第 6 章 控制器原理

2024/3/4

?2012第8版1第6章控制系統(tǒng)與CPU

2024/3/42本章學(xué)習(xí)內(nèi)容控制器的功能與組成控制方式與時(shí)序系統(tǒng)CPU的總體結(jié)構(gòu)組合邏輯控制器設(shè)計(jì)微程序控制器設(shè)計(jì)2024/3/436.1控制器概述

控制器和運(yùn)算器一起組成中央處理器，即CPU（CentralProcessUnit）?？刂破鞯墓δ芨鶕?jù)事先編好并存放在存儲(chǔ)器中的解題程序，控制各部件有條不紊地、自動(dòng)協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。2024/3/44控制器是計(jì)算機(jī)的指揮和控制中心，由它把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、I/O設(shè)備等聯(lián)系成一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，并根據(jù)各部件具體要求，適時(shí)地發(fā)出各種控制命令，控制計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。2024/3/45計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的基本過程：1.取指令根據(jù)指令地址（由PC提供），從存儲(chǔ)器中取出所要執(zhí)行的指令6.1.1指令執(zhí)行的基本步驟

2024/3/462.分析指令①對(duì)取出的指令進(jìn)行譯碼分析。確定指令應(yīng)完成的操作，產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位，參與形成該指令功能所需要的全部控制命令（微操作控制信號(hào)）。②根據(jù)尋址方式的分析和指令功能要求，形成操作數(shù)的有效地址，并按此地址取出操作數(shù)據(jù)（運(yùn)算型指令）或形成轉(zhuǎn)移地址(轉(zhuǎn)移類指令)，以實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。2024/3/473.執(zhí)行指令：根據(jù)指令分析所產(chǎn)生的操作控制信號(hào)和形成的有效地址，按一定的算法形成指令操作控制序列，控制有關(guān)部件完成指令規(guī)定的功能。一條指令執(zhí)行結(jié)束，若沒有異常情況和特殊請(qǐng)求，則按程序順序，再去取出并執(zhí)行下一條指令。2024/3/48控制器的任務(wù)按取指令、分析指令、執(zhí)行指令這樣的步驟進(jìn)行周而復(fù)始的控制過程，直到完成程序所規(guī)定的任務(wù)并停機(jī)為止。2024/3/49指令A(yù)DDA，R7的執(zhí)行過程

2024/3/410程序的執(zhí)行過程設(shè)有程序：MOVAL，07HADDAL，0AHMOV[20H]，AL(1)指令長(zhǎng)度均為2字節(jié)，其中第一字節(jié)為操作碼部分，第二字節(jié)為形式地址部分。(2)程序存放在以00H開始的區(qū)域內(nèi)。2024/3/411程序執(zhí)行過程演示2024/3/4126.1.2控制器的基本功能1．控制指令的正確執(zhí)行包括指令流出的控制，分析指令和執(zhí)行指令的控制，指令流向的控制。⑴指令流出控制（對(duì)取指令的控制）取指令時(shí)需進(jìn)行的操作(PC)→MAR，Read；給出指令地址，并向MEM發(fā)

出讀命令(MDR)→IR；讀出的指令經(jīng)MDR存放到指

令寄存器IR中(PC)增量→PC；為取下一條指令作準(zhǔn)備2024/3/413⑵分析指令和執(zhí)行指令的控制IR中的指令經(jīng)指令譯碼器(ID)譯碼分析，確定操作性質(zhì)，判明尋址方式并形成操作數(shù)的有效地址?？刂破鞲鶕?jù)分析的結(jié)果和形成的有效地址產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列，控制有關(guān)的部件完成指令所規(guī)定的操作功能。例：設(shè)某指令的IR15～I(xiàn)R12＝0000時(shí)為MOV指令，則MOV的控制信號(hào)為：2024/3/414⑶指令流向的控制指令流向控制即下條指令地址的形成控制。①按指令序列順序執(zhí)行時(shí)，通過PC自動(dòng)增量形成下條指令的地址。②當(dāng)需要改變指令流向時(shí)，需改變程序計(jì)數(shù)器PC中的內(nèi)容。轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行：把形成的轉(zhuǎn)向地址送入PC；轉(zhuǎn)子指令的執(zhí)行：把子程序入口地址送入PC；中斷處理：將中斷服務(wù)程序入口地址送入PC。為了正確返回，轉(zhuǎn)子和中斷還需保留PC被改變之前的內(nèi)容(即返回地址)。2024/3/4152.控制程序和數(shù)據(jù)的輸入及結(jié)果的輸出為完成某項(xiàng)任務(wù)而編制的程序及所需數(shù)據(jù)，必須通過某些輸入設(shè)備預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中，運(yùn)算結(jié)果要用輸出設(shè)備輸出。所以必須由控制器統(tǒng)一指揮，完成程序和數(shù)據(jù)的輸入及結(jié)果的輸出。3．異常情況和特殊請(qǐng)求的處理機(jī)器在運(yùn)行程序過程中，往往可能會(huì)遇到一些異常情況（如電源掉電、運(yùn)算溢出等）或某些特殊請(qǐng)求（如打印機(jī)請(qǐng)求傳送打印字符等）。這些異常和請(qǐng)求往往是事先無法預(yù)測(cè)的，控制器必須具有檢測(cè)和處理這些異常情況和特殊請(qǐng)求的功能。2024/3/416宏觀上每條指令的執(zhí)行過程均是取指、譯碼、執(zhí)行，但每條指令有不同的操作序列，需要在不同時(shí)間產(chǎn)生不同的控制序列，并有嚴(yán)格的時(shí)序要求?？刂破鞅仨毟鶕?jù)不同指令產(chǎn)生不同的控制序列?？刂破髟诠ぷ鲿r(shí)，需要根據(jù)不同的指令、不同的狀態(tài)條件，在不同的時(shí)間，產(chǎn)生不同的控制信號(hào)，控制計(jì)算機(jī)的各部件自動(dòng)、協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作。2024/3/417指令執(zhí)行的一般流程2024/3/4186.1.3控制器的組成2024/3/419指令部件的主要功能是完成取指令和分析指令。⑴程序計(jì)數(shù)器PC（指令計(jì)數(shù)器、指令地址寄存器）PC用于保證程序按規(guī)定的序列正確運(yùn)行，并提供將要執(zhí)行指令的指令地址。由于PC可以指向主存中任一單元的地址，因此它的位數(shù)應(yīng)能表示主存的最大容量并與主存地址寄存器MAR的位數(shù)相同。1．指令部件2024/3/420在CPU中可以單獨(dú)設(shè)置程序計(jì)數(shù)器，也可以指定通用寄存器中的某一個(gè)作為PC使用。程序順序執(zhí)行時(shí)的PC增量可以通過PC本身的計(jì)數(shù)邏輯實(shí)現(xiàn)，也可以由運(yùn)算器的ALU實(shí)現(xiàn)。不同機(jī)器，實(shí)現(xiàn)方法可有所不同。2024/3/421(2)指令寄存器IR指令寄存器用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。當(dāng)指令從主存取出后，經(jīng)MDR傳送到指令寄存器中，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)一條指令執(zhí)行的全部過程的控制。2024/3/422(3)指令譯碼器ID指令譯碼器是指令分析部件，對(duì)指令寄存器中的指令操作碼進(jìn)行譯碼分析，產(chǎn)生相應(yīng)操作的控制電位，提供給微操作控制信號(hào)形成部件。對(duì)尋址方式字段進(jìn)行譯碼分析，以控制操作數(shù)有效地址的形成。(4)地址形成部件根據(jù)機(jī)器所規(guī)定的各種尋址方式，形成操作數(shù)有效地址。在一些微、小型機(jī)中，為簡(jiǎn)化硬件邏輯，通常不設(shè)置專門的地址形成部件，而是借用運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)有效地址的計(jì)算。2024/3/4232．時(shí)序控制部件時(shí)序控制部件：用于產(chǎn)生一系列時(shí)序信號(hào)，為各個(gè)微操作定時(shí)，以保證各個(gè)微操作的執(zhí)行順序。從宏觀(即程序控制)上看，計(jì)算機(jī)的解題過程實(shí)質(zhì)上是指令序列即一條條指令的執(zhí)行過程。從微觀(即指令控制)上看，計(jì)算機(jī)的解題過程是微操作序列即一個(gè)個(gè)(或一組組)微操作的執(zhí)行過程。微操作：機(jī)器最簡(jiǎn)單的基本操作一條指令的執(zhí)行過程可以分解為若干微操作。這些微操作有著嚴(yán)格的時(shí)間順序要求，不可隨意顛倒。2024/3/424(1)脈沖源脈沖源用于產(chǎn)生一定頻率的主時(shí)鐘脈沖。一般采用石英晶體振蕩器作為脈沖源。計(jì)算機(jī)電源一接通，脈沖源立即按規(guī)定頻率給出時(shí)鐘脈沖。(2)啟停電路啟停電路用于控制整個(gè)機(jī)器工作的啟動(dòng)與停止。實(shí)際上是保證可靠地送出或封鎖主時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生與停止。2024/3/425(3)時(shí)序信號(hào)發(fā)生器時(shí)序信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生機(jī)器所需的各種時(shí)序信號(hào)，以便控制有關(guān)部件在不同的時(shí)間完成不同的微操作。不同的機(jī)器，有著不同的時(shí)序信號(hào)。在同步控制的機(jī)器中，一般包括周期、節(jié)拍、脈沖等三級(jí)時(shí)序信號(hào)。2024/3/426微操作控制信號(hào)形成部件：根據(jù)指令部件提供的操作控制電位、時(shí)序部件所提供的各種時(shí)序信號(hào)以及有關(guān)的狀態(tài)條件，產(chǎn)生機(jī)器所需要的各種微操作控制信號(hào)。不同的指令，完成不同的功能，需要不同的微操作控制信號(hào)序列。每條指令都有自己對(duì)應(yīng)的微操作序列?？刂破鞅仨毟鶕?jù)不同的指令，在不同的時(shí)間，產(chǎn)生并發(fā)出不同的微操作控制信號(hào)，控制有關(guān)部件協(xié)調(diào)工作，完成指令所規(guī)定的任務(wù)。3．微操作控制信號(hào)形成部件2024/3/4274．中斷控制邏輯（中斷機(jī)構(gòu)）用于實(shí)現(xiàn)異常情況和特殊請(qǐng)求的處理。2024/3/428程序狀態(tài)寄存器：用于存放程序的工作狀態(tài)(如管態(tài)、目態(tài)等)和指令執(zhí)行的結(jié)果特征(如結(jié)果為零、結(jié)果溢出等)，把它所存放的內(nèi)容稱為程序狀態(tài)字(PSW)。PSW表明了系統(tǒng)的基本狀態(tài)，是控制程序執(zhí)行的重要依據(jù)。不同的機(jī)器，PSW的格式及內(nèi)容不完全相同。5．程序狀態(tài)寄存器PSR2024/3/429例：8086CPU中的PSW的格式CF：進(jìn)位PF：奇偶AF：半進(jìn)位ZF：結(jié)果為0SF：符號(hào)TF：?jiǎn)尾?陷阱)IF：中斷允許DF：地址增/減量OF：溢出1514131211109876543210OFDFIFTFSFZFAFPFCF2024/3/430

