第3講 時序產(chǎn)生器和控制方式

1、時序產(chǎn)生器和控制方式,5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式,5.3.1時序產(chǎn)生器作用和體制 5.3.2時序信號產(chǎn)生器 5.3.3控制方式,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制,作用： 控制器用時序信號指揮機器工作 CPU可以用時序信號/周期信息來辨認從內(nèi)存中取出的是指令（取指）還是數(shù)據(jù)（執(zhí)行） 一個CPU周期中時鐘脈沖對CPU的動作有嚴(yán)格的時序約束 操作控制器發(fā)出的各種信號是時間（時序信號）和空間（部件操作信號）的函數(shù)。,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制,體制 組成計算機硬件的器件特性決定了時序信號的基本體制是電位脈沖制（以觸發(fā)器為例）,電位輸入端,時鐘脈沖輸入端,電位 輸入端,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用

2、和體制,D為電位輸入端 CP（Clock Pulse）為脈沖輸入端 R,S為電位輸入端 特性方程如下 D=0時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置0 D=1時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置1,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制,觸發(fā)器使用舉例： CP連接時序發(fā)生器 D、Q連接寄存器和總線 寄存器內(nèi)容輸出到總線： 寄存器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 CP上升沿出現(xiàn) 內(nèi)容被打入總線或從總線打入寄存器、存儲器,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制,硬布線控制器，采用主狀態(tài)周期節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖三級體制 時序信號產(chǎn)生電路復(fù)雜,5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制,微程序控制器，節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖二級體制，節(jié)拍電位=CPU周期 利用

3、微程序順序執(zhí)行來實現(xiàn)微操作 時序信號產(chǎn)生電路簡單,5.3.2、時序信號產(chǎn)生器,功能：產(chǎn)生時序信號 各型計算機產(chǎn)生時序電路不相同 大、中型計算機的時序電路復(fù)雜，微型計算機的時序電路簡單 構(gòu)成： 時鐘源：石英晶體振蕩器 環(huán)形脈沖發(fā)生器 節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯 啟停控制邏輯,5.3.2、時序信號產(chǎn)生器,構(gòu)成,5.3.2、時序信號產(chǎn)生器,時鐘源-石英？ 若在石英晶體上施加交變電場，則晶體晶格將產(chǎn)生機械振動，當(dāng)外加電場的頻率和晶體的固有振蕩頻率一致時，則出現(xiàn)晶體的諧振。由于石英晶體在壓力下產(chǎn)出的電場強度很小，這樣僅需很弱的外加電場即可產(chǎn)生形變，這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產(chǎn)生諧振

4、。其振蕩能量損耗小，振蕩頻率極穩(wěn)定。這些再加上石英優(yōu)良的機械、電氣和化學(xué)穩(wěn)定性，使它自40年代以來就成為石英鐘、電子表、電話、電視、計算機等與數(shù)字電路有關(guān)的頻率基準(zhǔn)元件。,5.3.2、時序信號產(chǎn)生器,環(huán)形脈沖發(fā)生器 產(chǎn)生有序的脈沖序列 為節(jié)拍脈沖的產(chǎn)生做準(zhǔn)備 節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼 建立訪存時序與節(jié)拍的關(guān)系 如：一個CPU周期中產(chǎn)生四個等間隔的節(jié)拍脈沖 一個CPU周期只夠使用一次總線 輸出T1 T2 T3 T4,節(jié)拍脈沖舉例：MOV R0 R1 該指令的取指占用一個CPU周期，對應(yīng)于一個節(jié)拍電位 PC-ABus(I), IBus-IR IR中OP-指令譯碼器 在一個節(jié)拍電位中完成三個細節(jié)操作

5、有時序關(guān)系的三個操作 通過節(jié)拍脈沖確定先后次序,節(jié)拍脈沖舉例：MOV R0 R1 該指令的執(zhí)行也占用一個CPU周期，對應(yīng)于一個節(jié)拍電位 設(shè)置ALU完成傳送操作 R1-ALU DBus-DR DR-R0 在一個節(jié)拍電位中完成四個細節(jié)操作 有時序關(guān)系的四個操作 通過節(jié)拍脈沖確定先后次序,節(jié)拍脈沖,節(jié)拍電位,5.3.2、時序信號產(chǎn)生器,啟停控制邏輯 開機后有連續(xù)節(jié)拍脈沖 必須按需約束 需要按照規(guī)則動作 上邊：啟停邏輯 Cr決定控制是否有效 下邊： Cr觸發(fā)器+RS觸發(fā)器 完整節(jié)拍生成,5.3.3 時序控制方式,怎樣實現(xiàn)時序控制？已知： 機器指令所包含的CPU周期個數(shù)反映了指令的復(fù)雜程度 CPU周期內(nèi)的操作信號的數(shù)目和出現(xiàn)的先后次序也不相同。 控制方式：控制不同操作序列時序信號的方法。 分為以下幾種： 同步控制方式 異步控制方式 聯(lián)合控制方式,5.3.3 控制方式,同步控制方式： 指令周期內(nèi)所需的CPU周期數(shù)和時鐘周期數(shù)不變 三個可選方案： 完全統(tǒng)一的CPU周期執(zhí)行各種不同的指令 采用不定長CPU周期 中央控制與局部控制的結(jié)合： 大部分采用固定CPU周期，個別復(fù)雜運算采用不定長CPU周期。,異步控制方式 每條指令周期包括個數(shù)不等的CPU周期