計算機組成原理theprincipleofcomputer-全文預覽

　　

【正文】 算機學院 15 如何形成控制不同微操作序列的時序控制信號的方法，稱為控制器的控制方式。 ：實現人 機通信 控制器的組成 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 13 控制器的組成方式 微操作控制信號形成部件是控制器的核心，其產生信號的方式有三種： (1) 常規組合邏輯型 (或稱隨機邏輯法 ) 分立元件時代的產物； 方法是按邏輯代數的運算規則，以組合電路最小化為原則，用邏輯門電路實現；速度快。 （ 2）啟停電路：控制機器工作的啟動和停止 （ 3）時序信號發生器：產生機器所需的時序信號，以控制有關部件在不同的時間完成不同的微操作。 OV（ ） —— 溢出標志位。 如 MCS51單片機的 PSW CY AC FO RS1 RS0 OV — P CY（ ） —— 進位標志位。從MDR接收指令。 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 6 （ 1）指令流出控制：取指令 （ PC） → MAR， Read （ MDR） → IR （ 2）分析指令：指令譯碼器 ID分析確定操作性質，判明尋址方式并形成操作數的有效地址 EA （ 3）執行：根據分析的結果和形成的 EA產生相應的操作控制信號序列，控制相應部件完成操作 （ 4）指令流向控制：下一條指令地址的形成控制 ① （ PC） =本條指令的 （ PC） +本條指令字長 ② （ PC） =轉移的目標地址（或子程序入口地址，或中斷服務程序入口地址） 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 7 、特殊請求的檢測和處理：中斷 輸入設備 主存儲器 輔助存儲器 輸出設備 運算器 控制器 輸入 輸出 程序 原始數據 運算結果 指令數據線 控制信號線 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 8 控制器的組成 去內存取指令或取數據 對各功能部件產生控制 PSR 地址形成部件 時序部件 指令譯碼器 PC 微操作信號產生器 ... ... ... ... 控制器基本結構 O P 尋址方式 AC ALU DB AB GR I/O狀態信息 …… … … IR DB 啟停電路 控制臺 … 脈沖源 到 MAR 或 ALU 中斷控制邏輯 中斷源 …… … MAR 增量 MDR 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 9 指令部件應包括程序計數器 (PC)、指令寄存器 (IR)、指令譯碼器（ ID）、程序狀態寄存器（ PSR）和地址形成部件等 5個部分。 程序控制由控制器承擔，程序執行由運算器和外部設備具體負責，程序存儲由存儲器完成。 （ 2）指令寄存器 IR：指令寄存器用來存放現行指令的代碼。 控制器的組成 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 10 （ 5）程序狀態字寄存器 (PSR) 存放程序狀態字 PSW，用來表征當前運算的狀態及程序的工作方式。 RS1（ ）、 RS0（ ） —— 工作寄存器組選擇位。 （ 1）脈沖源：利用晶體振蕩器產生一定頻率的主時鐘脈沖（主頻）。 ：用來控制中斷處理的硬件邏輯。 (3) 組合邏輯和存儲邏輯結合型（可編程邏輯陣列 (PLA)法） 與組合邏輯型本質相同，工藝不同； 用大規模集成電路 (LSI)來實現。任何指令的執行或指令中每個微操作的執行都受事先安排好的時序信號的控制。 缺點：效率低。 優點：指令的運行效率高； 缺點：控制線路比較復雜。 控制方式 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 17 ，異步聯合控制方式 同步控制和異步控制相結合的方式即聯合控制方式，區別對待不同指令。 指令周期 ：在計算機中從指令的讀取到指令的執行完成，執行一條指令所需要的時間，稱為指令周期。 節拍 （ 1） 把一個機器周期分成若干個相等的時間段，每一個時間段對應一個電位信號，稱節拍電位； （ 2） 一般都以能保證 ALU進行一次運算微操作作為一拍電位的時間寬度。 時序系統 P W3 W2 W2 W0 M1 M0 周期 0 周期 1 節拍 0 節拍 1 節拍 2 節拍 3 脈沖 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 21 CPU=控制器 +運算器 寄存器的設置 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 22 寄存器的設置 IR PC PSR AC及通用寄存器 GR： AC暫存操作數據和結果，GR是一組程序可訪問的、具有多種功能的寄存器，能提供操作數、保存中間結果、作為地址指針、基址寄存器、變址寄存器、計數器等。 B等功能，主存以字編址，每條指令 和數據均占一個主存單元。 A 177。 分析： 操作流程 控制信號序列 （ 1）（ PC） → MAR， READ PC → B， Gon， F → MAR， READ， F → Y （ 2）（ PC） +1 → PC INC， F → PC （ 3） M → MDR → IR MDR → B， Gon ， F → IR （ 4）（ R1） → MAR， READ R1 → B， Gon ， F → MAR， READ （ 5） M → MDR → Y MDR → B， Gon ， F → Y （ 6）（ Y） +（ R0） → R0 R0 → B， ADD， F→ R0 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 27 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 28 模型機的數據通路 控制信號邏輯 … 時序部件 ID CC CZ IR PC R0 R1 R2 R3 MDR SP TEMP Y ALU 移位器 判零 CZ CC CZ CPCZ CC CPCC SL EX SR DM C0 M S3 S2 S1 S0 A B PC→B R0→B R1→B R2→B R3→B MDR→B TEMP→B BUS1 BUS2 CPY CPTEMP CPSP CPMDR CPR3 CPR2 CPR1 CPR0 CPPC CPIR MAR CPMAR MEM R/W I/O MREQ IOREQ DBUS ABUS 字長 =16 CP：脈沖信號 R0~R3：通用寄存器 000~011 SP：堆棧指示器 100 PC：程序計數器 111 MAR：地址寄存器 MDR：數據寄存器 TEMP， Y：暫存器 CC：進位觸發器， CZ：零觸發器 BUS1：輸入總線 BUS2：輸出總線 ABUS：地址總線 DBUS：數據總線 CBUS：控制總線 內部總線 系統總線 總線 計算機組成原理 西北工業大學計算機學院 29 模型機的數據通路 工作方式選擇 S3S2S1S0 F的輸出功能（負邏輯） 邏輯運算 M=1 算術運算 M=0， C0=0 0000 A A減 1 0101 B AB加（ A+B） 0110 A⊕ B A+B 1001 A⊕ B A加 B 1010 B AB加（ A+B） 1011 A+B A+B 1110 AB