控制器的功能和工作原理


控制器的結構和功能

控制單元的輸入和輸出

硬布線控制器

操作碼譯碼器:把一個編碼一種功能的形式轉換成一根線對應一個功能

關於機器周期:機器周期可看作所有指令執行過程中的一個基准時間。

通常以存取周期作為基准時間,即機器周期。

在存儲字長等於指令字長的前提下,取指周期也可看作機器周期。

CPU的控制方式

CPU的控制方式:產生不同微操作命令序列所用的時序控制方式

1.同步控制方式:整個系統的所有控制信號均來自統一的時鍾信號

通常以最長的微操作序列和最繁瑣的微操作作為標准(用最久的那個),采取完全統一的、具有相同時間間隔和相同數目的節拍作為機器周期來運行不同的指令。

同步控制方式的有點是控制電路簡單,缺點是運行速度較慢。

2.異步控制方式:異步控制方式不存在基准時標信號

各部件按自身固有的速度工作,通過應答方式進行聯絡。

異步控制方式的優點是運行速度快,缺點是控制電路比較復雜。

3.聯合控制方式:對各種不同的指令的微操作實行大部分采用同步控制、小部分采用異步控制的辦法。

安排微操作時序的原則

原則一:微操作的先后順序不得隨意更改

原則二:被控對象不同的微操作,盡量安排在同一個節拍內完成

原則三:占用時間較短的微操作,盡量安排在一個節拍內完成,並允許有先后順序

取值周期

兩個微操作占用時間較短,根據原則三安排在同一個節拍

間址周期

執行周期

中斷周期

中斷周期的三個任務:

  1. 保存斷點
  2. 形成中斷服務程序的入口地址
  3. 關中斷

電路設計

組合邏輯設計

設計步驟:

  1. 列出操作時間表
  2. 寫出微操作命令的最簡表達式
  3. 畫出邏輯圖

列出操作時間表

微操作信號綜合

畫出邏輯圖

微操作序列是必會的

硬布線工作原理:微操作控制信號由組合邏輯電路根據當前的指令碼、狀態和時許,即使產生

微程序

微程序工作原理:事先把微操作控制信號存儲在一個專門的存儲器(控制存儲器)中,將每一條機器指令編寫成一個微程序,這些微程序可以存到一個控制存儲器中,用尋址用戶程序機器指令的辦法來尋址每個微程序中的微指令。

微程序的基本思想

微程序控制器的基本結構

控制存儲器

微指令的格式

微指令的編碼方式

微指令的編碼方式又稱為微指令的控制方式,它是指如何對微指令的控制字段進行編碼,以形成控制信號。編碼的目標是在保證速度的情況下,盡量縮短微指令字長。

1.直接編碼(直接控制)方式

在微指令的操作控制字段中,每一位代表一個微操作命令

2.字段直接編碼方式

將微指令的控制字段分成若干個“段”,每段經譯碼后發出控制信號

優點:可以縮短微指令字長

缺點:要通過譯碼電路后再發出微命令,因此比直接編碼方式慢。

例題

3.字段間接編碼方式

微指令地址形成方式

斷定方式

微程序控制的基本概念

微程序控制單元的設計

如何轉入下一個周期?

微程序設計分類

硬布線與微程序的比較

本節回顧


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