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1第九章控制单元的功能9.1操作命令的分析9.2控制单元的功能29.1微操作命令的分析完成一条指令分4个工作周期取指周期间址周期执行周期中断周期3一、取指周期PCMAR地址线1RM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC+1MDRCUMARPCIR存储器CPU地址总线数据总线控制总线9.1微操作命令的分析4二、间址周期M(MAR)MDR1RAd(IR)MARMDRAd(IR)指令形式地址MAR9.1MDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线IR存储器5三、执行周期1.非访存指令(1)CLA清A(2)COM取反(4)CSL循环左移(3)SHR算术右移(5)STP停机指令0ACCACCACCL(ACC)R(ACC),ACC0ACC0R(ACC)L(ACC),ACC0ACCn0G9.162.访存指令Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDR(ACC)+(MDR)ACCAd(IR)MAR1WACCMDRMDRM(MAR)STAXADDX(2)存数指令(1)加法指令9.17(3)取数指令Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRACC3.转移指令(1)无条件转(2)条件转移Ad(IR)PCA0•Ad(IR)+A0(PC)PCLDAXJMPXBANX（负则转）9.184.三类指令的指令周期取指周期执行周期取指周期执行周期取指周期执行周期取指周期间址周期执行周期非访存指令周期直接访存指令周期间接访存指令周期转移指令周期9.19四、中断周期程序断点存入“0”地址程序断点进栈0MAR1WPCMDRMDRM(MAR)向量地址PC0EINT（置“0”）0EINT（置“0”）向量地址PCMDRM(MAR)PCMDR1W(SP)–1MAR中断识别程序入口地址MPC9.1109.2控制单元的功能一、控制单元的外特性指令寄存器控制单元CU…时钟标志CPU内部的控制信号到系统总线的控制信号来自系统总线的控制信号系统总线111.输入信号(1)时钟(2)指令寄存器(4)外来信号(3)标志CU受时钟控制控制信号与操作码有关OP(IR)CUCU受标志控制INTR中断请求HRQ总线请求一个时钟脉冲发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令如9.2122.输出信号(1)CPU内的各种控制信号(2)送至控制总线的信号RiRj(PC)+1PCINTAHLDA访存控制信号访IO/存储器的控制信号读命令写命令中断响应信号总线响应信号MREQIO/MRDWRALU＋、－、与、或……9.213二、控制信号举例PCIRACCU时钟ALUMDRMAR………控制信号标志控制信号C0C1C2C3C4取指周期以ADD@X为例MDRPCMARIRCU9.21.不采用CPU内部总线的方式14二、控制信号举例1.不采用CPU内部总线的方式PCIRACCU时钟ALUMDRMAR………控制信号标志控制信号C1C2C3C5ADD@X间址周期MDRMARMDRIR9.215PCIRACCU时钟ALUMDRMAR………控制信号标志控制信号二、控制信号举例1.不采用CPU内部总线的方式C1C2C5ADD@X执行周期C7C6C8MARACALUMDRMDR…控制信号9.216MDRMDRCU(1)ADD@X取指周期•PC•CU发读命令1R•MDR•OP（IR）•（PC）+1PCIRPCMARACYALUZ…控制信号IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…•数据线数据线控制信号CPU内部总线时钟2.采用CPU内部总线方式地址线地址线MARMDRIRCU9.2IRPCPCMDRMARCUIR17(2)ADD@X间址周期•MDR•1R•MDR有效地址Ad（IR）MDROMDRO•数据线数据线时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号…控制信号CPU内部总线MDRIRMARiMARi地址线地址线MARIRiIRiMARMDRIRMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDRO形式地址MAR9.218时钟CUIRPCMARMDRACYALUZ…控制信号CPU内部总线MDROMDRO(3)ADD@X执行周期•1R•MDR•Z•AC•（AC）+（Y）•MDR控制信号…MARMDR地址线地址线•数据线数据线MARMDRYMDRMDRMDROMDROMDROMDROMDROMDROMDROYiYiYALUACACOACOALUiALUiALUALUACZZZZOZOACiACiACACACACMARiMARiALUAC9.219三、多级时序系统1.