计算机组成原理第十讲组合逻辑控制器
【知识】四川大学计算机组成原理知识点
【关键字】知识第一章1.诺依曼体制的主要思想：①采用二进制代码表示信息②采用保存程序工作方式（核心概念）③计算机硬件系统由五大部件（保存器、运算器、控制器、输入\出设备）组成2.cache:高速缓存，为解决CPU 与主存之间的速度匹配而设置的保存器。
位于CPU 和主存之间，速度可以与CPU 一样快，存放的是最近就要使用的程序和数据，容量较小。
3.总线：一组连接多个部件的公共信号线，可以分时地接收与发送各部件的信息。
4.通道：也称为通道控制器，能够执行专用的通道命令，是管理I/O 操作的控制部件。
5.从组成角度划分的层次结构模型：并不具备这种语言功能。
7.软硬件逻辑等价：在计算机中，有许多功能可直接由硬件实现，也可在硬件支持下依靠软件实现，对用户而言，在功能上是等价的。
这种情况称为软硬件在功能上的逻辑等价。
例如，乘法运算可由硬件乘法器实现，也可以在加法器与移位器的支持下，通过执行乘法子程序实现。
8.固件：微程序类似于软件，但被固化在只读保存器中，属于硬件CPU 的范畴，称为固件。
9.字长：基本字长一般是指参加一次定点运算的操作数的位数。
基本字长影响计算机精度、硬件成本，甚至指令系统的功能。
10.数据通路宽度：指数据总线一次能并行传送的数据位数，它影响计算机的有效处理速度。
11.数据传输率：是指数据总线每秒钟传送的数据量，也称为数据总线的带宽。
数据传输率=总线数据通路宽度×总线时钟频率/8（B/s ）第二章1.计算机中的信息分为两大类，一类是计算机处理的对象，称为数据；另一类是控制计算机工作的信息，称为控制信息。
相应地，在计算机工作时将存在数据流、控制流两类信息流。
2.在原码表示中，真值0可以有两种不同的表示形式，分别称为+0和-0.对于整数原码，表示的数的范围是3.在补码表示中，数0只有一种表示方法00 0对于定点整数补码，表示的数的范围是4.所谓浮点数的规格化，就是通过移动尾数，使尾数M 绝对值的最高位数字为1。
计算机组成原理唐朔飞(第2版)课后习题-控制单元的设计(圣才出品)
5．假设 CPU 在中断周期用堆栈保存程序断点，而且进栈时指针减 1（具体操作是先修 改栈指针后存数），出栈时指针加 1。分别写出组合逻辑控制和微程序控制在完成中断返回 指令时，取指阶段和执行阶段所需的全部微操作命令及节拍安排。
答：假设进栈操作是先修改堆栈指针后存数，则出栈操作是先读数后修改堆栈指针。 （1）完成中断返回指令组合逻辑控制的微操作命令及节拍安排： 取指阶段
执行阶段：
（2）完成中断返回指令微程序控制的微操作命令及节拍安排：
取指阶段
T0
PC→MAR，1→R
T1
Ad（CMDR）→CMAR
T2
M（MAR）→MDR，（PC）+1→PC
T3
Ad（CMDR）→CMAR
T4
MDR→IR
5 / 22
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执行周期：
⑤STP 指令所需全部微操作命令及节拍安排： 取指周期：
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执行周期：
4．在单总线结构的计算机中，用该总线连接了指令寄存器 IR、程序计数器 PC、存储 器地址寄存器 MAR、存储器数据寄存器 MDR、通用寄存器 R0～R7 的输入和输出端。ALU 的两个输入端分别与总线和寄存器 Y 的输出端相连，ALU 的输出端与寄存器 2 的输入端相 连。Y 的输入端与总线连接，2 的输出端与总线连接该机有下列指令：
T5
OP（IR）→微地址形成部件→CMAR
执行阶段
6．已知带返转指令的含义如下所示，写出机器在完成带返转指令时，取指阶段和执行 阶段所需的全部微操作及节拍安排。
答：取指周期：
计算机组成原理10 第十章 CU的设计(2)
⑨ JMP X
T0
T1 T2 Ad ( IR ) PC
⑩ BAN X
T0
T1 T2 A0 • Ad ( IR ) + A0• PC PC
5. 中断周期 微操作的 节拍安排
T0
T1 T2
