第三章 CPU子系统

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1、第三章CPU子系统课程名称：计算机组成原理授课教师：王铁军电子邮箱：tjw@cuit.edu.cn本章主要讨论：运算器控制器数据通路结构与外部的连接指令的执行过程CPU组成CPU工作原理第一节组合逻辑控制器原理控制器组成控制器的工作过程时序控制方式优缺点及应用3.1.1控制器组成微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码……PSW时序IR地址形成PCθD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码……PSW时序IR地址形成PCθD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器1.微命令发生器功能：产生全机所

2、需的各种微命令控制最基本的操作(微操作)的命令电位型脉冲型构成微命令发生器：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。微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码……PSW时序IR地址形成PCθD寻来自M送M或ALU+1送M2.指令计数器PC功能：指示指令在M中的位置。PC本身+1顺序执行：PC先+1，再用转移地址修改PC微命令发生器PC转移执行:3.指令寄存器IR功能：存放现行指令。决定操作性质操作码字段操作数地址转移地址PC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码……PSW时序IR地址形成θD寻来自M送M

3、或ALU+1送M微命令发生器PCIR地址码字段译码器微命令发生器地址形成部件寻D4.状态寄存器PSW功能：指示程序运行方式，反映程序运行结果。例.某机的PSWPC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码……PSW时序IR地址形成θD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器PCIRPSW工作方式优先级TPNZVC151211109876543210C=1进位V=1溢出Z=1结果为0P=1代码中1个数为奇数N=1结果为负T=1,执行跟踪程序（1）条件码反映程序运行结果（2）跟踪标志为程序查错设置的断点标志T。程序初始化置T为1...测试T跟

4、踪程序…...工作方式优先级TPNZVC151211109876543210程序优先级高于外部优先级，不响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式：禁止程序执行某些指令核心方式：允许程序执行所有指令（3）优先级为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。（4）工作方式规定程序的特权级。PSW在CPU中，反映程序运行状态；控制/状态字在接口中,反映CPU命令、设备状态。工作方式优先级TPNZVC1512111098765432105.时序线路功能：控制操作时间和操作时刻。PC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码…...PSW

5、时序IR地址形成θD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器PCIRPSW时序振荡器分频器时钟脉冲工作脉冲时钟周期(节拍)产生电位型微命令，控制操作时间段产生脉冲型微命令，控制定时操作1.取指令PCPC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码…...PSW时序IR地址形成θD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器PCIRPSW时序3.1.2控制器工作过程地址M指令IR、译码(θ、寻址方式)PC+1PC2.取数(按寻址方式)立:PC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码…...PSW时序IR地址形成θD寻来自M送M或AL

6、U+1送M微命令发生器PCIRPSW时序指令操作数有效地址M,取数R,取数直:寄存器号间:间接地址M,取有效地址寄存器号R,取有效地址变:形式地址变址量运算器计算有效地址3.执行(按操作码)PC微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码…...PSW时序IR地址形成θD寻来自M送M或ALU+1送M微命令发生器PCIRPSW时序结果存储器/寄存器操作数加法器操作数1.组合逻辑控制器的时序划分3.1.3时序控制方式即时序信号与操作的关系●采用三级时序系统：指令周期工作周期1工作周期2工作周期n……时钟周期1时钟周期2时钟周期m……工作脉冲1工

7、作脉冲2工作脉冲k…………(节拍1)(节拍2)(节拍m)●时序关系：晶振输出工作周期1工作周期2工作周期3时钟T1工作脉冲P时钟T2指令周期控制不同阶段操作时间控制分步操作时间对微操作定时取指执行取数取出指令修改PC打入IR打入PC2.时序控制方式及其变化（1）同步控制各项操作受统一时序控制。①定义：②特点：有明显时序时间划分，③优缺点：时序关系简单，时序划分规整，控制不复杂；时间安排可能不合理。④应用场合：用于CPU内部、设备内部、系统总线操作控制逻辑易于集中，便于管理。(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近)。时钟周期时间固定，各步操作

8、的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。各项操作受统一时序控制。由CPU或其他设备提供（2）异步控制