí)(4)屏蔽技術(shù)的其他作用8.4便于程序控制可以人為地屏蔽某個(gè)中斷源的請(qǐng)求服務(wù)程序D處理完C處理完B處理完A處理完t主程序A程序B程序C程序D程序A、B、C、D同時(shí)請(qǐng)求中斷CPU執(zhí)行程序軌跡（新屏蔽字）8.4(5)新屏蔽字的設(shè)置保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)置屏蔽字開中斷中斷服務(wù)關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)屏蔽字開中斷中斷返回置屏蔽字恢復(fù)屏蔽字關(guān)中斷開中斷(1)斷點(diǎn)進(jìn)棧(2)斷點(diǎn)存入“0”地址中斷隱指令完成中斷周期命令存儲(chǔ)器寫0MARPCMDR(MDR)存入存儲(chǔ)器三次中斷，三個(gè)斷點(diǎn)都存入“0”地址4.多重中斷的斷點(diǎn)保護(hù)斷點(diǎn)MDR？如何保證斷點(diǎn)不丟失？中斷隱指令完成8.4(3)程序斷點(diǎn)存入“0”地址的斷點(diǎn)保護(hù)××××05JMPSERVE××××SAVE××××RETURNSTASAVE…0地址內(nèi)容轉(zhuǎn)存其他服務(wù)內(nèi)容SERVELDASAVEJMP@RETURN存程序斷點(diǎn)5為向量地址…保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)間址返回存放ACC內(nèi)容轉(zhuǎn)存0地址內(nèi)容開中斷ENILDA0STARETURN置屏蔽字8.4地址內(nèi)容說(shuō)明第９章控制單元的功能9.1操作命令的分析9.2控制單元的功能9.1操作命令的分析完成一條指令分4個(gè)工作周期取指周期間址周期執(zhí)行周期中斷周期一、取指周期PCMAR地址線1RM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC+1MDRCUMAR

PC

IR存儲(chǔ)器CPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線9.1操作命令的分析OP（IR）CU二、間址周期M(MAR)MDR1RAd(IR)MARMDRAd(IR)指令形式地址MAR9.1MDRCUMARCPU地址總線數(shù)據(jù)總線控制總線IR存儲(chǔ)器三、執(zhí)行周期1.非訪存指令(1)CLA

清A(2)COM

取反(4)CSL

循環(huán)左移(3)SHR

算術(shù)右移(5)STP

停機(jī)指令0ACCACCACCL(ACC)R(ACC),ACC0ACC0R(ACC)L(ACC),ACC0ACCn0G9.12.訪存指令A(yù)d(IR)MAR1RM(MAR)MDR(ACC)+(MDR)ACCAd(IR)

MAR1WACCMDRMDRM(MAR)STAXADDX(2)存數(shù)指令(1)加法指令9.1(3)取數(shù)指令A(yù)d(IR)

MAR1RM(MAR)

MDRMDRACC3.轉(zhuǎn)移指令(1)無(wú)條件轉(zhuǎn)(2)條件轉(zhuǎn)移Ad(IR)

PCA0?Ad(IR)+A0(PC)PCLDAXJMPXBANX（負(fù)則轉(zhuǎn)）9.14.三類指令的指令周期取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期取指周期間址周期執(zhí)行周期非訪存指令周期直接訪存指令周期間接訪存指令周期轉(zhuǎn)移指令周期9.1取指周期間址周期執(zhí)行周期間接轉(zhuǎn)移指令周期四、中斷周期程序斷點(diǎn)存入“0”地址程序斷點(diǎn)進(jìn)棧0

MAR1WPCMDRMDRM(MAR)向量地址PC0EINT（置“0”）0EINT（置“0”）向量地址PCMDRM(MAR)PCMDR1W中斷識(shí)別程序入口地址MPC9.1(SP)1

MAR9.2控制單元的功能一、控制單元的外特性指令寄存器控制單元

CU…時(shí)鐘標(biāo)志CPU內(nèi)部的控制信號(hào)到系統(tǒng)總線的控制信號(hào)來(lái)自系統(tǒng)總線的控制信號(hào)系統(tǒng)總線1.輸入信號(hào)(1)時(shí)鐘(2)指令寄存器(4)外來(lái)信號(hào)(3)標(biāo)志CU受時(shí)鐘控制控制信號(hào)與操作碼有關(guān)OP(IR)CUCU受標(biāo)志控制INTR中斷請(qǐng)求HRQ總線請(qǐng)求一個(gè)時(shí)鐘脈沖發(fā)一個(gè)操作命令或一組需同時(shí)執(zhí)行的操作命令如9.22.輸出信號(hào)(1)CPU內(nèi)的各種控制信號(hào)(2)送至控制總線的信號(hào)Ri