10.1
硬件关中断
0
PC MDR
MAR
MDR M ( MAR )
1
W
向量地址
PC
中断隐指令完成
三、组合逻辑设计步骤
T0
EX 执行
1
1 T1
M(MAR) AC
W
(AC)+(MDR) AC T2
MDR
MDR 0
M(MAR)
AC AC 1
1
2. 写出微操作命令的最简表达式
M ( MAR ) MDR
10.1
= FE · 1 + IND · 1 ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) T T + EX · 1 ( ADD +LDA ) T = T1{ FE + IND ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) + EX ( ADD +LDA ) }
10.1
微操作命令信号 CLA COM ADD SAT LDA JMP PC 1 M(MAR) ( PC ) +1 MDR OP( IR ) MAR R MDR PC IR ID IND EX 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
FE 取指
T0 T1 T2 PC 1 R MDR PC IR ID
计算机组成原理与汇编语言程序设计课后习题及解答(详解)
计算机组成原理与汇编语言程序设计课后习题及解答徐洁，俸远祯电子工业出版社第1章习题一1.什么是程序存储工作方式？答：计算机的工作方式——存储程序工作方式。
即事先编写程序，再由计算机把这些信息存储起来，然后连续地、快速地执行程序，从而完成各种运算过程。
2.采用数字化方法表示信息有哪些优点？用数字化方法表示信息的优点：（1）抗干扰能力强, 可靠性高。
（2）依靠多位数字的组合，在表示数值时可获得很宽的表示范围以及很高的精度。
（3）数字化的信息可以存储、信息传送也比较容易实现。
（4）可表示的信息类型与范围及其广泛，几乎没有限制。
（5）能用逻辑代数等数字逻辑技术进行信息处理，这就形成了计算机硬件设计的基础。
3.如果有7×9点阵显示出字符A的图像，请用9个七位二进制代码表示A的点阵信息。
4.数字计算机的主要特点是什么？1. （1）能在程序控制下自动连续地工作；（2|）运算速度快；（3）运算精度高；（4）具有很强的信息存储能力；（5）通用性强，应用领域及其广泛。
5.衡量计算机性能的基本指标有哪些？答：衡量计算机性能的基本指标：（1）基本字长——参加一次运算的数的位数；（2）数据通路宽度——数据总线一次能并行传送的位数；（3）运算速度——可用①CPU的时钟频率与主频，②每秒平均执行指令数，③典型四则运算的时间来表示。
（4）主存储器容量——可用字节数或单元数（字数）×位数来表示。
（6）配备的外围设备及其性能。
（7）系统软件配置。
7.系统软件一般包括哪些部分？列举你所熟悉的三种系统软件。
系统软件一般包括操作系统，编译程序、解释程序、各种软件平台等。
例如WINDOWS98操作系统，C 语言编译程序等，数据库管理系统。
8.对源程序的处理有哪两种基本方式？对源程序的处理通常有两种处理方式：解释方式和编译方式。
第2章习题二1.将二进制数(101010.01)2 转换为十进制数及BCD码。
解：(101010.01)2 = (42.25)10 = (01000010.00100101)BCD2.将八进制数(37.2)8转换为十进制数及BCD码.解:(37.2)8 = (31.25)10 =(00110001.00100101)BCD3.将十六进制数(AC.E)转换为十进制数及BCD码.解: (AC.E)16 =(172.875)10 = (000101110010.100001110101)BCD4.将十进制数(75.34)10转换为8位二进制数及八进制数、十六进制数。
计算机组成原理控制器组成
计算机组成原理控制器组成计算机组成原理控制器是计算机系统的重要组成部分，它负责控制和管理计算机的各种硬件和软件资源，是实现计算机系统自主控制的核心。
它的主要功能是解释指令、调度程序、读写存储器、输入输出数据等。