控制臺(tái)用于實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的通信聯(lián)系，如啟動(dòng)或停止機(jī)器的運(yùn)行、監(jiān)視程序運(yùn)行過程、對(duì)程序進(jìn)行必要的修改或干預(yù)等。早期有硬件控制臺(tái)，用于設(shè)置地址和指令。現(xiàn)在，在大型機(jī)中有軟件控制臺(tái)。通過控制臺(tái)命令，控制機(jī)器的啟停，干預(yù)機(jī)器的工作。6．控制臺(tái)2024/3/431控制器的組成方式主要是指微操作控制信號(hào)形成部件采用何種組成方式產(chǎn)生微操作控制信號(hào)。根據(jù)產(chǎn)生微操作控制信號(hào)的方式不同，控制器可分為組合邏輯型、存儲(chǔ)邏輯型、組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型三種，它們的根本區(qū)別在于微操作信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法不同，而控制器中的其他部分基本上是大同小異的。6.1.4控制器的組成方式2024/3/4321．組合邏輯型組合邏輯控制器也稱為硬聯(lián)邏輯或硬布線邏輯。組合邏輯控制器是根據(jù)控制要求和狀態(tài)，采用組合邏輯技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。其微操作信號(hào)發(fā)生器是由門電路組成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)：使用最少器件數(shù)和取得最高操作速度。優(yōu)點(diǎn)：速度快。巨型機(jī)和RISC機(jī)為了追求高速度采用組合邏輯控制器。

缺點(diǎn)：微操作信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)不規(guī)整，設(shè)計(jì)、調(diào)試、維修較困難，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化。一旦控制部件構(gòu)成之后，要想增加新的控制功能是不可能的。2024/3/4332．存儲(chǔ)邏輯型存儲(chǔ)邏輯型控制器稱為微程序控制器。它是采用存儲(chǔ)邏輯來實(shí)現(xiàn)的。存儲(chǔ)邏輯型控制器的實(shí)現(xiàn)方法：把微操作信號(hào)代碼化，使每條機(jī)器指令轉(zhuǎn)化成為一段微程序存入控制存儲(chǔ)器中。執(zhí)行指令時(shí)，讀出控存中的微指令，由微指令產(chǎn)生微操作控制信號(hào)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)規(guī)整，調(diào)試、維修便利，更改、擴(kuò)充指令方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：由于增加了一級(jí)控制存儲(chǔ)器，所以指令的執(zhí)行速度比組合邏輯控制器慢。2024/3/4343．組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型控制器稱為PLA控制器。PLA控制器是吸收前兩種的設(shè)計(jì)思想來實(shí)現(xiàn)的。PLA控制器實(shí)際上也是一種組合邏輯控制器，但它的輸出程序可編的，某一微操作控制信號(hào)由PLA的某一輸出函數(shù)產(chǎn)生。PLA控制器是組合邏輯技術(shù)和存儲(chǔ)邏輯技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了兩者的缺點(diǎn)，是一種較有前途的方法。2024/3/435以上幾種控制器的設(shè)計(jì)方法是不同的，但產(chǎn)生的微操作命令的功能是相同的，并且各個(gè)控制條件基本上也是一致的，都是由時(shí)序電路、操作碼譯碼信號(hào)，以及被控部件的反饋信息有機(jī)配合而成的。從功能上看，這幾種控制器只是微操作信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)和原理不同，而外部的輸入條件和輸出結(jié)果幾乎完全相同。2024/3/436微操作信號(hào)發(fā)生器2024/3/437

