高二物理競(jìng)賽課件控制電路（CON）

控制電路（CON）

控制電路（CON）控制電路產(chǎn)生各種控制信號(hào)用以控制各邏輯部件在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)所要完成的動(dòng)作。根據(jù)上述分析可設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)易計(jì)算機(jī)詳細(xì)配置框圖，如圖5.27所示。要注意的是，圖中各寄存器間、寄存器與組合電路間可用專用線和共用線直接連接，這里共享總線。控制器設(shè)計(jì)圖5.27簡(jiǎn)易計(jì)算機(jī)配置框圖1．指令系統(tǒng)每種計(jì)算機(jī)都有其獨(dú)特的指令系統(tǒng)。所謂指令就是用以表示計(jì)算機(jī)微操作序列的二進(jìn)制代碼，它決定CPU應(yīng)該執(zhí)行什么樣的具體操作，所以指令系統(tǒng)完備與否和功能的強(qiáng)弱體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)整體性能的優(yōu)劣。計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)中最基本的問(wèn)題是如何選擇和設(shè)計(jì)出一個(gè)完備的、使用方便的指令系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)的操作是按照一定程序進(jìn)行的，所以事先要把所要求操作的內(nèi)容編成程序存入存儲(chǔ)器。對(duì)于指令系統(tǒng)，有基本的指令字組成，在指令字中，需要將數(shù)據(jù)格式與指令格式結(jié)合起來(lái)考慮。這里有一些相關(guān)的概念加以說(shuō)明。1．指令系統(tǒng)指令字：由幾部分組成，每個(gè)部分有特定的解釋。其中，指令的開(kāi)頭部分是操作碼。操作碼：確定某種特定操作的二進(jìn)制代碼，如加、減、移位、取反等操作。操作碼的位數(shù)：n位，表示2n種不同的操作。指令字的格式用長(zhǎng)方形表示。如下給出了3種指令格式：操作數(shù)：給出指令操作的對(duì)象，可以是具體的操作數(shù)，也可以是操作數(shù)存放的地址，表示從哪兒取操作數(shù)，以及將操作結(jié)果存儲(chǔ)在哪個(gè)目的地。1．指令系統(tǒng)這里以加法運(yùn)算為例說(shuō)明計(jì)算機(jī)按程序進(jìn)行操作的過(guò)程。假設(shè)在簡(jiǎn)易計(jì)算機(jī)中只有3條指令，試完成指定數(shù)的相加操作?！纠?-7】編制18和2相加的程序，可用下列3條語(yǔ)句完成。解：程序 說(shuō)明LDI18 ；把18送入累加器AADDA，2；把A中的18與2相加，結(jié)果送AHALT；運(yùn)算完畢，停機(jī)1．指令系統(tǒng)上述每條語(yǔ)句稱為一條指令。LDI為取數(shù)指令，ADD為加法指令，HALT為停機(jī)指令。機(jī)器逐條執(zhí)行指令，從而得出結(jié)果。便于人們記憶，上述每條語(yǔ)句使用了英文單詞簡(jiǎn)寫的助記符。但是計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和l，所以需要把這些用助記符編寫的指令代碼翻譯成機(jī)器碼，即0、l編碼指令，見(jiàn)表5.5。表5.53條指令的操作碼操作碼記憶符號(hào)說(shuō)明功能11000110ADDA，OPRD，OPRD將寄存器A的內(nèi)容與操作數(shù)相加，結(jié)果送入寄存器AA←(OPRD)+A00111110LDIOPRD將操作數(shù)OPRD置入寄存器AA←(OPRD)01110110HALT將地址ADRS中的操作數(shù)置入寄存器A運(yùn)算完畢，停機(jī)1．指令系統(tǒng)每條指令的操作碼和操作數(shù)分別存入地址為n及n+1的存儲(chǔ)單元。上述程序在機(jī)器中的程序代碼見(jiàn)表5.6。表5.63條指令的操作碼地址存儲(chǔ)器