本文将着重讨论控制器的组成，介绍控制器的基本原理和常见方法，并探讨控制器在计算机系统中的作用和发展趋势。
一、控制器的组成控制器是计算机系统的核心，由多个部分组成。
控制器的主要组成部分包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器、算数逻辑单元、时钟、中断控制器、总线接口等。
1.指令寄存器指令寄存器是控制器中的一个重要组成部分。
它负责存储指令的编码和操作数的地址等信息，并将其传输给指令译码器进一步处理。
指令寄存器还可以保存运算相关的状态信息，如标志位等。
2.程序计数器程序计数器是一种专门用于存储和计算当前指令位置的寄存器。
它的作用是保存下一条指令的地址，当控制器执行完当前指令后，就能够继续取下一条指令的执行。
程序计数器通常与指令寄存器相连，从指令寄存器中获取指令地址，并将其存储到程序计数器中。
3.指令译码器指令译码器是控制器中的一种逻辑电路，它用来解释指令并将其转化为可执行的操作。
指令译码器的主要功能是将机器指令转换为微操作，为下一步操作做好准备。
指令译码器可以同时处理多个指令，并将它们转换为特定的控制信号送往各个部件。
4.算数逻辑单元算数逻辑单元是一种专门用于进行算术和逻辑运算的电路。
它可以执行各种算术和逻辑操作，如加法、乘法、除法、取余等。
算数逻辑单元还可以进行位运算、移位等操作，以及比较和判断等操作。
5.时钟时钟是计算机系统的一个核心部件，它用于控制计算机的运行速度和时序，以及协调各种操作的执行时间。
时钟负责产生周期性电信号，这些信号可以被用来同步控制器和其他部件的动作。
6.中断控制器中断控制器是一种用于管理计算机系统中各种中断的部件。
它可以监控各种硬件事件和软件异常，当一个事件发生时，中断控制器会向处理器发送一个信号，使其停止当前的任务并处理中断事件。
计算机组成原理第10章习题指导
T0 MDR→Bus→R2 R2→Bus→E
；E 通过总线送 ALU
2
计算机组成原理第 10 章习题
（3）完成“STA @mem”指令所需的微操作命令及节拍安排 取指周期 T0 PC→Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR，(PC) + 1→PC T2 MDR→Bus→IR，OP(IR) →微操作命令形成部件 间址周期 T0 Ad(IR) →Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR 执行周期 T0 MDR→Bus→MAR，1→W T1 ACC→Bus→MDR T2 MDR→M(MAR)
操作控制
28位
判断
3位
下地址
9位
图 10.3 例 10.5 微指令格式
例 10.6 某机共有 52 个微操作控制信号，构成 5 个相斥类的微命令组，各组分别包含 5、 8、2、15、22 个微命令。已知可判定的外部条件有两个，微指令字长 28 位。
（1）按水平型微指令格式设计微指令，要求微指令的下地址字段直接给出后续微指令 地址。
#
（2）中央控制节拍包括取指阶段所有节拍和执行阶段的 T0 、T1 、T2 3 个节拍，完 成取指令和取操作数及乘法运算前的准备工作。局部控制节拍是执行阶段的 T0*和 T1*节拍， 其中 T0*为重复加操作，受 Q 寄存器末两位 Q14Q15 控制，最多执行 15 次；T1*为移位操作， 共执行 14 次。
计算机组成原理第 10 章习题
第 10 章 控制单元的设计
例 10.1 设 CPU 中各部件及其相互连接关系如图 10.1 所示。图中 W 是写控制标志，R 是读控制标志，R1 和 R2 是暂存器。
存储器
W R MAR
MDR
组合逻辑控制器原理
组合逻辑控制器的设计方法
解析法
总结词
解析法是一种基于数学逻辑和布尔代数的方法，通过将逻辑表达式转换为电路结构来实现组合逻辑控 制器的设计。
详细描述
解析法的基本步骤包括将逻辑表达式进行化简、因式分解和化简，然后根据化简后的表达式设计相应 的电路结构。这种方法能够得到最简电路结构，但计算过程较为复杂，需要较高的数学基础。