6.2控制器的控制方式與時(shí)序系統(tǒng)計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過程實(shí)際上是執(zhí)行一系列的微操作的過程。每一條指令都對(duì)應(yīng)著一個(gè)微操作序列，這些微操作中有些可以同時(shí)執(zhí)行，有些則必須按嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系執(zhí)行?？刂破鞯目刂品绞叫杞鉀Q的問題：如何在時(shí)間上對(duì)各種微操作信號(hào)加以控制。2024/3/4386.2.1控制方式常用的控制方式有同步控制、異步控制和聯(lián)合控制。1．同步控制方式任何指令的運(yùn)行或指令中各個(gè)微操作的執(zhí)行，均由確定的具有統(tǒng)一基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)的時(shí)序信號(hào)所控制。即所有的操作均由統(tǒng)一的時(shí)鐘控制，在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間內(nèi)完成。在同步控制方式下，每個(gè)時(shí)序信號(hào)的結(jié)束就意味著安排完成的工作已經(jīng)完成，隨即開始執(zhí)行后續(xù)的微操作或自動(dòng)轉(zhuǎn)向下條指令的運(yùn)行。2024/3/439典型的同步控制方式：以微操作序列最長(zhǎng)的指令和執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的微操作為標(biāo)準(zhǔn)，把一條指令執(zhí)行過程劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的階段（稱為周期）或若干個(gè)時(shí)間區(qū)間（稱為節(jié)拍），采用完全統(tǒng)一的周期（或節(jié)拍）控制各條指令的執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，控制方便缺點(diǎn)：浪費(fèi)時(shí)間。因?yàn)閷?duì)比較簡(jiǎn)單的指令，將有很多節(jié)拍是不用的，處于等待。所以，在實(shí)際應(yīng)用中都不采用這種典型的同步控制方式，而是采用某些折衷的方案。2024/3/440(1)采用中央控制與局部控制相結(jié)合的方法中央控制：統(tǒng)一節(jié)拍的控制根據(jù)大多數(shù)指令的微操作序列的情況，設(shè)置一個(gè)統(tǒng)一的節(jié)拍數(shù)，使之大多數(shù)指令均能在統(tǒng)一的節(jié)拍內(nèi)完成。局部控制：在延長(zhǎng)節(jié)拍內(nèi)的控制對(duì)于少數(shù)在統(tǒng)一節(jié)拍內(nèi)不能完成的指令，采用延長(zhǎng)節(jié)拍或增加節(jié)拍數(shù)，使之在延長(zhǎng)節(jié)拍內(nèi)完成，執(zhí)行完畢再返回中央控制。2024/3/441例：設(shè)某計(jì)算機(jī)的指令通常用8個(gè)節(jié)拍完成，即有8個(gè)中央節(jié)拍W7～W0，當(dāng)某指令在8個(gè)節(jié)拍中不能完成時(shí)，就插入若干局部節(jié)拍W6*，經(jīng)過若干局部節(jié)拍W6*后，再返回中央節(jié)拍W7。2024/3/442(2)采用不同的機(jī)器周期和延長(zhǎng)節(jié)拍的方法把一條指令執(zhí)行過程劃分為若干機(jī)器周期，如取指、取數(shù)、執(zhí)行等周期。根據(jù)所執(zhí)行指令的不同需要，選取不同的機(jī)器周期數(shù)。在節(jié)拍安排上，每個(gè)周期劃分為固定的節(jié)拍，每個(gè)節(jié)拍都可根據(jù)需要延長(zhǎng)一個(gè)節(jié)拍。這種方法可以解決執(zhí)行不同的指令所需時(shí)間不統(tǒng)一問題。在Inter8088的指令執(zhí)行過程中有讀寫周期、內(nèi)部周期等，其中讀寫周期為4個(gè)節(jié)拍，但可以延長(zhǎng)若干個(gè)節(jié)拍。2024/3/443(3)采用分散節(jié)拍的方法分散節(jié)拍：運(yùn)行不同指令時(shí)，需要多少節(jié)拍，時(shí)序部件就發(fā)生多少節(jié)拍。這種方法可完全避免節(jié)拍輪空，是提高指令運(yùn)行速度的有效方法，但這種方法使時(shí)序部件復(fù)雜化。同時(shí)還不能解決節(jié)拍內(nèi)那些簡(jiǎn)單的微操作因等待所浪費(fèi)的時(shí)間。2024/3/4442．異步控制方式?jīng)]有統(tǒng)一的同步信號(hào)，采用問答方式進(jìn)行時(shí)序協(xié)調(diào)，將前一操作的回答信號(hào)作為下一操作的啟動(dòng)信號(hào)。異步控制方式不僅要區(qū)分不同指令對(duì)應(yīng)的微操作序列的長(zhǎng)短，而且要區(qū)分其中每個(gè)微操作的繁簡(jiǎn)，每條指令、每個(gè)微操作需要多少時(shí)間就占用多少時(shí)間。這種方式不再有統(tǒng)—的周期、節(jié)拍，各個(gè)操作之間采用應(yīng)答方式銜接，前一操作完成后給出回答信號(hào)，啟動(dòng)下一個(gè)操作。2024/3/445這種方式可根據(jù)每條指令的操作的實(shí)際需要而分配時(shí)間，所以沒有時(shí)間上的浪費(fèi)，效率高。但設(shè)計(jì)復(fù)雜且費(fèi)設(shè)備。2024/3/4463．聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制是將同步控制和異步控制相結(jié)合。聯(lián)合控制方式的設(shè)計(jì)思想：在功能部件內(nèi)部采用同步方式或以同步方式為主的控制方式；在功能部件之間采用異步方式。通常對(duì)可以統(tǒng)一的微操作采用同步控制，對(duì)難以統(tǒng)一的微操作采用異步控制。2024/3/447例如，在微、小型機(jī)中，CPU內(nèi)部基本時(shí)序采用同步控制方式，當(dāng)CPU通過總線與主存或其它外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)入異步控制。當(dāng)CPU訪問外設(shè)時(shí)，只需給出起始信號(hào)，主存或外部設(shè)備即按自己的時(shí)序信號(hào)去安排操作，一旦操作結(jié)束，則向CPU發(fā)結(jié)束信號(hào)，以便CPU再安排它的后繼工作。2024/3/448同步與異步時(shí)序的銜接關(guān)系當(dāng)CPU要訪主存時(shí)，在發(fā)讀信號(hào)READ同時(shí)發(fā)“等待”信號(hào)，等待信號(hào)使時(shí)序由同步轉(zhuǎn)入異步操作并凍結(jié)同步時(shí)序，使節(jié)拍間的相位關(guān)系不再發(fā)生變化，直到存儲(chǔ)器按自己速度操作結(jié)束，并向CPU發(fā)回答信號(hào)MOC才解除對(duì)同步時(shí)序的凍結(jié)，機(jī)器回到同步時(shí)序按原時(shí)序關(guān)系繼續(xù)運(yùn)行。2024/3/4492024/3/450實(shí)際上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中幾乎沒有完全采用同步或完全采用異步的控制方式，大多數(shù)都采用聯(lián)合控制方式。2024/3/4516.2.2時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng)是控制器的心臟，由它為指令的執(zhí)行提供各種定時(shí)信號(hào)。通常，設(shè)計(jì)時(shí)序系統(tǒng)主要是針對(duì)同步控制方式的。1．指令周期與機(jī)器周期指令周期：從取指令、分析指令到執(zhí)行完一條指令所需的全部時(shí)間。由于各種指令的操作功能不同，繁簡(jiǎn)程度不同，因此各種指令的指令周期也不盡相同。2024/3/452機(jī)器周期（CPU周期）：指令周期中的某一工作階段所需的時(shí)間。在指令執(zhí)行過程中，各機(jī)器周期相對(duì)獨(dú)立。一條指令的指令周期由若干個(gè)機(jī)器周期所組成，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。所以機(jī)器周期也稱為基本周期。一般機(jī)器的CPU周期有取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期，中斷周期等。2024/3/453每個(gè)機(jī)器周期設(shè)置一個(gè)周期狀態(tài)觸發(fā)器與之對(duì)應(yīng)，機(jī)器運(yùn)行于哪個(gè)周期，與其對(duì)應(yīng)的周期狀態(tài)觸發(fā)器被置為“1”。顯然，機(jī)器運(yùn)行的任何時(shí)刻都只能建立一個(gè)周期狀態(tài)，因此同一時(shí)刻只能有一個(gè)周期狀態(tài)觸發(fā)器被置為“1”。不同工作周期所占的時(shí)間可以不等。由于CPU內(nèi)部操作速度快，而CPU訪存所花時(shí)間較長(zhǎng)，所以許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)往往以主存周期為基礎(chǔ)來規(guī)定CPU周期，以便二者工作協(xié)調(diào)配合。2024/3/454把一個(gè)機(jī)器周期等分成若干個(gè)時(shí)間區(qū)間，每一時(shí)間區(qū)間稱為一個(gè)節(jié)拍。一個(gè)節(jié)拍對(duì)應(yīng)一個(gè)電位信號(hào)，控制一個(gè)或幾個(gè)微操作的執(zhí)行。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作，這些微操作不但需要占用一定的時(shí)間，而且有一定的先后次序。因此，在同步控制方式中，基本的控制方法就是把一個(gè)機(jī)器周期等分成若干個(gè)節(jié)拍，每一個(gè)節(jié)拍完成一步基本操作，如一次傳送、一次加減運(yùn)算等。一個(gè)節(jié)拍電位信號(hào)的寬度取決于CPU完成一個(gè)基本操作的時(shí)間。2．節(jié)拍2024/3/455

節(jié)拍提供了一項(xiàng)基本操作所需的時(shí)間分段，但有的操作如打入寄存器，還需嚴(yán)格的定時(shí)脈沖，以確定在哪一時(shí)刻打入。節(jié)拍的切換，也需要嚴(yán)格的同步定時(shí)。所以在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)，有時(shí)還需要設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖，用于寄存器的復(fù)位和接收數(shù)據(jù)等。脈沖：一個(gè)節(jié)拍內(nèi)設(shè)置的一個(gè)或幾個(gè)工作脈沖。3.脈沖（定時(shí)脈沖）2024/3/456常見的設(shè)計(jì)是在每個(gè)節(jié)拍的末尾發(fā)一次工作脈沖，脈沖前沿可用來打入運(yùn)算結(jié)果（或傳送），脈沖后沿則實(shí)現(xiàn)周期的切換。也有的計(jì)算機(jī)，在一個(gè)節(jié)拍中先后發(fā)出幾個(gè)工作脈沖，有的脈沖位于節(jié)拍前端，可用作清除脈沖；有的脈沖位于中部，用作控制外圍設(shè)備的輸入/輸出脈沖；有的脈沖位于尾部，前沿用作CPU內(nèi)部的打入，后沿實(shí)現(xiàn)周期切換。2024/3/457周期、節(jié)拍、脈沖構(gòu)成了三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)，它們之間關(guān)系如下圖所示。圖中包括兩個(gè)機(jī)器周期M1、M2，每個(gè)周期包含四個(gè)節(jié)拍W0～W3，每個(gè)節(jié)拍內(nèi)有一個(gè)脈沖P。2024/3/458微型機(jī)中常用的時(shí)序系統(tǒng)與上述三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)有所不同，稱之為時(shí)鐘周期時(shí)序系統(tǒng)。下圖所示的是一典型指令的基本時(shí)序，一個(gè)指令周期包含三個(gè)機(jī)器周期：取指周期、存儲(chǔ)器讀周期和存儲(chǔ)器寫周期，三個(gè)周期中分別包含4個(gè)、3個(gè)、3個(gè)時(shí)鐘周期。2024/3/459理清幾個(gè)概念外頻：超頻超的就是這個(gè)，主板上石英晶體振蕩器，基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率內(nèi)存頻率：依賴于外頻，DDR，DDR2前端總線FSB：CPU與北橋之間的傳輸速度，QDR（QuadDateRate）技術(shù)（4倍并發(fā)）雙通道內(nèi)存：在北橋芯片有兩個(gè)內(nèi)存控制器主頻：外頻*倍頻倍頻：一般主板鎖定南橋芯片和北橋芯片：前者接口，如聲卡等；后者內(nèi)存、顯卡等2024/3/4606.3CPU的總體結(jié)構(gòu)CPU即中央處理器，它包含運(yùn)算器和控制器兩個(gè)部分。其功能為：⑴程序控制：標(biāo)準(zhǔn)程序按所要求的次序正確執(zhí)行。⑵操作控制：管理何產(chǎn)生每條指令所需的操作信號(hào)，送往有關(guān)部件，控制完成指令規(guī)定的操作。⑶時(shí)序控制：對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的定時(shí)，使計(jì)算機(jī)有條不紊地工作。⑷數(shù)據(jù)加工：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算邏運(yùn)算處理。2024/3/461CPU結(jié)構(gòu)模型示意圖2024/3/462

