計(jì)算機(jī)的計(jì)算器CPU控制單元的功能課件

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From:新聞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From:新聞一、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）CUFrom:新聞三、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),ACC0ACCn0G9.1From:新聞2.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9.1From:新聞(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)）9.1From:新聞四、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

MARFrom:新聞9.2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From:新聞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9.2From:新聞二、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

MARFrom:新聞PCIRACCU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

MARFrom:新聞PCIRACCU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

MDRFrom:新聞(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

9.2CUFrom:新聞時(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

MARiALUAC9.2CUFrom:新聞三、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9.2From:新聞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T0T1T2T3T0T1T2T39.2From:新聞3.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))9.2From:新聞4.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=f1f2From:新聞(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From:新聞(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…From:新聞2.8085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/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.2From:新聞(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/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.2From:新聞3.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+1ByZZoutAPortIOP