Rj(PC)+1PCINTAHLDA訪存控制信號(hào)訪IO/

存儲(chǔ)器的控制信號(hào)讀命令寫命令中斷響應(yīng)信號(hào)總線響應(yīng)信號(hào)MREQIO/MRDWRALU＋、－、與、或……9.2二、控制信號(hào)舉例PCIRACCU時(shí)鐘ALU………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)C0C1C2C3C4取指周期以ADD@X為例PCIRCU9.21.不采用CPU內(nèi)部總線的方式PCPCPC

MDR

MAR

MDR

MARPCIRACCU時(shí)鐘ALU………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)

MDR

MAR二、控制信號(hào)舉例1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C1C2C3C5ADD@X間址周期IR9.2

MDR

MDR

MARPCIRACCU時(shí)鐘ALU………控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)

MDR

MAR二、控制信號(hào)舉例1.不采用CPU內(nèi)部總線的方式C1C2C5ADD@X執(zhí)行周期C7C6C8ACALU…控制信號(hào)9.2

MDR

MAR

MDRMDRMDRCU(1)ADD@X取指周期

PC

CU

發(fā)讀命令1R

MDROP（IR）（PC）+1PCIRPCMARAC

YALUZ…控制信號(hào)IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線時(shí)鐘2.采用CPU內(nèi)部總線方式地址線地址線MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIRPCPCCU(2)ADD@X間址周期

MDR1R

MDR有效地址

Ad（IR）MDROMDRO數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線時(shí)鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號(hào)…控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線MDRIRMARi

MARi地址線地址線MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MAR

9.2CU時(shí)鐘CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信號(hào)CPU

內(nèi)部總線MDROMDRO(3)ADD@X執(zhí)行周期1R

MDR

Z

AC（AC）+（Y）

MDR控制信號(hào)…MARMDR地址線地址線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYi

YALUACACOACOALUiALUiALUALUACZZZZOZOACiACiACACACACMARi

MARiALUAC9.2CU三、多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)1.機(jī)器周期(1)機(jī)器周期的概念(2)確定機(jī)器周期需考慮的因素(3)基準(zhǔn)時(shí)間的確定所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間每條指令的執(zhí)行步驟每一步驟所需的時(shí)間以完成最復(fù)雜指令功能的時(shí)間為準(zhǔn)以訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間為基準(zhǔn)若指令字長(zhǎng)=存儲(chǔ)字長(zhǎng)取指周期

=

機(jī)器周期9.22.時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）

一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可完成若干個(gè)微操作每個(gè)微操作需一定的時(shí)間時(shí)鐘周期是控制計(jì)算機(jī)操作的最小單位時(shí)間將一個(gè)機(jī)器周期分成若干個(gè)時(shí)間相等的時(shí)間段（節(jié)拍、狀態(tài)、時(shí)鐘周期）9.2用時(shí)鐘周期控制產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)微操作命令CLKT0T1T2T3時(shí)鐘周期2.時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）

機(jī)器周期機(jī)器周期T0T1T2T3T0T1T2T39.23.多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)機(jī)器周期、節(jié)拍（狀態(tài)）組成多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)一個(gè)指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期CLK機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期

（取指令）（取有效地址）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2節(jié)拍(狀態(tài))節(jié)拍(狀態(tài))9.24.機(jī)器速度與機(jī)器主頻的關(guān)系機(jī)器的主頻f越快機(jī)器的速度也越快在機(jī)器周期所含時(shí)鐘周期數(shù)相同的前提下，兩機(jī)平均指令執(zhí)行速度之比等于兩機(jī)主頻之比機(jī)器速度不僅與主頻有關(guān)，還與機(jī)器周期中所含時(shí)鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù)以及指令周期中所含的機(jī)器周期數(shù)有關(guān)9.2MIPS1MIPS2=f1f2四、控制方式產(chǎn)生不同微操作命令序列所用的時(shí)序控制方式1.同步控制方式任一微操作均由統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)控制CLK機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（取有效地址）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3(1)采用定長(zhǎng)的機(jī)器周期以最長(zhǎng)的微操作序列和最繁的微操作作為標(biāo)準(zhǔn)9.2機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)相同(2)采用不定長(zhǎng)的機(jī)器周期機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2節(jié)拍(狀態(tài))機(jī)器周期機(jī)器周期（取指令）（執(zhí)行指令）T0T1T2T3T0T1T2T3TT延長(zhǎng)9.2機(jī)器周期內(nèi)節(jié)拍數(shù)不等(3)采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法T0T1T2T3T0T1T2中央控制節(jié)拍

