計算機組成原理第五章（中央處理器CPU）

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• 指令週期（取指令、分析指令到執行完該指令所需的所有時間）
• 機器週期一般又稱CPU週期
  • 一般把一條指令週期分紅若干個機器週期，每一個機器週期完成一個基本操做
  • 以主存的工做週期（存取週期）爲基礎來規定CPU週期，好比，能夠用CPU讀取一個指令字的最短期來規定CPU週期
  • 不一樣的指令，可能包含不一樣數目的機器週期
  • 一個機器週期中，包含若干個T週期（節拍脈衝或T脈衝）
  • 不一樣的指令，CPU週期規定不一樣
• 時鐘週期
  • 在一個機器週期內，要完成若干個微操做。這些微操做有的能夠同時執行，有的須要按前後次序串行執行。於是須要把一個機器週期分爲若干個相等的時間段，每個時間段稱爲一個節拍。節拍經常使用具備必定寬度的電位信號表示，稱之爲節拍電位
  • 節拍的寬度取決於CPU完成一次基本的微操做的時間，如：ALU完成一次正確的運算，寄存器間的一次數據傳送等
• 指令週期（由若干個CPU週期構成，CPU週期由若干個T週期構成）
• MOV指令的指令週期

 

• LAD指令的指令週期：

• ADD指令的指令週期：

• STO指令的指令週期：

• JMP指令的指令週期：

• • 取值週期
  • 執行週期

5.2總結：

1. 一條指令包括一個取指令週期和一個執行指令週期

2. 在每一個CPU週期中數據通路是明確的

3. 數據通路的創建及操做收到操做控制器的控制，固然決定因而什麼指令

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時序產生器和控制方式

1. 時序信號的做用和體制

• 時序信號：CPU規定脈衝，有節奏的及其工做，提供的時間標誌。（須要採用多級時序體制）
• 時序信號是協調各工件工做的同步信號，時間按標誌是用時序信號來體現的。
• 時序信號的基本體制：電位——脈衝體制

2. 時序信號產生器

• 硬佈線控制器：採用主狀態週期——節拍電位——節拍脈衝三級體制
• 微程序控制器：採用節拍電位——節拍脈衝二級體制
  • 利用微程序順序執行來實現爲操做
  • 時序信號產生電路簡單
  • 一個節拍電位包含若干個節拍脈衝，及時鐘週期。節拍電位表示一個CPU週期的時間，而節拍脈衝把一個CPU週期劃分爲若干個較小的事假時間間隔。這些時間間隔能夠相等，也能夠不等。
• 時序信號產生器功能：產生時序信號
• 時序信號產生器構成：1. 時鐘源 2. 環形脈衝發生器 3. 節拍脈衝和讀寫時序控制邏輯 4. 啓停控制邏輯
•  
• 時鐘脈衝φ的寬度等於節拍脈衝T的寬度
• 4個節拍脈衝（T週期）構成一個機器週期（CPU週期）
• 啓停控制邏輯：啓動、中止是隨機的。
• 當運行觸發器爲「1」時，打開時序電路。（計算機啓動時，必定要從第一個節拍脈衝前沿開始工做）
• 當運行觸發器爲「0」時，關閉時序產生器。（停機時必定要第四個節拍脈衝結束後關閉時序產生器）

3. 時序控制方式

• 時序控制方式
  
  • 同步控制方式
    • 徹底統一的機器週期執行不一樣的指令
    • 採用不定長機器週期
    • 中央控制及與局部控制的結合
  • 異步控制方式
    • 每條指令須要多少時間就佔用多少時間
  • 聯合控制方式
    • 大部分指令在固定的週期內完成，少數難以肯定的指令採用異步控制方式
    • 機器週期的 節拍脈衝固定，可是各指令的機器週期數不固定（微程序控制器的採用）

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微程序控制器的

1. 微程序控制器原理

• 微程序設計技術是用軟件方法來設計硬件的技術。
• 微命令和微操做
  • 一條機器指令是由一個微程序來實現的
  • 控制部件向執行部件發出的各類控制命令叫作微命令，它是構成控制部件的最小單位
  • 微操做：是微命令的操做過程
  • 因爲數據通路的結構關係，微操做可分爲相容的和互斥的兩種
    • 互斥的微操做：是指不能同時或不能在同一個節拍中並行執行的微操做
    • 相容的微操做：是指可以同時或者在同一個節拍內並行執行的微操做。必須各佔一位。
  • 微指令：把在同一個CPU週期內並行執行的微操做控制信息，存儲在控制存儲器裏，稱爲一條微指令
    
    • 它是微命令的組合，微指令存儲在控制器中的控制存儲器中
    • 一條微指令一般至少包含兩大部分信息：
      • 操做控制字段，又稱微操做碼字段，用以產生某一步操做所需的各個微操做控制信號
        • 某位爲1.代表發微命令
        • 微指令發出的控制信號都是節拍的電位信號，持續時間爲一個CPU週期
        • 微命令信號還要引入時間控制
      • 順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產生下一條要執行的微指令地址
  • 微程序
    • 一切微指令的有序集合就是微程序
      • 一段微程序對應一條機器指令
      • 微地址：存放微指令的控制存儲器的單元地址