06第六章-CPU系统(3)

1四、硬布线控制器2控制器的控制方式1、微程序控制方式2、硬布线控制方式控制信号是通过逻辑电路直接连线而产生的，又称组合逻辑控制方式。组成特点：是由门电路和触发器构成的复杂树形网络。设计目标：简化逻辑表达式，使用最少元件；取得最高操作速度。3与微程序控制相比，硬布线控制的速度较快。其原因是微程序控制中每条微指令都要从控存中读取一次，影响了速度，而硬布线控制主要取决于电路延迟。因此，近年来在某些超高速新型计算机结构中，又选用了硬布线控制，或与微程序控制器混合使用。5控制信号的产生如：ADDR3,R1,R2T1:PCout，MemRead，PC+1，MARin；PCMAR,PC+1PCT2:MDRout,IRin；MDRIRT3:R1out,Yin；R1YT4:R2out,ADD,Zin；R2+YZT5:Zout,R3in；ZR36.5.2、指令周期流程ADDSTORELOADJMP指令执行周期流程开始译码及测试PC→MARPC+1→PCDBUS→MDRMDR→IRR1→YR2+Y→ZZ→R3PC→YY+IR(地)→ZZ→PCIR(地)→MARDBUS→MDRMDR→R1AR→MARR1→MDR简化的微型计算机结构图：地址/数据分时复用W总线PCIRCONMARPROMAALUBOD控制总线CPCLRCLKEPLiCLRCLKEiCLRCLKLMCLKERLOCLKLBCLKSUEUEACLKLACLRCLKCPEPLMERLIEILAEASUEULBLOCPUMI/O控制部件结构起动和清除按钮运行/停车触发器时钟振荡器阴极跟随器指令译码器环形计数器控制矩阵CLKCLRHLTCON指令操作码控制器9指令的执行过程1、指令周期：执行一条指令的时间。分为取指周期（取指令的时间）和执行周期（解释指令并执行的时间）。时间上以机器节拍为单位。2、环形计数器与机器节拍：Q5Q4Q3Q2Q1Q0T5T4T3T2T1T0CLKCLRT0T1T2T3T4T5T=T5T4T3T2T1T010取指周期和执行周期①取指周期:所有指令所需节拍数相同。(1)地址节拍（T0=1时刻）：MAR=PCCON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO011000000000(2)储存节拍（T1=1时刻）：IR=[PC]CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO000110000000(3)增量节拍（T2=2时刻）：PC=PC+1CON=CPEPLMERLIEILAEASUEULBLO10000000000011②执行周期:指令解释执行的时间，所需节拍数不一定相同。③举例：计算R9+RA+RB+RC-RD程序在节拍下的CON：12CPEPLMERLIEILAEASUEULBLOQ5Q4Q3Q2Q1Q0&&&&I7I6I5I4LDAADDSUBOUTHLTT0T1T2T3T4T5CLKCLR&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&≥1≥1T5T4T3T2T1T0硬布线控制部件原理：≥1≥1≥1≥1I7I6I5I4IR译码器控制矩阵14硬布线控制器的控制方式1、异步控制方式各个部件之间没有统一的时钟，各部件有自己的时钟有的异步控制甚至不需要时钟，采用“命令－微操作－回答”方式15命令1微操作1回答1(命令2)微操作2回答2(命令3)…………微操作3异步控制方式162、同步控制方式机器有统一的时钟信号微操作与时钟信号同步微操作必须在一个时钟周期内完成17同步控制方式信号宽度确定,有时间浪费CLOCK微操作1微操作2微操作i………微操作3183、联合控制方式同步控制方式与异步控制方式相结合19流水线工作原理机器执行指令时按顺序的方式进行的，即程序中各条指令是按顺序串行执行的。四个周期完成一条指令。如：取指1计算地址1取操作数1计算存结果1取指2计算地址2…20机器在某些周期内进行操作，而在某些周期内是空闲的。如：存储器，运算器等。若把两条指令或多条指令在时间上重叠执行，将大幅度提高机器的执行速度。如：取指1计算地址1取操作数1计算存结果1取指2计算地址2取操作数2计算存结果2取指3计算地址3取操作数3计算存结果321流水线中存在的问题1、数据相关2、程序转移