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1、计算机组成原理控制器第1页，本讲稿共15页1 1、时序部件：计算机的机内时钟。用其产生的周、时序部件：计算机的机内时钟。用其产生的周期状态，节拍电位及工作脉冲去对指令周期进行时期状态，节拍电位及工作脉冲去对指令周期进行时间划分，刻度和标定。间划分，刻度和标定。时序系统时序系统第2页，本讲稿共15页2 2、指令周期：在计算机中从指令的读取到指令的执行、指令周期：在计算机中从指令的读取到指令的执行完成，执行一条指令所需要的时间，称为指令周期。完成，执行一条指令所需要的时间，称为指令周期。3 3、指令周期通常由若干个、指令周期通常由若干个CPUCPU周期来表示，周期来表示，CPUCPU周期周期也称为
2、机器周期。也称为机器周期。由于由于CPUCPU内部的操作速度较快，而内部的操作速度较快，而CPUCPU访问一次内存所访问一次内存所花的时间较长，通常用存储周期为基础来规定花的时间较长，通常用存储周期为基础来规定CPUCPU周期。周期。时序系统时序系统第3页，本讲稿共15页1 1、周期、周期 （1 1）在一个控制阶段内均持续起作用的信号；在一个控制阶段内均持续起作用的信号；（2 2）通常用周期状态寄存器来标志和指明某某周期控通常用周期状态寄存器来标志和指明某某周期控制；制；（3 3）指令周期可分为取指周期、分析周期、执行周期。指令周期可分为取指周期、分析周期、执行周期。三级时序信号三级时序信号第
3、4页，本讲稿共15页2 2、节拍、节拍 （1 1）把一个机器周期分成若干个相等的时间段，每）把一个机器周期分成若干个相等的时间段，每一个时间段对应一个电位信号，称节拍电位；一个时间段对应一个电位信号，称节拍电位；（2 2）一般都以能保证）一般都以能保证 ALU ALU 进行一次运算操作作为一进行一次运算操作作为一拍电位的时间宽度。拍电位的时间宽度。三级时序信号三级时序信号第5页，本讲稿共15页3 3、工作脉冲、工作脉冲 （1 1）及时改变标志状态；及时改变标志状态；（2 2）工作脉冲的宽度一般为节拍电位宽度的工作脉冲的宽度一般为节拍电位宽度的1/N1/N，只要能保证所有的触发器都能可靠地，稳定
4、地翻转即，只要能保证所有的触发器都能可靠地，稳定地翻转即可。可。三级时序信号三级时序信号第6页，本讲稿共15页 一台计算机机内的控制信号一般均由若干个周期状态，一台计算机机内的控制信号一般均由若干个周期状态，若干个节拍电位及若干个时标脉冲这样若干个节拍电位及若干个时标脉冲这样3 3级控制时序信号级控制时序信号定时完成。定时完成。三级时序信号的关系三级时序信号的关系第7页，本讲稿共15页采用三级时序系统：采用三级时序系统：指令周期指令周期CPUCPU周期周期1 1CPUCPU周期周期2 2CPUCPU周期周期n n时钟周期时钟周期1 1时钟周期时钟周期2 2时钟周期时钟周期m m.工作脉冲工作脉
5、冲1 1工作脉冲工作脉冲2 2工作脉冲工作脉冲工作脉冲工作脉冲k k k k.(节拍节拍节拍节拍1)1)1)1)(节拍节拍节拍节拍2)2)2)2)(节拍节拍节拍节拍m)m)m)m)机器周期机器周期/工作周期工作周期节拍脉冲节拍脉冲/T周期周期第8页，本讲稿共15页 3 3级控制时序信号的宽度均成正整数倍同步关系。周期级控制时序信号的宽度均成正整数倍同步关系。周期状态之间，节拍电位之间，（时标脉冲）之间既不容许有状态之间，节拍电位之间，（时标脉冲）之间既不容许有重叠交叉，又不容许有空白间隙，应该是能一个接一个地重叠交叉，又不容许有空白间隙，应该是能一个接一个地准确连接，一个降落另一个升起而准确切