机器周期(1)机器周期的概念(2)确定机器周期需考虑的因素(3)基准时间的确定所有指令执行过程中的一个基准时间每条指令的执行步骤每一步骤所需的时间•以完成最复杂指令功能的时间为准•以访问一次存储器的时间为基准若指令字长=存储字长取指周期=机器周期9.2202.时钟周期（节拍、状态）一个机器周期内可完成若干个微操作每个微操作需一定的时间用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令将一个机器周期分成若干个时间相等的时间段（节拍、状态、时钟周期）9.221CLKT0T1T2T3时钟周期2.时钟周期（节拍、状态）机器周期机器周期T0T1T2T3T0T1T2T39.2223.多级时序系统机器周期、节拍（状态）组成多级时序系统一个指令周期含若干个机器周期一个机器周期包含若干个时钟周期CLK机器周期机器周期机器周期（取指令）（取有效地址）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3机器周期机器周期（取指令）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2节拍(状态)节拍(状态)9.223四、控制方式产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式1.同步控制方式任一微操作均由统一基准时标的时序信号控制CLK机器周期机器周期机器周期（取指令）（取有效地址）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T3(1)采用完全统一的机器周期和节拍以最长的微操作序列和最繁的微操作作为标准9.224(2)采用不同节拍的机器周期机器周期机器周期（取指令）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2节拍(状态)机器周期机器周期（取指令）（执行指令）T0T1T2T3T0T1T2T3TT延长9.225(3)采用中央控制和局部控制相结合的方法T0T1T2T3T0T1T2中央控制节拍T*T*T*局部控制节拍T3T0T1中央控制节拍机器周期执行周期指令周期取指周期T0T1T2T39.2局部控制的节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致262.异步控制方式无基准时标信号无固定的周期节拍和严格的时钟同步采用应答方式3.联合控制方式4.人工控制方式(1)Reset(2)连续和单条指令执行转换开关(3)符合停机开关同步与异步相结合9.227五、多级时序系统实例分析1.8085的组成9.2A15~A8中断控制AC(8)TR(8)FR(5)IR(8)IDAL（16）PC（16）SP（16）L（8）H（8）E（8）D（8）C（8）B（8）指令译码和机器周期编码ALU定时和控制时钟控制状态DMA复位ABR(8)ADBR(8)8位内部数据总线I/O控制INTAINTRSIDSODCLKReadyRDWRALEIO/MHLDAResetAD7~AD0282.8085的外部引脚(1)地址和数据信号(2)定时和控制信号(3)存储器和I/O初始化A15~A8AD7~AD0SIDSOD入X1X2入HOLDReady出HLDA出CLKALES0S1IO/MRDWR12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221X1X2ResetoutSODSIDTrapRST7.5RST6.5RST5.5INTAAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssINTRVccHOLDHLDACLK(out)RsestinReadyIO/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.229(4)与中断有关的信号(5)CPU初始化(6)电源和地出INTATrap重新启动中断入INTR入Resetin出ResetoutVcc+5VVss地12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221X1X2ResetoutSODSIDTrapRST7.5RST6.5RST5.5INTAAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VssINTRVccHOLDHLDACLK(out)RsestinReadyIO/MS1RDWRALES0A15A14A13A12A11A10A9A89.2303.机器周期和节拍（状态）与控制信号的关系9.2T1T2T3T4T1T2T3T1T2T3M1M2M3PCoutPC+1InsIRXPCoutPC+1ByZZoutAPortIOPORTACCbytePCLInstrPCLPCHPCHIOPORT3MHZCLKA15~A8AD7~AD0ALERDWRIO/M31小结每个控制信号在指定机器周期的指定节拍T时刻发出机器周期M1取指令操作码机器周期M2取设备地址机器周期M3执行ACC的内容写入设备以一条输出指令（IO写）为例9.2