控制單元與計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)的操作：數(shù)據(jù)的處理、傳送傳送是在控制器的控制下，按照指令的要求完成該操作。指令以二進(jìn)制形式存放在存儲(chǔ)器中；計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)，控制單元首先從存儲(chǔ)器中提取指令，然后執(zhí)行指令。第7章控制單元計(jì)算機(jī)中的寄存器存儲(chǔ)器MA和MB讀觸發(fā)器R：R←0和R←1寫觸發(fā)器W：W←0和W←1算術(shù)邏輯單元AC、BR、（ADDER）相關(guān)操作：BR←MB；MB←AC；AC←AC＋BR一些寄存器與指令格式有關(guān)7.1

計(jì)算機(jī)中寄存器及其控制信號(hào)最簡(jiǎn)單指令—單地址指令格式由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成，如指令00011010，操作碼3位；操作數(shù)5位。操作碼寄存器OP：OP←MB；MA←MB地址計(jì)數(shù)器IC：計(jì)算機(jī)中指令通常是按地址碼的遞增順序執(zhí)行的；有時(shí)要跳轉(zhuǎn)或復(fù)位。

IC←IC＋1；IC←MB；IC←0；MA←IC操作碼(3位)地址部分(5位)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行過(guò)程：提取指令和執(zhí)行指令指令周期I：完成與指令提取、解釋有關(guān)的操作執(zhí)行周期E：完成與數(shù)據(jù)處理有關(guān)的操作7.2

指令執(zhí)行過(guò)程每個(gè)周期分為若干個(gè)節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍執(zhí)行1個(gè)或幾個(gè)操作（1）加法指令：指令周期第1個(gè)節(jié)拍T0：從存儲(chǔ)器取指令：SetR進(jìn)行讀操作；第2個(gè)節(jié)拍T1：將指令的操作碼送到操作碼寄存器中解釋：MBINTOOPRESETR第3個(gè)節(jié)拍T2：為取下一條指令做準(zhǔn)備：IncrementIC第4個(gè)節(jié)拍T3：數(shù)據(jù)→存儲(chǔ)器地址寄存器，關(guān)指令周期，開執(zhí)行周期MBINTOMARESETISETE（1）加法指令（續(xù)）：執(zhí)行周期第1個(gè)節(jié)拍T0：從存儲(chǔ)器取操作數(shù)：SetR進(jìn)行讀操作；第2個(gè)節(jié)拍T1：將取出的數(shù)送到ALU的B寄存器中：MBINTOBRRESETR第3個(gè)節(jié)拍T2：實(shí)現(xiàn)加法操作：ADDAC，BR第4個(gè)節(jié)拍T3：為下一個(gè)指令作準(zhǔn)備，打開指令周期，關(guān)閉執(zhí)行周期ICINTOMARESETESETI（2）減法指令與執(zhí)行加法指令類似，區(qū)別在于執(zhí)行周期的第3個(gè)節(jié)拍T2進(jìn)行SUB命令（如圖7.3）。（3）取操作數(shù)指令與執(zhí)行加法指令類似，區(qū)別在于執(zhí)行周期的第2個(gè)節(jié)拍T1多了一個(gè)清除累加器的命令A(yù)C←0。與上述指令差別較大，指令周期第4拍送到MA的是存放操作結(jié)果的存儲(chǔ)器地址，不是需要取出的操作數(shù)地址，在執(zhí)行周期的第1節(jié)拍不是將R←1，而是W←1…（見表7.3P283頁(yè)）