6、换的同步信号。准确连接，一个降落另一个升起而准确切换的同步信号。三级时序信号的关系三级时序信号的关系第9页，本讲稿共15页晶振输出晶振输出晶振输出晶振输出工作周期工作周期工作周期工作周期1 1 1 1工作周期工作周期工作周期工作周期2 2 2 2工作周期工作周期工作周期工作周期3 3 3 3时钟时钟时钟时钟T1T1T1T1工作脉冲工作脉冲工作脉冲工作脉冲P P P P时钟时钟时钟时钟T2T2T2T2指令周期指令周期指令周期指令周期控制不同阶段操作时间控制不同阶段操作时间控制不同阶段操作时间控制不同阶段操作时间控制分步操作时间控制分步操作时间控制分步操作时间控制分步操作时间对微操作定时对微操作定
7、时对微操作定时对微操作定时取指取指取指取指执行执行执行执行取数取数取数取数取出指令取出指令取出指令取出指令修改修改修改修改PCPC打入打入打入打入IRIR打入打入打入打入PCPC第10页，本讲稿共15页如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号的方法，称为控制器的控制方式。的方法，称为控制器的控制方式。控制方式通常分为同步控制方式、异步控制控制方式通常分为同步控制方式、异步控制方式、同异步联合控制方式三类。方式、同异步联合控制方式三类。控制方式控制方式第11页，本讲稿共15页 一、同步控制方式一、同步控制方式1 1、含义：又称为固定时序控制方式或无应答控制
8、方式。任何、含义：又称为固定时序控制方式或无应答控制方式。任何指令的执行或指令中每个微操作的执行都受事先安排好的指令的执行或指令中每个微操作的执行都受事先安排好的时序信号的控制。时序信号的控制。2 2、每个周期状态中产生统一数目的节拍电位及工作脉冲。、每个周期状态中产生统一数目的节拍电位及工作脉冲。3 3、以最复杂指令的实现需要为基准。、以最复杂指令的实现需要为基准。4 4、优点：设计简单，操作控制容易实现。、优点：设计简单，操作控制容易实现。缺点：效率低。缺点：效率低。第12页，本讲稿共15页二、异步控制方式二、异步控制方式 1 1、含义：可变时序控制方式或应答控制方式。执行一条含义：可变时
9、序控制方式或应答控制方式。执行一条指令需要多少节拍，不作统一的规定，而是根据每条指令指令需要多少节拍，不作统一的规定，而是根据每条指令的具体情况而定，需要多少，控制器就产生多少时标信号。的具体情况而定，需要多少，控制器就产生多少时标信号。2 2、特点：每一条指令执行完毕后都必须向控制时序部件、特点：每一条指令执行完毕后都必须向控制时序部件发回一个回答信号，控制器收到回答信号后，才开始下一发回一个回答信号，控制器收到回答信号后，才开始下一条指令的执行。条指令的执行。3 3、优点：指令的运行效率高；、优点：指令的运行效率高；第13页，本讲稿共15页二、异步控制方式二、异步控制方式缺点：控制线路比较
10、复杂。缺点：控制线路比较复杂。4 4、异步工作方式一般采用两条定时控制线来实现。、异步工作方式一般采用两条定时控制线来实现。我们把这两条线称为我们把这两条线称为“请求请求”线和线和“回答回答”线。当系统线。当系统中两个部件中两个部件A A和和B B进行数据交换时，若进行数据交换时，若A A发出发出“请求请求”信号，信号，则必须有则必须有B B的的“回答回答”信号进行应答，这次操作才是信号进行应答，这次操作才是有效的，否则无效。有效的，否则无效。第14页，本讲稿共15页三、同步，异步联合控制方式三、同步，异步联合控制方式 1 1、含义：同步控制和异步控制相结合的方式即联合控、含义：同步控制和异步控制相结合的方式即联合控制方式，区别对待不同指令。制方式，区别对待不同指令。2 2、一般的设计思想是，在功能部件内部采用同步式，而、一般的设计思想是，在功能部件内部采用同步式，而在功能部件之间采用异步式，并且在硬件实现允许的情况在功能部件之间采用异步式，并且在硬件实现允许的情况下，尽可能多地采用异步控制。下，尽可能多地采用异步控制。第15页，本讲稿共15页