硬布线控制器

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1、第14讲硬布线控制器1指令执行过程组成控制器的基本电路1.记忆电路(触发器组成）寄存器、计数器、存储单元特点：输入信号消失后，原信息仍然保留2.无记忆电路（门电路组成）加法器、ALU、各种逻辑电路特点：输入信号改变后，输出跟着变化每条指令的执行步骤—读取指令指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大,—检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址R_R类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令其他类型指令可能执行一次或多次是一次读内存操作公共操作公共操作

2、是每一条指令的特定操作（1）基本概念指令周期：取出并执行一条指令的时间。完成一条指令执行取指、分析取指阶段取指周期执行阶段执行周期（取指、分析）（执行指令）指令周期取指周期执行周期CPU周期：又称机器周期，CPU同主存或外设进行一次信息交换所需的时间时钟周期 ：CPU执行一个微操作的最小时间单位，通常称为节拍脉冲或T周期。（是处理操作的最基本单位）。三者关系：一个指令周期包含若干个CPU周期，一个CPU周期的功能由多个时钟周期来完成1）每条指令的指令周期不同取指周期指令周期取指周期执行阶段指令周期取指周期执行周期指令周期NOPADDmemMULmem具有间接寻址的指令周期带有中断周期的指令周期

3、取指周期间址周期指令周期执行周期取指周期间址周期指令周期执行周期中断周期2）指令周期流程取指周期执行周期有间址吗？有中断吗？间址周期中断周期是是否否3）CPU工作周期的标志CPU访存有4种性质取指令取地址取操作数存程序断点取指周期间址周期执行周期中断周期FEDINDDINTDCLK1FE1IND1EX1INTEXDCPU的4个工作周期1.取指周期数据流指令周期的数据流PC中存放现行指令的地址，该地址送到MAR并送至地址总线，然后由控制部件CU向存储器发出读命令，使对应MAR所指单元的内容（指令）经数据总线送至MDR，再送至IR，与此同时CU控制PC内容加1，形成下一条指令的地址。MDRCUMA

4、RPCIR存储器CPU地址总线数据总线控制总线IR+12.间址周期数据流MDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PCIR存储器MDR一旦取指周期结束，CU便检查IR中的内容，以确定是否有间址操作，如果需间址操作，则MDR中指示形式地址的右N位（记作Ad(MDR)）将被送到MAR，又送至地址总线，此后CU向存储器发读命令，以获取有效地址并存至MDR。3.执行周期数据流4.中断周期数据流不同指令的执行周期数据流不同MDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PC存储器CPU进入中断周期要完成一系列操作，由CU把用于保存程序断点的存储器特殊地址（如堆栈指针的内容）送往MAR，并送到地址总线上

5、，同时将PC的内容（程序断点）送到MDR，并命令存储器写，最终使程序断点经数据总线存入存储器。还要将中断服务程序的入口地址送至PC，为下一个指令周期的取指周期做好准备。非访内指令的指令周期例：CLA指令的指令周期CLA指令是一条非访内指令指令功能：AC清零（2）典型指令的指令周期由两个CPU周期组成：第一个CPU周期：即取指令阶段，CPU完成三件事：（1）从内存取出指令；（2）对程序计数器PC加1，以便为取下一条指令做好准备；（3）对指令操作码进行译码或测试，以便确定进行什么操作。第二个CPU周期，即执行指令阶段，完成对累加器AC的清零。指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段1.程序计数器PC

6、的内容20（八进制）被装入地址寄存器AR;2.程序计数器内容加1，变成21，为取下一条指令做准备;指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段3.地址寄存器的内容被放到地址总线上;指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段4.所选存储器单元20的内容经过数据总线，传送到缓冲寄存器DR;指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段5.缓冲寄存器的内容传送到指令寄存器IR;指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段6.指令寄存器中的操作码被译码或测试;指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段7.CPU识别出是指令CLA，至此，取指令阶段即告结束。指令CLA的取指和执行过程：取指令阶段1.操作控制器送一控制信号给ALU；

7、指令CLA的取指和执行过程：执行指令阶段2.ALU响应该控制信号，对AC清零。指令CLA的取指和执行过程：执行指令阶段直接访内指令的指令周期例：ADD30指令的指令周期ADD30指令是一条直接访问内存指令指令功能：（AC）+（30）→AC由三个CPU周期组成：第一个CPU周期：取指令周期（同CLA指令）；第二个CPU周期：将操作数的地址送往地址寄存器并完成地址译码；第三个CPU周期：从内存取出操作