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1、组合逻辑控制器原理组合逻辑控制器原理一、控制器组成一、控制器组成微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成PCPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成PCPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器1.1.微命令发生器微命令发生器功能：功能：产生全机所需的各种产生全机所需的各种微命令微
2、命令控制最基本的操作控制最基本的操作(微操作微操作)的命令的命令电位型电位型脉冲型脉冲型微命令发生器的构成微命令发生器的构成：将产生微命令的条件综合：将产生微命令的条件综合化简，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现。化简，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现。微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成PCPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令计数器指令计数器PCPC功能：功能：指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PCPC本身本身+1+1顺序执行顺序执行PCPC先
3、先+1+1，再用转移地址修改，再用转移地址修改PCPC微命令微命令发生器发生器PCPC转移执行转移执行:ALU+1ALU+13.3.指令寄存器指令寄存器IRIR功能：功能：存放现行指令。存放现行指令。决定操作决定操作性质性质操作码字段操作码字段操作数地址操作数地址转移地址转移地址PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR地址码字段地址码字段译码器译码器微命令发生器微命令发生器地址形成
4、部件地址形成部件寻寻D4.4.状态寄存器状态寄存器PSWPSW功能：功能：指示程序运行方式，反映程序运行结果。指示程序运行方式，反映程序运行结果。例例.某机的某机的PSWPSWPCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW工作方式工作方式 优先级优先级 T T S Z V CS Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5
5、 4 3 2 1 0C=1 C=1 进位进位 V=1 V=1 溢出溢出Z=1 Z=1 结果为结果为0 0S=1 S=1 结果为负结果为负T=1T=1,执行跟踪程序执行跟踪程序（1 1）条件码条件码反映程序运行结果反映程序运行结果工作方式工作方式 优先级优先级 T S Z V CT S Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（2 2）跟踪标志跟踪标志为程序查错设置的断点标志为程序查错设置的断点标志T T。程序初始化置T为1.测试T跟踪程序.程序优先级高于外部优先级，程序优先级高于外部优先级，不响应不响应程序优先级低于外部
6、优先级，可响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式：用户方式：禁止程序执行某些指令禁止程序执行某些指令核心方式：核心方式：允许程序执行所有指令允许程序执行所有指令（3 3）优先级优先级 为现行程序赋予优先级别，以决定是否为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。响应外部中断请求。工作方式工作方式 优先级优先级 T S Z V CT S Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（4 4）工作方式工作方式规定程序的特权级规定程序的特权级。PSWPSW在在CPUCPU中，反中，反映程序运行状态；映程序运行状态；控
7、制控制/状态字在状态字在接口中接口中,反映反映CPUCPU命令、设备状态。命令、设备状态。5.5.时序线路时序线路功能：功能：控制操作时间和操作时刻。控制操作时间和操作时刻。PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序振荡器振荡器分频器分频器时钟脉冲时钟脉冲工作脉冲工作脉冲时钟周期时钟周期(节拍节拍)产生电位产生电位型微命令，型微命令，控制操作控制操作时间段时
8、间段产生脉冲型产生脉冲型微命令，控微命令，控制定时操作制定时操作1.1.取指令取指令PCPCPCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序二、控制器工作过程二、控制器工作过程地址地址M M指令指令IRIR、译码、译码(、寻址方式寻址方式)PC+1PC+1PCPC2.2.取数取数(按寻址方式按寻址方式)立立:PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/
9、OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序指令指令操作数操作数有效地址有效地址M M,取数取数R R,取数取数直直:寄存器号寄存器号间间:间接地址间接地址M,M,取有效地址取有效地址寄存器号寄存器号R R,取有效地址取有效地址变变:形式地址形式地址变址量变址量运运算算器器计算有效计算有效地址地址3.3.执行执行(按操作码按操作码)PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控