在智能家居中的应用
智能照明系统
组合逻辑控制器能够根据环境光线、时间等 因素，自动调节家庭照明系统的亮度和色温 ，提供舒适的照明环境。
智能安防系统
组合逻辑控制器可以集成各种安防设备，如摄像头 、烟雾报警器等，实现家庭安全监控和预警。
智能环境控制系统
通过组合逻辑控制器，可以控制家庭中的空 调、暖气、空气净化器等设备，实现智能环 境调节。
定时器/计数器
用于产生时间基准和控制脉冲，实现定时控制和计数控制等功能 。
输出部分
驱动电路
将控制部分输出的控制信号转换为能够驱动执行机构 的大功率信号。
执行机构
根据控制信号驱动相应的设备或机构，实现控制目标 。
反馈电路
将执行机构的输出信号反馈给输入部分，形成闭环控 制系统，提高控制精度和稳定性。
03
特点
组合逻辑控制器具有结构简单、可靠 性高、易于编程和调试等优点，广泛 应用于工业自动化控制领域。
组合逻辑控制器的重要性
提高生产效率
通过自动化控制，组合逻辑控制 器能够提高生产效率，减少人工 干预，降低生产成本。
保证产品质量
精确的控制逻辑能够保证产品质 量的一致性和稳定性，提高产品 合格率。
增强系统可靠性
信号调理
02
对采集到的信号进行滤波、放大、去噪等处理，以消除干扰和
计算机组成原理第十讲组合逻辑控制器
FT
取指
AND DST,SRC ；(SRC)(DST)=>D
ST
与MOV指令相同
取源操作数
OR DST,SRC ；(SRC)(DST)=>DS
R DT0
(R) Ri=>MAR
-(R)
Ri-1=>Ri,MAR
EOR DST,SRC ；(SRC)(DST)=>
I/(R)+
@(R)+
X(R)
Ri=>MAR
EMAR R SIR
PC+1 PC PC A A+1 DM CPPC 1 ST
CPFT(P)
CPET(P) CPT(P)
ST0：SP MAR SP A 输出A DM CPMAR T+1
CPT(P)
ST1：M MDR C EMAR R SMDR MDR B 输出B DM
ST2：SP+1 SP DT0：R1 MAR
ST4： M MDR
C
DT0： PC MAR
形地
取目的地址，
DT1： M MDR
D
DT2： PC+1
PC 目的地址
DT3： D+R1
MAR
暂存于MAR， 需4步。
ET0： C MDR ET1： MDR M ET2： PC MAR
源数送存储器， 需3步。
操作时间表
例： MOV(R1),(SP)+；
FT0： M IR
周 期
ET
转 换 ）
DMA请求？ N Y
中断请求？ N
DMAT
Y
IT
指令流程图与操作时间表
拟定指令流程：确定各工作周期中每拍 完成的具体操作（寄存器传送级） 列操作时间表：列出每一步操作所需的 微命令及产生条件 取指周期
组合逻辑控制器原理
2.优缺点 ● 产生微命令的速度较快。 ● 设计不规整，设计效率较低；控制器 核心结构零乱，不便于检查和调试。 ● 不易修改、扩展指令系统功能。
3.应用场合 用于高速计算机，或小规模计算机。
程序优先级高于外部优先级，不响应 程序优先级低于外部优先级，可响应
（4）工作方式 规定程序的特权级。
PSW在CPU中，反 映程序运行状态； 控制/状态字在
用户方式：禁止程序执行某些指令 接口中,反映CPU
核心方式：允许程序执行所有指令 命令、设备状态。
微命令序列
I/O状态 控制台信息
运行状态
微命令 发生器
从
● 从设备： 响应主设备请求的设备。
发/接
接/发
● 操作流程：
主设备输出端与总线连接
主设备获得总线控制权
主设备询问从设备
从设备准备好？ N
Y
主设备发送/接收数据
主设备释放总线控制权
主设备输出端与总线断开
③优缺点： 时间安排紧凑、合理； 控制复杂。
④应用场合：用于异步总线操作(各挂接部 件速度差异大，传送时间不确定，传送距离 较远)。
送M
译 码
θ寻
IR
PC
+1
地址形成 送M或ALU
D
来自M
二、控制器工作过程
1.取指令 PC 地址 PC+1
M 指令 PC
IR 、译码(θ、寻址方式)
微命令序列
I/O状态 控制台信息
运行状态
微命令 发生器
PSW
时序
…...