6.3.1寄存器的設(shè)置不同計(jì)算機(jī)的CPU結(jié)構(gòu)存在差別，但在CPU中一般都設(shè)置下列寄存器：(1)指令寄存器IR(2)程序計(jì)數(shù)器PC(3)累加寄存器AC(4)程序狀態(tài)寄存器PSR(5)地址寄存器MAR(6)數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDR(或MBR)2024/3/463其中⑵、⑶、⑷是用戶可用的，⑴、⑸、⑹是用戶不可用的。CPU中還常設(shè)置一些程序不能直接訪問、用于暫存操作數(shù)據(jù)或中間結(jié)果的寄存器，稱為暫存器。2024/3/464通用寄存器通用寄存器：一組程序可訪問的、具有多種功能的寄存器。在指令系統(tǒng)中，為通用寄存器分配了編號(hào)（寄存器地址），可以編程指定使用其中的某個(gè)寄存器。通用寄存器自身的邏輯往往很簡(jiǎn)單并且比較統(tǒng)一，甚至是快速的小規(guī)模存儲(chǔ)器的一些單元，但通過編程與運(yùn)算器配合，可指定其實(shí)現(xiàn)多種功能，如提供操作數(shù)、保存中間結(jié)果（即作累加器用），或用作地址指針、基址寄存器、變址寄存器、計(jì)數(shù)器等。2024/3/4656.3.2數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及指令流程分析數(shù)據(jù)通路：信息傳送的基本路徑。CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)通路通常是指運(yùn)算器與寄存器之間的信息傳輸通道。數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)直接影響著CPU內(nèi)各種信息的傳送路徑。數(shù)據(jù)通路不同，指令執(zhí)行過程的微操作序列的安排也不同，它將直接影響到微操作信號(hào)形成部件的設(shè)計(jì)。2024/3/466

1．單總線結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部采用單總線IBUS將寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件連接起來。CPU、主存、I/O設(shè)備也通過一組單總線（系統(tǒng)總線）連接起來。在單總線結(jié)構(gòu)中，CPU內(nèi)部的任何兩個(gè)部件間的數(shù)據(jù)傳送都必須經(jīng)過單總線IBUS，因此單總線結(jié)構(gòu)的控制比較簡(jiǎn)單，但傳送速度受到限制。在一些微、小型機(jī)中常采用這種結(jié)構(gòu)。2024/3/467單總線結(jié)構(gòu)的CPU2024/3/4682.

雙總線結(jié)構(gòu)CPU內(nèi)部通過B總線（接收總線）和F總線（發(fā)送總線），將寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件連接起來。各寄存器可通過控制門，建立寄存器與總線之間的聯(lián)系。CPU通過地址總線ABUS和數(shù)據(jù)總線DBUS與主存、I/O設(shè)備連接。CFU內(nèi)部把CPU內(nèi)的各寄存器和ALU連接起來。CPU通過地址總線ABUS和數(shù)據(jù)總線DBUS與主存相連。2024/3/469雙總線結(jié)構(gòu)的CPU2024/3/4703.指令流程分析指令流程：指令的操作過程。對(duì)指令流程的影響因素：指令功能、尋址方式、數(shù)據(jù)通路、ALU的功能、指令執(zhí)行的基本步驟等。2024/3/471①指令功能功能不同，操作數(shù)的數(shù)量不同，指令流程不同。②尋址方式不同，尋找操作數(shù)的過程不同。③數(shù)據(jù)通路不同，傳送數(shù)據(jù)時(shí)的控制過程不同。④ALU的功能不同，指令的執(zhí)行步驟不同。⑤不同的指令，執(zhí)行時(shí)的基本步驟不同。如訪存指令，需要訪問存儲(chǔ)器；R—R型指令不需要訪存。2024/3/472例6.1分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中，指令

ADD(R1)，R0

的指令流程。設(shè)第一操作數(shù)地址為源，第二操作數(shù)地址為目的。解：指令功能：((R1))＋(R0)→R0＋12024/3/473指令流程如下：(1)(PC)→MAR，Read，(PC)＋1→Z

；送指令地址，讀主存(2)(Z)→PC；PC＋1→PC(3)M→MDR→IR；取指令到IR(4)(R1)→MAR，Read；送源操作數(shù)地址(5)M→MDR→Y；取出源操作數(shù)到Y(jié)中(6)(Y)＋(R0)→Z；執(zhí)行加法運(yùn)算，結(jié)果暫存Z(7)(Z)→R0；加法結(jié)果送回目標(biāo)寄存器2024/3/474例：分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中，轉(zhuǎn)移指令JCD的指令流程。解：指令功能：IFC＝1THEN(PC)＋D→PC指令流程如下：(1)(PC)→MAR，Read，(PC)＋1→Z

；送指令地址，讀主存(2)(Z)→PC；PC＋1→PC(3)M→MDR→IR；取指令到IR(4)IFC＝1(PC)→Y；送當(dāng)前指令地址(5)(Y)＋I(xiàn)R(D部分)→Z；計(jì)算轉(zhuǎn)移地址(6)(Z)→PC

；下條指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移操作碼D2024/3/475根據(jù)指令流程還需要作進(jìn)一步的控制信息分析例：分析單總線結(jié)構(gòu)的CPU中指令A(yù)DDX(R1),(R2)+

的指令流程和控制信號(hào)序列。指令格式為兩字節(jié)指令，第二字節(jié)為變址值X。源操作數(shù)采用變址尋址，目的操作數(shù)采用自增型變址尋址。指令功能：(X＋(R1))＋((R2))→(R2),(R2)＋1→R2操作碼X控制信息分析2024/3/476IDIRPCR0R1MARMDRTEMPYZIRoutIRinPCoutPCinR0outR0inR1outR1inMARinMARoutMDRinTEMPoutTEMPinYin0→YZoutADDSUB1→CinZin主存ReadWrite…2024/3/477指令流程控制信號(hào)流程操作功能(1)(PC)→MAR，Read，

(PC)＋1→ZPCout，MARin，Read，0→Y，1→Cin，ADD，Zin讀指令操作碼(2)(Z)→PCZout，PCinPC＋1→PC(3)(M→MDR)(MDR)→IRMDRout，IRin(4)(PC)→MAR，Read，

(PC)＋1→ZPCout，MARin，Read，0→Y，1→Cin，ADD，Zin讀變址值X，寫入暫存器YPC＋1→PC(5)(Z)→PCZout，PCin(6)(MDR)→YMDRout，Yin(7)(Y)+(R1)→ZR1out，ADD，Zin計(jì)算源操作數(shù)變址值(8)(Z)→MAR，ReadZout，MARin，Read讀源操作數(shù)2024/3/478(9)(MDR)→TEMPMDRout，TEMPin源操作數(shù)送臨時(shí)寄存器(10)(R2)→MAR，Raad，（R2)+1→ZR2out，MARin，Raed，0→Y，1→Cin，ADD，Zin讀目的操作數(shù)，R2自增送Z(11)(Z)→R2Zout，R2in(R2)+1→R2(12)MDR→YMDRout，Yin目的操作數(shù)送Y(13)(Y)+(TEMP)→ZTEMPout，ADD，Zin兩操作數(shù)相加(14)(Z)→MDR，WriteZout，MDRin，Write按現(xiàn)行地址寫回結(jié)果2024/3/479例6.2分析雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中執(zhí)行加法指令：ADDR0，(R1)的操作流程和控制信號(hào)序列。

ALU的功能有：

F＝A＋B（ADD）,F＝A－B（SUB）,

F＝A＋1（INC），F(xiàn)＝A－1（DEC），F(xiàn)＝A指令功能：(R0)＋((R1))→R0

分析：在執(zhí)行本條加法指令時(shí)，從取指令到產(chǎn)生結(jié)果，共需訪問存儲(chǔ)器2次，第1次讀取指令，第2次讀取源操作數(shù)。2024/3/480操作流程和控制信號(hào)序列

2024/3/481例6.3分析雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中，指令

SUBX(R1),(R2)+的指令流程和控制信號(hào)。ALU的功能有：F＝A＋B（ADD）,F＝A－B（SUB）,

F＝A＋1（INC），F(xiàn)＝A－1（DEC），F(xiàn)＝A指令格式為兩字節(jié)指令，第二字節(jié)為變址值X。源操作數(shù)的有效地址：E1＝X＋(R1)目的操作數(shù)的有效地址：E2＝(R2)，(R2)＋1→R2。指令功能：(E2)－(E1)→E2可通過總線連接器G將總線B的信息直接傳到F總線。其控制信號(hào)為Gon。操作碼X2024/3/4822024/3/483（1）～（3）為取指令階段，（4）～（6）是取變址值X的流程，（7）～（8）計(jì)算形式地址，取出源操作數(shù)（9）～（11）為取目的數(shù)階段（12）～（13）進(jìn)入指令的執(zhí)行階段。整個(gè)指令流程執(zhí)行結(jié)束后，共訪問存儲(chǔ)器5次。如果雙總線結(jié)構(gòu)的CPU中沒有總線連接器G，則ALU需要增加功能：F＝B在控制信號(hào)流程中，可以將Gon信號(hào)改為F＝B。2024/3/484例：在雙總線結(jié)構(gòu)的機(jī)器中，分析轉(zhuǎn)子指令：JSRX的執(zhí)行過程。設(shè)機(jī)器中沒有總線連接器，ALU的功能為：