T3T0T1中央控制節(jié)拍機(jī)器周期執(zhí)行周期指令周期取指周期T0T1T2T39.2局部控制的節(jié)拍寬度與中央控制的節(jié)拍寬度一致T*T*T*局部控制節(jié)拍…2.異步控制方式無(wú)基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)無(wú)固定的周期節(jié)拍和嚴(yán)格的時(shí)鐘同步采用應(yīng)答方式3.聯(lián)合控制方式4.人工控制方式(1)Reset(2)連續(xù)和單條指令執(zhí)行轉(zhuǎn)換開關(guān)(3)符合停機(jī)開關(guān)同步與異步相結(jié)合9.2五、多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)實(shí)例分析1.8085的組成9.2A15~A8中斷控制AC(8)TR(8)FR(5)IR(8)IDAL（16）PC（16）SP（16）L（8）H（8）E（8）D（8）C（8）B（8）

指令譯碼和機(jī)器周期編碼ALU定時(shí)和控制時(shí)鐘控制狀態(tài)DMA復(fù)位ABR(8)ADBR(8)8位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線I/O控制INTAINTRSIDSODCLKReadyRDWRALEIO/MHLDAResetoutAD7~AD02.8085的外部引腳(1)地址和數(shù)據(jù)信號(hào)(2)定時(shí)和控制信號(hào)(3)存儲(chǔ)器和I/O初始化A15~A8

AD7~AD0SIDSOD入X1X2入HOLDReady出

HLDA出CLK

ALES0S1

IO/M

RD

WR12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221X1X2ResetoutSODSIDTrapRST7.5RST6.5RST5.5INTAAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VSSINTRVCCHOLDHLDACLK(out)RsestinReadyIO/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.2(4)與中斷有關(guān)的信號(hào)(5)CPU初始化(6)電源和地出INTATrap重新啟動(dòng)中斷入INTR入Resetin出ResetoutVCC+5VVSS

地12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221X1X2ResetoutSODSIDTrapRST7.5RST6.5RST5.5INTAAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VSSINTRVCCHOLDHLDACLK(out)RsestinReadyIO/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.23.機(jī)器周期和節(jié)拍（狀態(tài)）與控制信號(hào)的關(guān)系9.2T1T2T3T4T1T2T3T1T2T3M1M2M3PCoutPC+1InsIRXPCoutPC+1ByZZoutAPortIOPORTACCbytePCLInstrPCLPCHPCHIOPORT3MHZCLKA15~A8AD7~AD0ALERDWRIO/M小結(jié)每個(gè)控制信號(hào)在指定機(jī)器周期的指定節(jié)拍T

時(shí)刻發(fā)出機(jī)器周期M1

取指令操作碼機(jī)器周期M2

取設(shè)備地址機(jī)器周期M3

執(zhí)行ACC的內(nèi)容寫入設(shè)備以一條輸出指令（I/O寫）為例9.2第10章控制單元的設(shè)計(jì)10.1組合邏輯設(shè)計(jì)10.2微程序設(shè)計(jì)10.1組合邏輯設(shè)計(jì)一、組合邏輯控制單元框圖1.CU

外特性IR節(jié)拍發(fā)生器CUT0T1Tn…CLK（機(jī)器主頻）…標(biāo)志012n-1…C0C1Cn操作碼譯碼n

位操作碼

2.節(jié)拍信號(hào)CLKT0T1T2T3時(shí)鐘周期機(jī)器周期機(jī)器周期T0T1T2T3T0T1T2T310.1

二、微操作的節(jié)拍安排采用

同步控制方式CPU

內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用非總線方式一個(gè)

機(jī)器周期

內(nèi)有

3

個(gè)節(jié)拍（時(shí)鐘周期）10.1PCIRACCU時(shí)鐘ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信號(hào)標(biāo)志控制信號(hào)

MDR

MAR

1.安排微操作時(shí)序的原則原則一微操作的先后順序不得隨意更改原則二被控對(duì)象不同的微操作盡量安排在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成原則三占用時(shí)間較短的微操作盡量安排在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成并允許有先后順序10.12.取指周期微操作的節(jié)拍安排PCMARM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC原則二原則二原則三3.間址周期微操作的節(jié)拍安排M(MAR)MDRMDRAd(IR)T0T1T2T0T1T21ROP(IR)IDAd(IR)