上述四條指令的指令周期的操作完全一樣，只是執(zhí)行周期有差別（P284圖7.4）（4）存儲(chǔ)指令1.控制電路的任務(wù)①按確定的流程進(jìn)行提取指令的操作。這里流程指指令周期中各個(gè)節(jié)拍的操作順序，可看作一段由硬件實(shí)現(xiàn)的“程序”。②對(duì)OP中的信息進(jìn)行翻譯，并在執(zhí)行周期中執(zhí)行翻譯結(jié)果?？刂齐娐返淖饔茫喊磿r(shí)鐘節(jié)拍產(chǎn)生各種控制信號(hào)（連接到各目標(biāo)寄存器的使能端），以控制數(shù)據(jù)在寄存器間的傳送。而這些控制信號(hào)是一些有效電平信號(hào)：以節(jié)拍信號(hào)作為“原料”，然后根據(jù)譯碼輸出確定這些原料送外何處。7.3

控制電路的硬件結(jié)構(gòu)

2.控制電路的硬件設(shè)計(jì)（1）周期控制觸發(fā)器：觸發(fā)器I和E（存儲(chǔ)器讀寫觸發(fā)器R、W），見圖7.6（2）節(jié)拍產(chǎn)生電路：模4計(jì)數(shù)器和2－4譯碼器，見P286頁(yè)圖7.7（3）操作譯碼電路：對(duì)5位操作碼，需要5－32線譯碼器（4）控制矩陣/控制器：發(fā)出各種操作控制命令（有效電平信號(hào)）

命令＝∑（節(jié)拍信號(hào).指令）1.無(wú)操作指令①空指令（SKIP）：不作任何事，只是將IC加1②跳轉(zhuǎn)指令（JAMP）：跳轉(zhuǎn)到某一指定地址，不再按遞增順序變化③分支指令（BRANCH）：滿足某條件時(shí)，跳轉(zhuǎn)到某地址；否則順序執(zhí)行。2.移位指令：指令周期＋移位周期7.4

其它類型指令的執(zhí)行過(guò)程8.1微處理器的發(fā)展概況8.2計(jì)算機(jī)的指令格式

多地址指令能夠提高計(jì)算機(jī)的處理速度

目標(biāo)寄存器←（源寄存器）＋（目標(biāo)寄存器）第8章計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)操作碼操作數(shù)地址A操作數(shù)地址B棧：存儲(chǔ)器重的一個(gè)特殊的區(qū)域，能夠提高計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度。訪問(wèn)方式：后進(jìn)先出（LIFO）8.3

堆棧結(jié)構(gòu)尋址：按指令字的地址從存儲(chǔ)器提取數(shù)據(jù)或指令的過(guò)程（1）直接尋址：指令的地址部分存放的是操作數(shù)的地址（2）立即尋址：指令的地址部分存放的是操作數(shù)本身（3）間接尋址：指令的地址部分存放的是操作數(shù)地址的地址，能夠擴(kuò)大尋址空間（4）相對(duì)尋址：指令的地址部分存放的是該操作數(shù)地址相對(duì)該指令的偏離量（5）其它尋址方式：變址尋址、寄存器尋址等8.4

計(jì)算機(jī)的尋址方式計(jì)算機(jī)中的一些標(biāo)志位：符號(hào)位（Negative）、進(jìn)位（Carry）、零（Zero）、溢出（Overflow）等這些標(biāo)志位被安放在狀態(tài)寄存器中，如P319頁(yè)圖8.4所示8.5

標(biāo)識(shí)碼、條件嗎和狀態(tài)寄存器多程序運(yùn)行8.6

多程序與多指令運(yùn)行多指令運(yùn)行

指令可分解為幾個(gè)微操作組成：提取指令FI、解釋指令DI、產(chǎn)生操作數(shù)地址GOA、置操作數(shù)LO、執(zhí)行指令EI等。它們作用于不同對(duì)象，互不相干，因而可以同時(shí)運(yùn)行5條指令，使它們的操作一次錯(cuò)開一個(gè)節(jié)拍。精簡(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)RISC的特點(diǎn)：（1）精簡(jiǎn)指令集，且指令字的結(jié)構(gòu)相同；（2）只有少數(shù)幾種尋址方式；（3）存儲(chǔ)器采用了Cache，每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一