F＝A＋B，F(xiàn)＝A－B，F(xiàn)＝A＋1，F(xiàn)＝A－1，

F＝A，F(xiàn)＝BJSR為雙字節(jié)指令，X為子程序入口地址，在第二字節(jié)。轉(zhuǎn)子指令的功能：將斷點(diǎn)地址保存到堆棧中，將X送入PC，實(shí)現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移。JSRX2024/3/485指令流程控制信號(hào)流程操作功能(1)(PC)→MAR，Read，(PC)→YPC→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→MAR，Read，F(xiàn)→Y讀指令操作碼(2)(Y)＋1→PCF＝A＋1，F(xiàn)→PCPC＋1→PC(3)(MDR)→IRMDR→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→IR(4)(PC)→MAR，Read，(PC)→YPC→B，F(xiàn)＝B

，F(xiàn)→MAR，Read，F(xiàn)→Y讀X，寫入暫存器(5)(Y)＋1→PCF＝A＋1，F(xiàn)→PCTEMP(6)(MDR)→TEMPMDR→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→TEMPPC＋1→PC(7)(SP)→YSP→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→Y(8)(Y)－1→SPF＝A－1，F(xiàn)→SP，F(xiàn)→MARSP－1→SP(9)(PC)→MEM，WritePC→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→MDR，Write斷點(diǎn)壓入堆棧(10）TEMP→PCTEMP→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→PCX→PC，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移2024/3/486上題中，如果ALU的功能增加為

F＝A＋B，F(xiàn)＝A－B，

F＝A＋1，F(xiàn)＝A－1，

F＝B＋1，F(xiàn)＝B－1，

F＝A，F(xiàn)＝B則控制序列可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。指令執(zhí)行過程與指令功能、尋址方式、數(shù)據(jù)通路、ALU功能等緊密相關(guān)。2024/3/487指令流程控制信號(hào)流程操作功能(1)(PC)→MAR，Read，PC→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→MAR，Read讀指令操作碼(2)(PC)＋1→PCPC→B，F(xiàn)＝B＋1，F(xiàn)→PCPC＋1→PC(3)(MDR)→IRMDR→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→IR(4)(PC)→MAR，Read，(PC)→YPC→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→MAR，Read，F(xiàn)→Y讀X，寫入暫存器Y(5)(PC)＋1→PCPC→B，F(xiàn)＝B＋1，F(xiàn)→PC(6)(MDR)→YMDR→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→YPC＋1→PC(7)(SP)－1→SPSP→B，F(xiàn)＝B－1，F(xiàn)→SP，F(xiàn)→MARSP－1→SP(8)(PC)→MEM，WritePC→B，F(xiàn)＝B，F(xiàn)→MDR，Write斷點(diǎn)壓入堆棧(9）Y→PCF＝A，F(xiàn)→PCX→PC，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移2024/3/488某計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器為三總線（B1、B2、B3）結(jié)構(gòu)，B1和B3通過控制信號(hào)G連通。算術(shù)邏輯部件ALU具有ADD、SUB、AND、OR、XOR等5種運(yùn)算功能，其中SUB運(yùn)算時(shí)ALU輸入端為B1－B2模式，移位器SH可進(jìn)行直送（DM）、左移一位（SL）、右移一位（SR）3種操作。通用寄存器R0、R1、R2都有輸入輸出控制信號(hào)，用于控制寄存器的接收與發(fā)送。2024/3/489試分別寫出實(shí)現(xiàn)下列功能所需的操作序列。（1）4(R0)＋(R1)→R1（2）[(R2)－(R1)]／2→R1（3）(R0)→R2解：（1）①

4（R0）→（R0）+（R0）結(jié)果左移一位→

R0

②（R0）+（R1）→

R1

（2）（R2）-（R1）→結(jié)果右移一位→

R1

（3）直送2024/3/4906.4模型機(jī)的總體結(jié)構(gòu)以模型機(jī)為例，進(jìn)一步了解控制器的控制原理和設(shè)計(jì)方法，建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)。2024/3/4912024/3/4926.4.1模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路1.字長(zhǎng)：16位2.總線結(jié)構(gòu)：①內(nèi)部總線：雙總線結(jié)構(gòu)BUS1：輸入總線，BUS2：輸出總線○：輸出控制門信號(hào)，如MDR→BUS1CP：輸入控制信號(hào)，如CPY②系統(tǒng)總線：地址總線：ABUS，數(shù)據(jù)總線：DBUSI/O與主存共享總線，用MREQ控制訪存；用IOREQ控制訪問I/O，R/W=1，讀，R/W=0，寫2024/3/4933.寄存器程序可用寄存器內(nèi)部寄存器編號(hào)寄存器名寄存器名000R0MAR001R1MDR010R2IR011R3TEMP100SPY111PC2024/3/4944.ALU的功能由SN74181構(gòu)成，在控制信號(hào)S3～S0及M、C0的控制下，可完成16種邏輯運(yùn)算和16種算術(shù)運(yùn)算。M＝0：算術(shù)運(yùn)算M＝1：邏輯運(yùn)算2024/3/4955.狀態(tài)標(biāo)志用于記錄運(yùn)算結(jié)果特征，可作為轉(zhuǎn)移判斷條件Cc：進(jìn)位標(biāo)志，打入脈沖：CPCcCz：為零標(biāo)志，打入脈沖：CPCz6.移位器采用斜送方式實(shí)現(xiàn)移位傳遞，直送方式實(shí)現(xiàn)直接傳遞。移位控制信號(hào)DM直送SL左移一位SR右移一位EX字節(jié)交換≥1FnAn＋1SLAn－1AnDMSR2024/3/4967.模型機(jī)的編址主存按字編址，容量64K字，字長(zhǎng)16位，

16位地址可尋址64K。2024/3/4976.4.2模型機(jī)的指令系統(tǒng)1.指令格式⑴雙操作數(shù)指令包括：MOV、ADD、SUB、AND、OR、EOR150OP尋址方式RS尋址方式RD4位3位3位3位3位源地址ES目的地址ED2024/3/498包括：INC、COM、ROL、ROR150OP000備用尋址方式RD4位指令特征3位3位3位目的地址ED⑵

單操作數(shù)指令2024/3/499轉(zhuǎn)移指令采用相對(duì)尋址：轉(zhuǎn)移地址＝(PC)＋DD采用補(bǔ)碼，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)，需進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展包括：JMP（無條件轉(zhuǎn)移）、JC（C＝1轉(zhuǎn)移)、JZ(Z＝1轉(zhuǎn)移)、JSR(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)子指令JSR的操作：(SP)-1→SP、MAR，(PC)→MDR，Write((MDR)→存儲(chǔ)器)(PC)＋D→PC150OP位移量D4位12位⑶

轉(zhuǎn)移指令PC→(SP)2024/3/4100⑷返回與停機(jī)指令返回與停機(jī)指令均為零地址指令OP000未用000未用特征特征2024/3/4101子程序RTS

返回指令的功能是：從子程序返回主程序返回指令RTS的操作：

(SP)→MAR，ReadM→MDR→PC(SP)＋l→SPHALT

停機(jī)指令的功能是：0→RUN，將時(shí)鐘信號(hào)截?cái)唷?SP)→PC2024/3/41022.指令系統(tǒng)為了簡(jiǎn)單起見，模型機(jī)的指令系統(tǒng)中只有16條指令，包括了傳送指令、算邏指令、轉(zhuǎn)移指令、轉(zhuǎn)子與返回指令和停機(jī)指令等五類指令。2024/3/41032024/3/41043.尋址方式方式編碼表示方式有效地址寄存器尋址000Rn無需訪存寄存器間址001@Rn或(Rn)E＝(Rn)自增型寄存器間址010(Rn)＋E＝(Rn)，然后(Rn)＋1→Rn自減型寄存器間址011－(Rn)E＝(Rn)－1，并且(Rn)－1→Rn變址尋址100X(Rn)E＝X＋(Rn)除自減型寄存器間址不能使用PC外，其余尋址方式均可以使用所有可編程寄存器。2024/3/4105在自增型寄存器間址中若Rn＝SP，則(SP)＋為堆棧中的彈出數(shù)據(jù)操作。若Rn＝PC，則為立即尋址，立即數(shù)保存在該指令的下一單元中。注意：如果目的操作數(shù)采用立即尋址，則有可能使指令數(shù)據(jù)不安全。自減型寄存器間址中若Rn＝SP，則－(SP)

