第5章控制器组成原理.ppt
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1、第5章 控制器组成原理,本章主要内容:,本章讲述控制器的基本组成、基本功能、 硬布线控制器的组成原理与实现方法、微程序控制器的组成原理与实现方法及控制器的控制方式等内容。要求重点掌握两种控制器的实现方法。,5.1 控制器的基本功能及结构 5.2 指令的执行过程 5.3 硬布线控制器的组成原理与实现方法 5.4 微程序控制器的组成原理与实现方法 5.5 控制器的控制方式,5.1 控制器的基本功能及结构,5.1.1 控制器的功能 1取指令 2分析指令 3执行指令 4控制程序和数据的输入与结果输出 5随机事件和某些特殊请求的处理,5.1.2 控制器的基本组成,图5-1 控制器基本组成框图,1指令部件
2、 完成取指令并分析指令。包括以下部分: (1)程序计数器PC (2)指令寄存器IR (3)指令译码器ID 2时序部件 能产生一定的时序信号,以保证计算机的各功能 部件有节奏的运行。 包括以下部分: (1)脉冲源 (2)启停线路 (3)节拍信号发生器,3微操作信号发生器 用来产生微操作序列,根据微操作序列的形成 方式不同,控制器可分为硬布线控制器和微程序控 制器。 4中断机构,即响应和处理中断的逻辑线路,负责处理异常 情况和特殊请求,5.2 指令的执行过程,5.2.1 时序系统 控制器的心脏,为指令的执行提供各种定时信 号。包括以下部分: 1指令周期和机器周期 机器周期 通常它是主存储器的一个访
3、问周期。,又称CPU周期,,2节拍 3工作脉冲 在一个节拍中,有的操作还需要严格的定时脉 冲,所以在一个节拍之内往往还需要设置几个工作 脉冲,作为各种同步脉冲的来源。,节拍的宽度取决与CPU执行一次微操作所需要的时间,不同的机器周期内所包括的节拍数可以是固定不变的,也可以是可变的。,5.2.2 指令的执行过程,一条指令的执行通常都可以分为以下三个阶段: 1取指令 任何一条指令的执行,都必须经过取指令阶 段,该阶段主要是将指令从主存中取出放入CPU 内部的指令寄存器中。,2分析指令 取出指令后指令译码器对保存在IR中的指令操 作码进行译码,产生译码信号并送微操作序列形成 部件,进而产生微操作序列
4、送运算器、存储器、外 设及控制器本身。 3执行指令 根据分析指令阶段所产生的微操作序列,控制运 算器、存储器、外设及控制器本身完成指令规定的 各种操作。,5.2.3 指令的执行过程举例,控制器在实现一条指令的功能时,总是 把每条指令分解成一系列时间上先后有序的 最基本、最简单的微操作,即微操作序列。 下面通过一个简单的模型机来看具体指令的 执行过程,即指令的微操作序列。,1数据通路,图5-4 模型机的数据通路,2加法指令ADD R1,NUM 即实现:(NUM)+(R1)R1 相应的微操作如下: (1)PCout、MARin、READ、在数据没取出的间隙进 行PC+1(0Y,1C0,ADD,Zi
5、n); (2)Zout、PCin、WMFC(等待存储功能完成); (3)MDRout、IRin; (4)IR(D)out、MARin、READ; (5)R1out、Yin、WMFC; (6)MDRout、ADD、Zin; (7)Zout、R1in; (8)END。,3转移指令JZ A 若上次运算结果为0(ZF=1),就转移,转移地址为A; 若上次运算结果不为0(ZF=0),就顺序执行下一条指令。 相应的微操作序列如下: (1)PCout、MARin、READ、在数据没取出的间隙进行 PC+1(0Y,1C0,ADD,Zin); (2)Zout、PCin、WMFC(等待存储功能完成); (3)MD
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- 控制器 组成 原理
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