10、制台信息运行状态运行状态译译码码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序结果结果存储器存储器/寄存器寄存器操作数操作数加法器加法器操作数操作数1.1.组合逻辑控制器的时序划分组合逻辑控制器的时序划分三、时序控制方式三、时序控制方式即：时序信号与操作的关系即：时序信号与操作的关系 采用三级时序系统：采用三级时序系统：指令周期指令周期工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期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
11、工作脉冲1 1工作脉冲工作脉冲2 2工作脉冲工作脉冲k k.(节拍节拍1)1)(节拍节拍2)2)(节拍节拍m)m)时序关系：时序关系：晶振输出晶振输出工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期3 3时钟时钟T1T1工作脉冲工作脉冲P P时钟时钟T2T2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时取指取指执行执行取数取数取出指令取出指令修改修改PC打入打入IR打入打入PC2.2.时序控制方式及其变化时序控制方式及其变化（1 1）同步控制）同步控制各项操作受统一时序控制。各项操作受统一时序控制。定义：定义：特点：
12、特点：有明显时序时间划分，时钟周期时有明显时序时间划分，时钟周期时间固定，各步操作的衔接、各部件之间的数间固定，各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。据传送受严格同步定时控制。优缺点：优缺点：时序关系简单，时序划分规整，时序关系简单，时序划分规整，控制不复杂；控制逻辑易于集中，便于管理。控制不复杂；控制逻辑易于集中，便于管理。时间安排不合理。时间安排不合理。应用场合：应用场合：用于用于CPUCPU内部、设备内部、系内部、设备内部、系统总线操作统总线操作(各挂接部件速度相近，传送时各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近间确定，传送距离较近)。各项操作受各项操作受统一时序
13、统一时序控制。控制。由由CPUCPU或或其他设备其他设备提供提供（2 2）异步控制）异步控制 各项操作按不同需要安排时间，不各项操作按不同需要安排时间，不受统一时序控制。受统一时序控制。定义：定义：特点：特点：无统一时钟周期划分，各操作间的无统一时钟周期划分，各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。方式。例例.异步传送操作异步传送操作 主设备：主设备：申请并掌握总线权的设备。申请并掌握总线权的设备。总线总线主主从从 从设备：从设备：响应主设备请求的设备。响应主设备请求的设备。发发/接接接接/发发主设备获得总线控制权主设备获得总线控制权 操作流
14、程：操作流程：主设备询问从设备主设备询问从设备主设备发送主设备发送/接收数据接收数据主设备释放总线控制权主设备释放总线控制权 从设备准备好？从设备准备好？YN主设备输出端与总线连接主设备输出端与总线连接主设备输出端与总线断开主设备输出端与总线断开时间安排紧凑、合理；时间安排紧凑、合理；控制复杂。控制复杂。优缺点：优缺点：应用场合：应用场合：用于异步总线操作用于异步总线操作(各挂接部各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远较远)。（3 3）同步方式的变化）同步方式的变化指令周期长度可变，时钟周期长度不变。指令周期长度可变，时钟周期长度不变。可用计数
15、器指示时钟周期数的变化。可用计数器指示时钟周期数的变化。不同指令安排不同时钟周期数不同指令安排不同时钟周期数总线周期中插入延长周期总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间经总线传送一次数据所用的时间(送地址、读送地址、读/写写)总线周期长度可变，时钟周期长度不变。总线周期长度可变，时钟周期长度不变。总线周期总线周期(4T)例例.一个总线周期包含一个总线周期包含4 4个时钟周期个时钟周期时钟时钟T1T3T2T4送地址送地址读读/写数据写数据 结束结束同步方式同步方式时钟时钟T1T3T2T4T4T4Tw送地址送地址读读/写数据写数据 结束结束总线周期总线周期(5T)扩展同步方式扩展同步方
16、式1.1.组合逻辑控制方式组合逻辑控制方式四、四、组合逻辑控制方式的优缺点及应用组合逻辑控制方式的优缺点及应用 综合化简产生微命令的条件，形成综合化简产生微命令的条件，形成逻辑关系式，用组合逻辑电路实现；逻辑关系式，用组合逻辑电路实现；执行指令时，由组合逻辑电路执行指令时，由组合逻辑电路(微命微命令发生器令发生器)在相应时间发出所需微命令，在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。控制有关操作。不易修改、扩展指令系统功能。不易修改、扩展指令系统功能。3.3.应用场合应用场合 用于高速计算机，或小规模计算机。用于高速计算机，或小规模计算机。产生微命令的速度较快。产生微命令的速度较快。2.2.优缺点优缺点 设计不规整，设计效率较低；控制器设计不规整，设计效率较低；控制器核心结构零乱，不便于检查和调试。核心结构零乱，不便于检查和调试。