為堆棧中的壓入數(shù)據(jù)操作。K操作碼K＋1X2024/3/4106變址尋址的指令為雙字，取指后需兩次訪存才能得到操作數(shù)。取指令操作碼后(PC)→MAR，Read；送X的地址，讀X(PC)＋1→PC；PC增量M→MDR→Y；取X值到Y(jié)(Y)＋(Rn)→MAR，Read；形成有效地址，讀操作數(shù)變址尋址中，若Rn＝PC，則為相對(duì)尋址。K操作碼K＋1X2024/3/41076.4.3模型機(jī)的時(shí)序系統(tǒng)模型機(jī)采用同步控制方式、三級(jí)時(shí)序邏輯系統(tǒng)，即利用周期、節(jié)拍、脈沖構(gòu)成控制時(shí)序。1.模型機(jī)的機(jī)器周期

每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以完成一次主存的讀/寫操作。模型機(jī)設(shè)置六種機(jī)器周期取指周期FT：完成取指、分析、(PC)＋1→PC取源周期ST：執(zhí)行雙操作數(shù)指令時(shí)，完成源操

作數(shù)的尋址，取源操作數(shù)。

（寄存器尋址時(shí)不用）2024/3/4108取目的周期DT：完成目的操作數(shù)的尋址，取

目的操作數(shù)。執(zhí)行周期ET：完成指令操作，并保存結(jié)果。中斷周期IT：處理中斷請(qǐng)求DMA周期DMAT：實(shí)現(xiàn)DMA傳送。本章暫不討論2024/3/4109CPU中任何時(shí)候都只能有一個(gè)周期存在，可以用六個(gè)狀態(tài)標(biāo)志表示CPU當(dāng)前進(jìn)入了哪一個(gè)周期?？捎昧鶄€(gè)觸發(fā)器表示六種不同的周期狀態(tài)。TEND?P為各觸發(fā)器的打入脈沖，表示在每個(gè)機(jī)器周期的最后一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，發(fā)出打入脈沖。2024/3/41102.模型機(jī)的節(jié)拍與時(shí)序

節(jié)拍用于在一個(gè)周期中產(chǎn)生不同的微操作信號(hào)。每個(gè)周期中設(shè)置四個(gè)節(jié)拍T0、T1、T2、T3。為節(jié)省節(jié)拍，在取目的周期DT和執(zhí)行周期ET中安排兩種節(jié)拍產(chǎn)生方式。根據(jù)微操作的需要，可選擇兩個(gè)節(jié)拍，也可選擇四個(gè)節(jié)拍。2024/3/4111節(jié)拍由節(jié)拍發(fā)生器產(chǎn)生，用兩位T型觸發(fā)器C1、C2構(gòu)成模4計(jì)數(shù)器，經(jīng)譯碼產(chǎn)生四個(gè)節(jié)拍電位T0、T1、T2、T3。觸發(fā)器C1的T端固定接高電位，每來一個(gè)脈沖計(jì)一次數(shù)。觸發(fā)器C2的T端受或門的輸出控制。2024/3/41122024/3/4113通過分析指令流程可知：當(dāng)現(xiàn)行指令的目標(biāo)尋址為非變址尋址時(shí)，在DT中不進(jìn)入T2拍，只需T0、T1兩個(gè)節(jié)拍。單操作數(shù)指令、MOV指令、雙操作數(shù)指令的目標(biāo)尋址為寄存器尋址(DR＝1)以及轉(zhuǎn)移類指令、停機(jī)指令在執(zhí)行周期ET中只需兩個(gè)節(jié)拍，不需進(jìn)入T2。上述情況應(yīng)封鎖C2計(jì)數(shù)。上圖中觸發(fā)器C1的T端固定接高電位，每來一個(gè)脈沖計(jì)一次數(shù)。觸發(fā)器C2的T端受或門的輸出控制，或門用于控制發(fā)出的節(jié)拍數(shù)。2024/3/41143.脈沖模型機(jī)在每個(gè)節(jié)拍內(nèi)設(shè)置一個(gè)工作脈沖。如CPIR、CPPC等均為脈沖信號(hào)。脈沖的作用：⑴用于寄存器接收代碼。如各寄存器的CP脈沖。⑵用于周期、節(jié)拍的轉(zhuǎn)換。脈沖的前沿用于寄存器接收數(shù)據(jù)。脈沖的后沿用于周期、節(jié)拍的轉(zhuǎn)換。2024/3/4115模型機(jī)的三級(jí)時(shí)序關(guān)系

2024/3/4116PC→BUS1CPPCBUSiBUS1BUS2PCiDCPCPMARBUSiMARiDCPALUA移位器DMiS3～S0M例：(PC)→MAR所需信號(hào)①PC→BUS1=1②S3S2S1S0M=11111③DM=1④CPMAR①②③是電位信號(hào)，需在一個(gè)節(jié)拍內(nèi)有效；

④是脈沖信號(hào)，其前沿將數(shù)據(jù)打入，后沿變換節(jié)拍。節(jié)拍脈沖2024/3/41176.5組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)用組合邏輯方法設(shè)計(jì)控制器的微操作控制信號(hào)形成部件，需要根據(jù)每條指令的要求，讓節(jié)拍電位和脈沖有步驟地去控制機(jī)器的有關(guān)部件，一步一步地依次執(zhí)行指令所規(guī)定的微操作序列，從而在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一條指令所規(guī)定的全部操作功能。2024/3/41186.5.1組合邏輯控制器的設(shè)計(jì)步驟在設(shè)計(jì)控制器之前，需由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)好機(jī)器的指令系統(tǒng)、數(shù)據(jù)表示、時(shí)序系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行控制器的硬件線路設(shè)計(jì)。組合邏輯控制器設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)步驟：1.分析指令的執(zhí)行步驟，繪制指令操作流程圖分析指令操作流程的目的是確定指令執(zhí)行的具體步驟，決定各步所需的控制命令。2024/3/4119指令操作流程圖：根據(jù)機(jī)器指令的結(jié)構(gòu)格式、數(shù)據(jù)表示方式及各種運(yùn)算的算法，把每條指令的執(zhí)行過程分解成若干功能部件能實(shí)現(xiàn)的基本微操作，并以圖的形式排列成有先后次序、相互銜接配合的流程。指令流程圖可以比較形象、直觀地表明一條指令的執(zhí)行步驟和基本過程。2024/3/4120繪制指令流程圖的兩種思路。①

以指令為線索，按指令類型分別繪制各條指令的流程。這種方法對(duì)一條指令的全過程有清晰的線索，易于理解。②

以周期為線索，按機(jī)器周期擬定各類指令在本周期內(nèi)的操作流程，再以操作時(shí)間表形式列出各個(gè)節(jié)拍內(nèi)所需的控制信號(hào)及它們的條件。這種方法便于微操作控制信號(hào)的綜合、化簡(jiǎn)，容易取得優(yōu)化結(jié)果。為理解控制器設(shè)計(jì)方法，模型機(jī)設(shè)計(jì)基本采用了后一種方法。2024/3/4121指令操作時(shí)間表：把指令流程圖中的各個(gè)微操作具體落實(shí)到各個(gè)機(jī)器周期的相應(yīng)節(jié)拍和脈沖中去，并以微操作控制信號(hào)的形式編排成一張表。指令操作時(shí)間表用于形象地表明控制器應(yīng)該在什么時(shí)間，根據(jù)什么條件發(fā)出哪些微操作控制信號(hào)。指令操作時(shí)間表是指令流程圖的進(jìn)一步具體化。2.編排指令操作時(shí)間表3.進(jìn)行微操作綜合對(duì)操作時(shí)間表中各個(gè)微操作控制信號(hào)分別按其條件進(jìn)行歸納、綜合，列出其綜合的邏輯表達(dá)式，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整、化簡(jiǎn)，得到比較合理的邏輯表達(dá)式。2024/3/41224.設(shè)計(jì)微操作控制信號(hào)形成部件根據(jù)各個(gè)微操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式，用硬件邏輯電路加以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)方法：①根據(jù)邏輯表達(dá)式畫出邏輯電路圖，用組合邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)②直接根據(jù)邏輯表達(dá)式用PLD器件如PLA、PAL、GAL等實(shí)現(xiàn)。2024/3/41236.5.2模型機(jī)的設(shè)計(jì)1.指令流程圖和指令操作時(shí)間順序涉及訪存的周期通常需要有4個(gè)節(jié)拍，其中3個(gè)節(jié)拍用于訪存取數(shù)，1個(gè)節(jié)拍用于操作和判斷。各節(jié)拍的操作為：T0：將訪存地址送入MART1：發(fā)訪存請(qǐng)求信號(hào)和讀信號(hào)，從主存讀出信息

送入MDRT2：將讀出信息從MDR傳送到有關(guān)寄存器。T3：進(jìn)行相關(guān)操作和判斷2024/3/4124因?yàn)槿魏沃噶疃急仨氝M(jìn)入取指周期，所以取指操作也稱為取指公操作。在取指周期內(nèi)，各節(jié)拍的操作為：FT0：指令地址→MARFT1：讀指令→MDR，PC＋1→PCFT2：將MDR中的現(xiàn)行指令傳送到IR，并由ID進(jìn)行

譯碼。FT3：根據(jù)指令譯碼結(jié)果進(jìn)行判斷，以確定下面應(yīng)