送M
译 码
θ寻
IR
PC
+1
地址形成 送M或ALU
D
2.取数(按寻址方式)
组合逻辑控制原理
组合逻辑控制原理
组合逻辑控制原理，是指利用逻辑门（包括与门、或门、非门等）来实现逻辑运算和逻辑函数的一种电路设计方法。
它将多个逻辑门按照一定的组合方式连接在一起，以实现复杂的逻辑功能。
在组合逻辑控制原理中，逻辑门的输入和输出只受当前输入信号的影响，与过去的输入信号无关。
这种控制方式可以通过真值表、卡诺图等方法进行逻辑函数的化简和分析，从而设计出所需的电路。
组合逻辑控制原理的主要特点是无记忆性和无反馈性。
无记忆性是指输出仅与当前输入有关，无法通过当前的输出来控制过去的输入；无反馈性是指输出不会作为输入再次输入到逻辑门中，避免了回路的产生。
组合逻辑控制原理的应用非常广泛，常见于各类数字电路、计算机设计、自动化控制、数字信号处理等领域。
通过合理设计和组合不同的逻辑门，可以实现各种逻辑运算、逻辑函数和逻辑操作，满足不同应用需求。
总之，组合逻辑控制原理是一种利用逻辑门进行逻辑运算和逻辑函数设计的方法，通过组合逻辑门的输入和输出关系，实现复杂的逻辑功能。
它具有无记忆性和无反馈性的特点，被广泛应用于各种电子领域。
组合逻辑控制器部件实验
控制器部件是计算机的五大功能部件之一,其作用是向整机每个部件(包括控制器本身)提供协同运行的需要的控制信号.因而,控制器在计算机组成原理过程中是非常重要的内容,但学生在学习过程中,对其工作原理却常常感到难以理解.教师在讲述这一部分内容时,也常常觉得难以叙述清楚,通过本实验,轻而易举的解决了这一问题。
一．实验设备和运行环境在组合程序控制器方式下，同样可以做汇编语言程序设计、主存储器扩展、I/O接口扩展和中断实验。
这几项实验的操作步骤与在微逻辑控制器方式下的实验操作相同，用户也可参照后面给出的参考步骤。
本节只给出组合逻辑控制器实验的操作步骤。
二.实验目的、原理、实验具体步骤和内容2.1 实验原理控制器的设计实现有两种方式:一种是微程序,另一种是组合逻辑线路,微程序控制器的工作原理,是用一条微指令的控制命令字段来提供一条机器指令的一个执行步骤所需要的控制信号,用这条微指令的下地址字段,指明下一条微指令在控制器存储器中的地址,以便从控制器存储器中读出下一条微指令.换句话说,每一条微指令对应一条机器指令的一个执行步骤。
1、微指令格式微指令由下地址字段及控制字段组成.TH—UNION教学机的微指令格式如下:其中高八位为下地址字段.其余各位为控制字段.1）址形成逻辑TH—UNION 教学机利用器件形成下一条微指令在控制器存储器的地址.下地址的形成由下地址字段及控制字段中的CI3—SCC控制.当为顺序执行时,下地址字段不起作用.下地址为当前微指令地址加1;当为转移指令(CI3—0=0011)时,由控制信号SCC提供转移条件,由下地址字段提供转移地址.2）控制字段控制字段用以向各部件发送控制信号,使各部件能协调工作。
控制字段中各控制信号有如下几类：①对运算器部件为了完成数据运算和传送功能，微指令向其提供了24位的控制信号，包括：4位的A、B口地址，用于选择读写的通用积存器３组３位的控制码I８－I６、I５－I３、I２－I６，用于选择结果处置方案、运算功能、数据来源。
组合逻辑控制器部件教学实验报告
组合逻辑控制器部件实验教学实验报告一、实验目的：通过看懂教学计算中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程，然后自己设计几条指令的功能、格式、和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。
其最终要达到的目的是：1、深入理解计算机控制器的功能、组成知识；2、深入地学习计算机各类典型指令的执行流程；3、对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；4、学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。
二、实验设备与器材：TEC-XP+教学实验系统和仿真终端软件PCEC。
三、实验说明和原理：控制器设计是学习计算机总体组成和设计的最重要部分。
要在TEC-XP16教学计算机完成这项实验，必须清楚地懂得：1、TEC-XP+教学机的组合逻辑控制器主要由MACH器件组成；2、TEC-XP+教学机上已实现了29条基本指令；3、应了解监控程序的A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行有扩展指令的程序；4、要明白TEC-XP+教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；理解TEC-XP+教学机中已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程、也包括控制器设计的实现中的具体路线的控制信号的组成；5、要明确自己要实现的指令功能、格式、执行流程设计中必须遵从的约束条件。