功能說(shuō)明3500111110LDIA←操作數(shù)18←操作數(shù)183600010010操作碼=18=18(00101100)2=183711000110ADDAA←操作數(shù)2+←操作數(shù)2+A3800000010操作數(shù)地址=2=2

3901110110HALT停機(jī)2．工作過(guò)程指令和數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。控制器每次從存儲(chǔ)器取出一條指令，它決定CPU應(yīng)該執(zhí)行什么樣的具體操作，解釋其含義，并據(jù)此產(chǎn)生一系列功能來(lái)執(zhí)行這條指令。處理一條指令所包含的操作序列稱為一個(gè)指令周期。指令周期=取指周期+執(zhí)行周期取指周期：用于將指令從存儲(chǔ)器讀出。執(zhí)行周期：將指令譯碼，取操作數(shù)、完成操作。不同指令有不同字長(zhǎng)、尋址方式以及不同的操作，其所對(duì)應(yīng)的指令周期也長(zhǎng)短不同。每個(gè)指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期又劃分為若干個(gè)節(jié)拍，一個(gè)節(jié)拍通常對(duì)應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘周期T，時(shí)鐘周期是執(zhí)行微操作的最小時(shí)間單位。2．工作過(guò)程指令的執(zhí)行是在控制電路發(fā)出的控制信號(hào)作用下按步完成的?？刂齐娐钒l(fā)出的控制命令稱為微命令，一個(gè)微命令所控制實(shí)現(xiàn)的操作稱為微操作，實(shí)際上就是執(zhí)行控制門的開(kāi)或關(guān)、寄存器的存取數(shù)、置位、復(fù)位等操作。顯然這是最基本的操作，要在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成。每個(gè)時(shí)鐘周期稱為一個(gè)節(jié)拍，記作t0，t1，t2…。每一條指令的執(zhí)行過(guò)程都分為取指令和執(zhí)行指令兩個(gè)階段?！纠?-8】執(zhí)行“LDA，18”。解：取指令階段完成從存儲(chǔ)器中把操作碼取出并送入指令寄存器，再經(jīng)譯碼器譯出取數(shù)指令的操作；執(zhí)行階段則完成將操作數(shù)（18）送入寄存器A的操作。取指令前先將程序計(jì)數(shù)器PC初始化，使其所置數(shù)據(jù)為存儲(chǔ)器中程序的首地址。開(kāi)始執(zhí)行取指令操作時(shí)，計(jì)算機(jī)從首地址開(kāi)始。然后按下列3個(gè)步驟進(jìn)行：2．工作過(guò)程①將PC中所存的首地址傳送到MAR中；②按MAR所存地址將存儲(chǔ)器中所對(duì)應(yīng)的操作碼讀出并送入DR；③將操作碼從DR傳入IR，PC“+l”指向下一個(gè)存儲(chǔ)單元地址。IR經(jīng)譯碼器譯出相應(yīng)的指令，這條指令將決定應(yīng)完成什么樣的操作。由此可見(jiàn)，取指令階段要進(jìn)行3個(gè)微操作，這3個(gè)微操作在t0～t23個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。用寄存器傳送語(yǔ)言可描述為：t0：MAR←PCt1：DR←M[MAR]t2：IR←DR，PC←PC+1。2．工作過(guò)程在執(zhí)行任何指令之前都要經(jīng)過(guò)上述取指令過(guò)程。取指令階段完成后則進(jìn)入指令執(zhí)行階段。此時(shí)，若譯碼器譯出的指令是取數(shù)指令，則接下來(lái)進(jìn)行取數(shù)操作；若是加法指令，則進(jìn)行加數(shù)操作。操作碼送入IR后，由操作譯碼器對(duì)其譯碼，產(chǎn)生操作信號(hào)q1,q2,q3…。所有指令的取指令周期都是共同的；