進(jìn)入哪個(gè)機(jī)器周期。1）取指周期（FT）操作流程圖2024/3/4125取指公操作流程

2024/3/4126在FT3節(jié)拍中，首先判斷所取指令是否為轉(zhuǎn)移類指令。模型機(jī)中共定義了4條轉(zhuǎn)移指令：指令操作碼IR15IR14IR13IR12JP1010JC1011JZ1100JSR1101直接進(jìn)入執(zhí)行周期ETJUMP＝JP_op＋JC_op＋JZ_op＋JSR_op＝IR15(IR14⊕IR13)2024/3/4127如果源（SR）和目的（DR）操作數(shù)均采用寄存器尋址，也可以直接進(jìn)入執(zhí)行周期ET；否則，如果為雙操作數(shù)指令需進(jìn)入取源周期ST；如果為單操作數(shù)指令需進(jìn)入取目的周期DT。指令有源操作數(shù)SR時(shí)：IR11IR10IR9表示尋址方式指令有目的操作數(shù)DR時(shí)：IR5IR4IR3表示尋址方式令SR＝IR11IR10IR9DR＝IR5IR4IR3SR·DR操作數(shù)尋址情況00源和目的均不是寄存器尋址01源不是寄存器尋址，目的是寄存器尋址10源是寄存器尋址，目的不是寄存器尋址11源和目的均是寄存器尋址進(jìn)入ST進(jìn)入DT進(jìn)入ET2024/3/4128取指操作時(shí)間表節(jié)拍控制電位信號(hào)控制脈沖信號(hào)FT0PC→BUS1，S3S2S1S0M，DMCPMAR[P]FT1MREQ，R/W＝1，PC→BUS1，S3S2S1S0M，C0＝1，DMCPPC[P]FT2MDR→BUS1，S3S2S1S0M，DMCPIR[P]FT31→ST[JUMP·SR]1→DT[JUMP·SR·DR]1→ET[JUMP＋SR·DR]CPFT[P]CPST[P]CPDT[P]CPET[P]TEND·PP表示時(shí)鐘脈沖的前沿（上升沿）起作用。P表示時(shí)鐘脈沖的后沿（下降沿）起作用。2024/3/41292)取源周期（ST）的操作流程圖雙操作數(shù)指令的源尋址方式為非寄存器尋址時(shí)，需進(jìn)入取源周期，完成源操作數(shù)尋址并取源操作數(shù)。取出的源操作數(shù)暫存在暫存器TEMP中。不同尋址方式有效地址形成方法不同，因此操作流程也不同。由于變址尋址是到主存取出變址值，形成有效地址后再取數(shù)，需訪問兩次主存。因此，當(dāng)源尋址為變址尋址時(shí)，取源周期需重復(fù)一次。在取源周期ST的T3建立Repeat信號(hào)和1→ST信號(hào)，可重復(fù)進(jìn)入ST。在重復(fù)的ST的T3，將Repeat信號(hào)清除，即可進(jìn)入下一個(gè)周期。2024/3/41302024/3/4131⑴源操作數(shù)采用寄存器間接尋址：ST0：寄存器中的地址信息→MARST1：讀主存數(shù)據(jù)→MDRST2：(MDR)→TEMPST3：根據(jù)是否需要讀目的操作數(shù)，判斷應(yīng)進(jìn)入

執(zhí)行周期還是取目的周期。2024/3/4132⑵源操作數(shù)采用變址尋址：由于變址尋址需到主存取出變址值，再形成有效地址，所以需兩次訪問主存，即需重復(fù)執(zhí)行一次取源周期。①第一取源周期：讀變址值→Y，并在T3時(shí)，建立Repeat信號(hào)和1→ST信號(hào)，使之重復(fù)進(jìn)入ST。②重復(fù)取源周期：計(jì)算有效地址，讀入數(shù)據(jù)→TEMP，并在重復(fù)ST的T3時(shí)，將Repeat信號(hào)清除，以便進(jìn)入下一個(gè)周期。2024/3/4133源操作數(shù)尋址方式的判斷條件：寄存器間接尋址：(RS)＝IR11IR10IR9自增型寄存器間接尋址：(RS)＋＝IR11IR10IR9自減型寄存器間接尋址：－(RS)＝IR11IR10IR9變址尋址：XS＝IR11IR10IR92024/3/4134取源操作時(shí)間表ST02024/3/4135取源操作時(shí)間表ST12024/3/4136取源操作時(shí)間表ST2、ST32024/3/41373)取目的周期(DT)的操作流程圖當(dāng)雙操作數(shù)指令和單操作數(shù)指令的目的尋址方式為非寄存器尋址時(shí)，進(jìn)入取目的周期完成目的操作數(shù)地址的尋址并讀取目的操作數(shù)。由于目的操作數(shù)在執(zhí)行周期才送入ALU的A輸入端運(yùn)算，所以取出的目的操作數(shù)暫不傳送，而保留在MDR中，因此對(duì)于非變址尋址的尋址方式只安排兩個(gè)節(jié)拍即可完成操作。MOV指令的目的尋址為非寄存器尋址時(shí)，也需進(jìn)入目的周期，但因MOV指令只需傳送目的地址而不需取目標(biāo)操作數(shù)，因而操作比較簡(jiǎn)單。2024/3/4138非MOV指令的DT周期2024/3/4139MOV指令的DT周期2024/3/4140取目的操作時(shí)間表DT02024/3/4141取目的操作時(shí)間表DT12024/3/4142取目的操作時(shí)間表DT2、DT32024/3/41434)執(zhí)行周期(ET)的操作流程圖由于不同指令具有不同的操作功能，不同的尋址方式，操作數(shù)有不同的來源，因此不同指令在執(zhí)行周期的操作流程也各不相同，需要按不同的指令繪制執(zhí)行周期的操作流程圖。對(duì)于多數(shù)指令，執(zhí)行周期的操作均可在兩拍內(nèi)完成，所以多數(shù)指令的執(zhí)行周期內(nèi)只設(shè)兩個(gè)節(jié)拍。但對(duì)于JSR、RTS以及雙操作數(shù)指令的目的尋址為非寄存器尋址（即DR＝0）時(shí)，因?yàn)樾枰L存，所以在執(zhí)行周期內(nèi)設(shè)四個(gè)節(jié)拍來完成。在模型機(jī)的節(jié)拍發(fā)生器中，通過控制觸發(fā)器C2的T輸入端，可以選擇執(zhí)行周期的節(jié)拍數(shù)。2024/3/4144⑴傳送指令的執(zhí)行周期流程圖傳送指令在執(zhí)行周期中的功能是：將源操作數(shù)送入目的寄存器或存儲(chǔ)單元。傳送操作均可在兩個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。①SR、DR＝11或01，目的操作數(shù)為寄存器，不用訪存。執(zhí)行：(RS)→RD，或(TEMP)→RD。②SR、DR＝10或00，目的操作數(shù)為存儲(chǔ)器單元，需要訪存。執(zhí)行：（RS)→MDR，或（TEMP)→MDR，寫主存。2024/3/41452024/3/4146執(zhí)行周期的結(jié)束，意味著一條指令的執(zhí)行完畢。在一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)，機(jī)器需自動(dòng)檢測(cè)有沒有意外情況（如電源失效）和特殊請(qǐng)求（如中斷請(qǐng)求）發(fā)生。若有，需進(jìn)入相應(yīng)周期進(jìn)行處理；若沒有，則機(jī)器又進(jìn)入取指周期讀取下條指令。流程圖中的END框即表示一條指令執(zhí)行結(jié)束，進(jìn)行結(jié)束后的檢測(cè)。檢測(cè)操作均在執(zhí)行周期的最后一個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。2024/3/41472024/3/4148⑵雙操作數(shù)指令的執(zhí)行周期流程圖雙操作數(shù)指令的執(zhí)行周期的功能是：將源操作數(shù)與目的操作數(shù)進(jìn)行指定的操作后送入目的寄存器或存儲(chǔ)單元。①SR、DR＝11或01，目的操作數(shù)為寄存器，不用訪存。執(zhí)行：(RS)或(TEMP)→Y，(RD)OP(Y)→RD。可在兩個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。②SR、DR＝10或00，目的操作數(shù)為存儲(chǔ)器單元，需要訪存。執(zhí)行：(RS)或(TEMP)→Y，(MDR)OP(Y)→MDR,寫主存。需要在四個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。2024/3/41492024/3/4150⑶單操作數(shù)指令的執(zhí)行周期流程圖單操作數(shù)指令的執(zhí)行周期的功能是：將目的操作數(shù)進(jìn)行指定的操作后送入目的寄存器或存儲(chǔ)單元。操作均可在兩個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。①DR＝1，目的操作數(shù)為寄存器，不用訪存。執(zhí)行：(RD)OP→RD。②DR＝0，目的操作數(shù)為存儲(chǔ)器單元，需要訪存。執(zhí)行：(MDR)OP→MDR,寫主存。2024/3/41512024/3/4152⑷轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行周期流程圖模型機(jī)的轉(zhuǎn)移指令均采用相對(duì)尋址。非轉(zhuǎn)子指令的執(zhí)行周期的功能是：將PC中的內(nèi)容與指令中給出的位移量相加得到轉(zhuǎn)移目的地址送入PC，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。操作均可在兩個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。JP：PC→Y，(Y)＋I(xiàn)R(D)→PCJC、JZ：先判斷CC或CZ，若為1，滿足轉(zhuǎn)移條件，則執(zhí)行(Y)＋I(xiàn)R(D)→PC，否則指令執(zhí)行結(jié)束。2024/3/41532024/3/4154⑸轉(zhuǎn)子和返回指令的執(zhí)行周期流程圖轉(zhuǎn)子(JSR)和返回(RTS)指令在執(zhí)行周期中不僅要改變PC的內(nèi)容，而且需要進(jìn)行斷點(diǎn)保護(hù)或恢復(fù)斷點(diǎn)的工作。需要在四個(gè)節(jié)拍內(nèi)完成。JSR：(SP)－1→SP和MAR，PC→MDR和Y，寫主存，(Y)＋I(xiàn)R(D)→PCRTS：(SP)→MAR，(SP)＋1→SP，讀主存，(MDR)→PC2024/3/41552024/3/4156⑹停機(jī)指令的執(zhí)行周期流程圖停機(jī)指令（HALT）的執(zhí)行周期的功能是使機(jī)器暫停執(zhí)行。執(zhí)行：0→RUN2024/3/4157模型機(jī)嚴(yán)格按照周期、節(jié)拍工作，根據(jù)各指令所需的周期數(shù)和各周期所需的節(jié)拍數(shù)，可以計(jì)算每條指令所需的節(jié)拍數(shù)。例：計(jì)算指令A(yù)DDR0，R1所需的周期和節(jié)拍數(shù)。解：∵R0，R1采用寄存器尋址，∴需要取指和執(zhí)行兩個(gè)周期?！逨T周期需4個(gè)節(jié)拍，ET周期需2個(gè)節(jié)拍∴共需6個(gè)節(jié)拍2024/3/4158例：計(jì)算指令A(yù)DDX1(R0)，X2(R1)所需的周期和節(jié)拍數(shù)。解：周期取指取源(變址，重復(fù))取目的(變址，重復(fù))執(zhí)行(雙操作數(shù)，需寫主存)共6個(gè)周期節(jié)拍44，44，24共22個(gè)節(jié)拍2024/3/4159例：模型機(jī)中程序的執(zhí)行過程。其中內(nèi)存單元地址和內(nèi)容均用十六進(jìn)制表示。寄存器：R0：0200H，PC：0080H主存：地址內(nèi)容對(duì)應(yīng)指令地址內(nèi)容對(duì)應(yīng)指令0080H0202HMOV(R0),R20086H03FFH0081H14A7HADD(R2)＋,X(PC)0087HFC00H0082H0004H0004H0088H……0083H6012HINC(R2)＋0084HC0A8HJZ0A8H002DH0081HMOVR2，R10085HF000HHALT0200H0086H2024/3/4160啟動(dòng)機(jī)器(PC)→MAR讀主存(PC)＋1→PC(MDR)→IR1→ST(R0)→MAR讀主存FT0FT1FT2FT3ST0ST10080H→MAR0081H→PC0202H→MDR0202H→IR，MOV(R0),R2進(jìn)入取源周期0200H→MAR0086H→MDR(MDR)→TEMPST20086H→TEMP1→ETST3目的是寄存器尋址進(jìn)入執(zhí)行周期2024/3/4161(TEMP)→R2ET0ET10086H→R2取下一條指令1→FT(PC)→MAR讀主存(PC)＋1→PC(MDR)→IR1→STFT0FT1FT2FT30081H→MAR0082H→PC14A7H→MDR14A7H→IR，ADD(R2)＋,X(PC)進(jìn)入取源周期(R2)→MAR讀主存(R2)＋1→R2ST0ST10086H→MAR0087H→R203FFH→MDR2024/3/4162(MDR)→TEMPST203FFH→TEMP1→DTST3目的是變址尋址進(jìn)入取目的周期(PC)→MAR讀主存(PC)＋1→PCDT0DT10082H→MAR(MDR)→YDT20004H→Y1→DT1→RepeatDT3變址尋址，再次進(jìn)入取目的周期0083H→PC0004H→MDR(Y)＋(PC)→MAR讀主存1→ET0→RepeatDT0DT10087H→MARFC00H→MDR進(jìn)入執(zhí)行周期2024/3/4163(TEMP)→YET0ET103FFH→YFC00H+03FFH＝FFFFH→MDR(MDR)+(Y)→MDRET3取下一條指令1→FT寫主存ET2FFFFH→內(nèi)存0087H單元(PC)→MAR讀主存(PC)＋1→PC(MDR)→IR1→DTFT0FT1FT2FT30083H→MAR0084H→PC6012H→MDR14A7H→IR，INC(R2)＋進(jìn)入取目的周期2024/3/4164(R2)→MAR讀主存(R2)＋1→R21→ETDT0DT10087H→MAR0088H→R2FFFFH→MDR進(jìn)入執(zhí)行周期(MDR)+1→MDRET0ET1FFFFH＋1＝0→MDR,1→Z0→內(nèi)存0087H單元取下一條指令寫主存1→FT(PC)→MAR讀主存(PC)＋1→PC(MDR)→IRFT0FT1FT20084H→MAR0085H→PCC0A8H→MDRC0A8H→IR，JZ0A8H2024/3/4165(PC)→YET0ET10085H→Y0085H+0A8H＝0085H+FFA8H