为了完成自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的内容，具体过程包括：（1）、确定指令格式和功能，要受到教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令的格式和分类办法保持一致；（2）、划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的值，应参照已实现指令的处理办法来完成，特别注意的是，读取指令的节拍只能用原来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能地与原用节拍的状态保持一致和相近；（3）、在指令流程表中真写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，应特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用；（4）、在给出来mach的源文件中添加扩展指令的控制信号的逻辑表达式，编译适配后下载到MACH器件中；（5）、写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，继续调试，直到完全正确。
计算机组成原理期末复习 【组合逻辑控制器、微程序控制器专题】 【同步控制、异步控制专题】
计算机组成原理期末复习【组合逻辑控制器、微程序控制器专题】【同步控制、异步控制专题】组合逻辑控制器：执行指令时，由组合逻辑电路（微命令发生器）在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。
微命令发生器：产生全机所需的各种微命令（电位型、脉冲型）微命令：控制最基本的操作（微操作）的命令指令计数器PC：指示指令在M中的位置顺序执行：PC+1 转移执行：PC+1，再用转移地址修改PC指令寄存器IR：存放现行指令状态寄存器PSW：指示程序运行方式，反映程序运行结果时序线路：控制操作时间和操作时刻微程序控制器：微程序控制方式，是指微命令不是组合逻辑电路产生，而是由微指令译码产生。
控制存储器CM：存放微程序。
CM属于CPU不属于主存储器微指令寄存器uIR：存放现行微指令微地址形成电路：提供两类微地址（微程序入口地址、后续微地址）组合逻辑控制方式：综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现；执行指令时，由组合逻辑电路（微命令发生器）在响应时间发出所需微命令，控制有关操作。
优点：产生微命令的速度较快缺点：设计不规整，设计效率较低。
不易修改、扩展指令系统功能应用场合：用于高速计算机，或小规模计算机微程序控制方式：一条微指令包含若干微命令，控制实现一步操作；一段微程序包含若干微指令，解释执行一条机器指令。
微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。
优点：设计规整，设计效率高；易于修改、扩展指令系统功能；结构规整、简洁，可靠性高；性价比高。
缺点：速度慢（访存频繁、转移较多）执行效率不高（未充分发挥数据通路本身具有的并行能力）应用：用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。
同步控制：定义：各项操作受统一时序控制。
特点：时钟周期作为基本的时序单位，一旦确定，便固定不变，主要特点。
有明显时序时间划分，时钟周期时间固定，各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制优点：时序关系简单、时序划分规整，控制不复杂；控制逻辑易于集中，便于管理。
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周 期
ET
转 换 ）
DMA请求？ N Y
中断请求？ N
DMAT
Y
IT
指令流程图与操作时间表
拟定指令流程：确定各工作周期中每拍 完成的具体操作（寄存器传送级） 列操作时间表：列出每一步操作所需的 微命令及产生条件 取指周期
进入FT的方式和条件 初始化时置入FT 程序运行时同步打入FT
指令流程图与操作时间表
SR•DR Ri=>Rj
SR•DR Ri=>MDR
MDR=>M
SR•DR C=>Rj
PC=>MAR
SR•DR C=>MDR
MDR=>M
指令流程图与操作时间表
MOV指令
流程图
例1： MOV R1，R0； FT0： M ET0： R0 ET1： PC
例2： MOV(R1),(R0)； FT0： M ST0： R0 ST1： M DT0： R1 ET0： C ET1： MDR ET2： PC
IR， PC+1 PC
R1
MAR
IR， PC+1 PC
MAR MDR
MAR
源数 C
目的地址
MDR
M
MAR
例3： MOV X(R1),X(R0)； FT0： M IR
PC+1 PC
ST0： PC MAR
形地
ST1： M MDR
C
ST2： PC+1
PC
ST3： C+R0
MAR 源数
取源操作数， 暂存于C， 需5步。
取指周期（FT）
从M中取出指令并译码 修改PC
公操作
取指结束时，按照操作码和寻址方式（R 和非R寻址）转相应工作周期
时序系统
工作周期
源周期ST 按寻址方式（非R寻址）形成源地址 从M取出源操作数，暂存于暂存器C
