1、第章 控制單元的功能,9.1 操作命令的分析,完成一條指令分 4 個(gè)工作周期,取指周期,間址周期,執(zhí)行周期,中斷周期,一、取指周期,9.1 操作命令的分析,二、間址周期,指令形式地址,有效地址,三、執(zhí)行周期,1. 非訪存指令,(1) CLA 清A,(2) COM 取反,(4) CSL 循環(huán)左移,(3) SHR 算術(shù)右移,(5) STP 停機(jī)指令,運(yùn)行標(biāo)志觸發(fā)器,2. 訪存指令,STA X,ADD X,(2) 存數(shù)指令,(1) 加法指令,指令說明：X為直接尋址；此指令是將X所指向的存儲(chǔ)單元中的內(nèi)容與累加器中的相加，結(jié)果存入累加器。,指令說明：X為直接尋址；此指令是將累加器中的內(nèi)容送到X所指向的存

2、儲(chǔ)單元。,(3) 取數(shù)指令,3. 轉(zhuǎn)移指令,(1) 無條件轉(zhuǎn),(2) 條件轉(zhuǎn)移,LDA X,JMP X,BAN X,（負(fù)則轉(zhuǎn)）,4. 三類指令的指令周期,非訪存 指令周期,直接訪存 指令周期,間接訪存 指令周期,轉(zhuǎn)移 指令周期,間接轉(zhuǎn)移 指令周期,四、中斷周期,程序斷點(diǎn)存入 “ 0 ” 地址,程序斷點(diǎn) 進(jìn)棧,9.2 控制單元的功能,一、控制單元的外特性,時(shí)鐘,標(biāo)志,CPU 內(nèi)部的控制信號(hào),到系統(tǒng)總線的控制信號(hào),來自系統(tǒng)總線的控制信號(hào),1. 輸入信號(hào),(1) 時(shí)鐘,(2) 指令寄存器,(4) 外來信號(hào),(3) 標(biāo)志,CU 受時(shí)鐘控制,控制信號(hào) 與操作碼有關(guān),CU 受標(biāo)志控制,INTR 中斷請(qǐng)求,

3、HRQ 總線請(qǐng)求,一個(gè)時(shí)鐘脈沖,發(fā)一個(gè)操作命令或一組需同時(shí)執(zhí)行的操作命令,如,2. 輸出信號(hào),(1) CPU 內(nèi)的各種控制信號(hào),(2) 送至控制總線的信號(hào),INTA,HLDA,訪存控制信號(hào),訪 IO/ 存儲(chǔ)器的控制信號(hào),讀命令,寫命令,中斷響應(yīng)信號(hào),總線響應(yīng)信號(hào),2. 采用 CPU 內(nèi)部總線方式,二、控制信號(hào)舉例,(1) ADD X 取指周期,PC,MDR,OP（IR）,控制信號(hào),控制信號(hào),MAR,MDR,IR,CU,(2) ADD X 間址周期,MDR,MDR,MDR,IR,MAR,(3) ADD X 執(zhí)行周期,MDR,Z,AC,（AC）+（Y）,MAR,MDR,Y,ALU,AC,Z,ALU

4、,例9.2已知單總線計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，其中M為主存，XR為變址寄存器，EAR為有效地址寄存器，LATCH為鎖存器。圖中各寄存器的輸入和輸出均受控制信號(hào)控制，如PCi表示PC的輸入控制。設(shè)指令地址已存于PC中， 畫出ADDX，D（X為變址寄存器XR，D為形式地址） 和STAD（表示相對(duì)尋址，D為相對(duì)位移量）兩條指令的指令周期信息流程圖，并列出相應(yīng)的控制信號(hào)序列。,ADDX，D STAD,三、多級(jí)時(shí)序系統(tǒng),1. 機(jī)器周期,(1) 機(jī)器周期的概念,(2) 確定機(jī)器周期需考慮的因素,(3) 基準(zhǔn)時(shí)間的確定,所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間,每條指令的執(zhí)行 步驟,每一步驟 所需的 時(shí)間,以完成 最復(fù)雜