＝

002DH→PC取下一條指令(Y)+IR(D)→PC1→FT…1→ETFT3進(jìn)入執(zhí)行周期2024/3/41663.微操作控制信號(hào)綜合指令操作時(shí)間表根據(jù)指令流程、時(shí)序系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，列出了實(shí)現(xiàn)整個(gè)指令系統(tǒng)的全部操作控制信號(hào)。將同一種控制信號(hào)在不同時(shí)間下產(chǎn)生的條件進(jìn)行歸納、綜合、化簡(jiǎn)后，就可寫出該控制信號(hào)的綜合邏輯表達(dá)式。邏輯表達(dá)式中包括下列因素：微操作控制信號(hào)＝F(周期、節(jié)拍、脈沖、指令、狀態(tài)條件)2024/3/4167例：讀信號(hào)（R/W）的邏輯表達(dá)式例：脈沖信號(hào)CPTEMP的邏輯表達(dá)式例：脈沖信號(hào)PC→BUS1的邏輯表達(dá)式2024/3/4168可用一個(gè)觸發(fā)器產(chǎn)生重復(fù)周期信號(hào)RepeatReset信號(hào)使Repeat＝0。進(jìn)入ST或DT后，若需要重復(fù)周期，就使CPRepeat有效，Repeat＝1。QQRepeatCPDRResetCPRepeat2024/3/4169在重復(fù)周期還需要CP脈沖，使Repeat翻轉(zhuǎn)為0。CPRepeat的邏輯表達(dá)式

Repeat信號(hào)與其他信號(hào)的時(shí)間關(guān)系2024/3/41704.控制信號(hào)形成電路將邏輯表達(dá)式經(jīng)邏輯綜合、化簡(jiǎn)得到各個(gè)微操作控制信號(hào)的比較合理的表達(dá)式后，即可設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電路。1）用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)將各微操作控制信號(hào)用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)，就構(gòu)成了組合邏輯控制器的微操作控制信號(hào)形成部件。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，用硬件實(shí)現(xiàn)邏輯電路圖時(shí)，有時(shí)受邏輯門的扇入系數(shù)限制，需要修改邏輯表達(dá)式，此時(shí)就可能要增加邏輯電路。如果信號(hào)所經(jīng)過的級(jí)數(shù)也增加的話，還將增加延遲時(shí)間。另外在實(shí)現(xiàn)時(shí)還有負(fù)載問題。2024/3/4171例：讀信號(hào)（R/W）的邏輯電路圖2024/3/41722)用PLA器件實(shí)現(xiàn)可編程邏輯陣列PLA電路是由與陣列和或陣列組成，電路的輸出為輸入項(xiàng)的與或式。經(jīng)微操作綜合而得到的微操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式基本上都是與或表達(dá)式，因而可很方便地用PLA電路實(shí)現(xiàn)。2024/3/4173例：用PLA器件實(shí)現(xiàn)下列邏輯函數(shù)2024/3/4174當(dāng)用PLA器件實(shí)現(xiàn)模型機(jī)控制信號(hào)邏輯時(shí)，則將指令碼、機(jī)器周期、節(jié)拍、脈沖及某狀態(tài)條件作為PLA器件的與陣列輸入信號(hào)，按微操作信號(hào)綜合所得的邏輯表達(dá)式分別對(duì)與陣列、或陣列進(jìn)行編程，即可由或陣列輸出各個(gè)控制信號(hào)。2024/3/41752024/3/41766.6微程序控制器原理6.6.1微程序控制器概述組合邏輯控制器的缺點(diǎn)①繁瑣、雜亂，缺乏規(guī)律性，設(shè)計(jì)效率低，不利于檢查調(diào)試。②不易修改和擴(kuò)充，缺乏靈活性。因?yàn)樵O(shè)計(jì)結(jié)果用印刷電路板(硬連邏輯)固定下來以后，就很難再修改與擴(kuò)充。2024/3/4177微程序設(shè)計(jì)思想微程序控制的基本概念每一條指令都對(duì)應(yīng)著自己的微操作序列，每一條