目的周期DT 按寻址方式（非R寻址）形成目的地址 或从M取出目的操作数，暂存于暂存器D
执行周期ET 按操作码完成相应操作(传送、运算、取转 移地址送入PC、返回地址压栈保存)
ST4： M MDR
C
DT0： PC MAR
形地
取目的地址，
DT1： M MDR
D
DT2： PC+1
PC 目的地址
DT3： D+R1
MAR
暂存于MAR， 需4步。
ET0： C MDR ET1： MDR M ET2： PC MAR
源数送存储器， 需3步。
操作时间表
例： MOV(R1),(SP)+；
FT0： M IR
EMAR R SIR
PC+1 PC PC A A+1 DM CPPC 1 ST
CPFT(P)
CPET(P) CPT(P)
ST0：SP MAR SP A 输出A DM CPMAR T+1
CPT(P)
ST1：M MDR C EMAR R SMDR MDR B 输出B DM
ST2：SP+1 SP DT0：R1 MAR
用计数器T控制节拍数 每开始一个新节拍T计数， 工作周期结束时T清0。
将计数值译码，可产生节拍电位(T0T1T2…)。
时序系统
工作脉冲Ｐ
每个时钟结束时设置一个脉冲。
T
1µS
P 打入寄存器
进行时序转换 （周期状态设置/清除
时钟T计数/清除）
控
FT
制 单 SR
双
转
流
SR
程 （ 工 作
ST
DR DR
DT
FT0： EMAR
PC A S3 S2 S1 S0 M C0 DM
FT0： CPPC 1 FT CPFT( P) 1 ST CPST( P)
CPDT( P)
CPET( P) T+1 CPT ( P)
FT0 R
ST0 ST1 ST2 ST3 ST4
R DT0 DT1 DT2 DT3
ET0 ET1 ET2
时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期时间：１微秒完成一步操作 一次从Ｍ读出，并经数据通路传送的操 作 一次数据通路传送操作 一次向Ｍ写入的操作 模型机以访存时间作为一步操作时间 一个总线周期等于一个时钟周期，可根 据需要扩展
时序系统
时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期数 一个工作周期中的时钟周期数可变 每个工作周期第一拍T=0，
(R) Ri=>MAR
M=>MDR=>C
MOV指令 M=>IR,PC+1=>PC
-(R)
Ri-1=>Ri,MAR
I/(R)+ Ri=>MAR
M=>MDR=>C M=>MDR=>C
Ri+1=>Ri
MOV DST , SRC ；(SRC)=>DST
@(R)+
X(R)
Ri=>MAR
PC=>MAR
M=>MDR=>C M=>MDR=>C
Ri+1=>Ri
PC+1=>PC
C =>MAR
C+Ri=>MAR
M=>MDR=>C M=>MDR=>C
(R) Rj=>MAR
-(R)
Rj-1=>Rj,MAR
I/(R)+ Rj=>MAR
Rj+1=>Rj
@(R)+ Rj=>MAR
Rj+1=>Rj
M=>MDR=>MAR
X(R) PC=>MAR PC+1=>PC M=>MDR=>D D+Rj=>MDR
CPC T+1 CPT(P)
SP A A+1 DM CPSP 1 DT
CPFT(P)
CPET(P) CPT(P)
R1 A 输出A DM CPMAR 1 ET
Байду номын сангаас
取指周期
1 FT = ET(1 DMAT 1 IT)
+ IT
+ DMAT(1 DMAT 1 IT)
1
总清
Q S
FT
Q R
D
C
1 FT CPFT(P)
指令流程图与操作时间表
取指周期
指令流程
FT0： M IR 注：PC PC+1 PC
MAR 在ET
指令流程图与操作时间表
操作时间表
FT0： M IR PC+1 PC
电位型微命令
EMAR, R, SIR
PC A S3S2S1S0MC0 DM
1 ST 或 1 DT 或
1 ET
脉冲型微命令
CPPC CPFT( P) CPST( P) CPDT( P) CPET( P)
转换
CPT ( P)
工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时， 5个时序打入命令都发。
时序关系
计算机组成原理
第十讲：组合逻辑控制器设计
时序系统
工作周期
取指周期FT
源周期ST 用于指令正常执行
目的周期DT
执行周期ET
中断周期IT
用于I/O传送控制
DMA周期DMAT
设置6个触发器分别 1 工作周期开始
作为各周期状态标志 0 工作周期结束
时序系统
工作周期
在整个指令周期中，任何时候必须、且只能 有一个工作周期状态标志为“1”
时序系统
工作周期
执行周期ET
后续指令地址送入MAR
中断周期IT
IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服 务程序前
关中断
保存断点和PSW 转服务程序入口
由软件完成
时序系统
工作周期
DMA周期DMAT DMAT指CPU响应DMA请求后，到传送 完一次数据 DMA控制器接管总线权，控制直传 由硬件完成
时序系统