5、 指令功能的時(shí)間 為準(zhǔn),以 訪問一次存儲(chǔ)器 的時(shí)間 為基準(zhǔn),若指令字長(zhǎng) = 存儲(chǔ)字長(zhǎng),取指周期 = 機(jī)器周期,2. 時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）,一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可完成若干個(gè)微操作,每個(gè)微操作需一定的時(shí)間,時(shí)鐘周期是控制計(jì)算機(jī)操作的最小單位時(shí)間,將一個(gè)機(jī)器周期分成若干個(gè)時(shí)間相等的 時(shí)間段（節(jié)拍、狀態(tài)、時(shí)鐘周期）,用時(shí)鐘周期控制產(chǎn)生一個(gè)或幾個(gè)微操作命令,CLK,T0,T1,T2,T3,2. 時(shí)鐘周期（節(jié)拍、狀態(tài)）,3. 多級(jí)時(shí)序系統(tǒng),機(jī)器周期、節(jié)拍（狀態(tài)）組成多級(jí)時(shí)序系統(tǒng),一個(gè)指令周期包含若干個(gè)機(jī)器周期,一個(gè)機(jī)器周期包含若干個(gè)時(shí)鐘周期,CLK,節(jié)拍 (狀態(tài)),節(jié)拍 (狀態(tài)),4. 機(jī)器速度與機(jī)器主頻的關(guān)

6、系,機(jī)器的 主頻 f 越快 機(jī)器的 速度也越快,在機(jī)器周期所含時(shí)鐘周期數(shù) 相同 的前提下， 兩機(jī) 平均指令執(zhí)行速度之比 等于 兩機(jī)主頻之比,機(jī)器速度 不僅與 主頻有關(guān) ，還與機(jī)器周期中所含 時(shí)鐘周期（主頻的倒數(shù)）數(shù) 以及指令周期中所含 的 機(jī)器周期數(shù)有關(guān),例9.3設(shè)某機(jī)主頻為8MHZ，每個(gè)機(jī)器周期平均包含有2個(gè)時(shí)鐘周期，每條指令的指令周期平均為2.5個(gè)機(jī)器周期，試問該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度是多少M(fèi)IPS？若機(jī)器主頻不變，但每個(gè)機(jī)器周期平均包含4個(gè)時(shí)鐘周期，每條指令的指令周期平均為5個(gè)機(jī)器周期，則該機(jī)的平均指令執(zhí)行速度又是多少M(fèi)IPS？由此可得出什么結(jié)論？,四、控制方式,產(chǎn)生不同微操作命令序列所用

7、的時(shí)序控制方式,1. 同步控制方式,任一微操作均由 統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo) 的時(shí)序信號(hào)控制,CLK,(1) 采用 定長(zhǎng) 的機(jī)器周期,以 最長(zhǎng) 的 微操作序列 和 最繁 的微操作作為 標(biāo)準(zhǔn),機(jī)器周期內(nèi) 節(jié)拍數(shù)相同,(2) 采用不定長(zhǎng)的機(jī)器周期,節(jié)拍 (狀態(tài)),機(jī)器周期內(nèi) 節(jié)拍數(shù)不等,(3) 采用中央控制和局部控制相結(jié)合的方法,局部控制的節(jié)拍寬度與 中央控制的節(jié)拍寬度一致,2. 異步控制方式,無基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào),無固定的周期節(jié)拍和嚴(yán)格的時(shí)鐘同步,采用 應(yīng)答方式,3. 聯(lián)合控制方式,4. 人工控制方式,(1) Reset,(2) 連續(xù) 和 單條 指令執(zhí)行轉(zhuǎn)換開關(guān),(3) 符合停機(jī)開關(guān),同步與異步相結(jié)合,五、多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)實(shí)例分析,1. 8085 的組成,2. 8085 的外部引腳,(1) 地址和數(shù)據(jù)信號(hào),(2) 定時(shí)和控制信號(hào),(3) 存儲(chǔ)器和 I/O 初始化,A15A8 AD7AD0,SID SOD,入 X1 X2,入 HOLD Ready,出 HLDA,(4) 與中斷有關(guān)的信號(hào),(5) CPU 初始化,(6) 電源和地,出 INTA,Trap 重新啟動(dòng)中斷,出 Reset out,VCC +5 V,VSS 地,3. 機(jī)器周期和節(jié)拍（狀態(tài)）與控制信號(hào)的關(guān)系,每個(gè) 控制 信號(hào)在 指定機(jī)器周期 的 指定節(jié)拍 T 時(shí)刻 發(fā)出,機(jī)器周期 M1 取指令操作碼,機(jī)器周期