时序控制方式

第16页/共28页
软件开发分院
时序控制方式（续）
1、同步控制方式（续）
目前的微机系统中较多采用同步控制方式。
例如，在PC机中就用时钟周期作为基本定时单位，CPU 按指令执行时间的长短为其分配时钟周期数，最短的指令 只需2个时钟周期，较长的指令则占用多个时钟周期。由 于时钟周期短，因此时间安排比较紧凑且经济。
第7页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） （3）执行指令 1）取操作数 如果现行指令需要从主存取操作数，就需要安排
时间再次访问存储器。如果是间址方式或是取双 操作数，则访问主存次数就更多。若是变址方式， 在取数之前还需安排时间进行变址计算。
第8页/共28页
叠执行，即在对现行指令执行运算操作时提前从 主存取出下条指令，而不必等当前指令全部执行 完，但如果程序需要转移，预取下条指令就要失 败。不过由于大多数情况下程序流程是顺序执行， 下条指令地址并不依赖本次执行结果，所以预取 指令还是能有效地提高执行速度。
第13页/共28页
软件开发分院
时序控制方式
很显然，执行一条指令的过程可分为几个阶段，而每段又 分为若干步基本操作，每一步操作则是由控制器产生相应 的一些控制信号实现的。因此，每条指令都分可分解为一 个控制信号序列，指令的执行过程就是依次执行一个确定 的控制信号序列的过程。
才开始取下条指令。这种方式控制简单，但在时 间上不能充分利用部件。例如在ALU进行运算时， 主存是空闲的，在访问主存时，ALU又是空闲的。 模型机就采用这种简单的指令衔接方式。
第12页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
2、指令之间的衔接方式（续） 为了提高设备利用率和运算速度，可以让指令重
第15页/共28页
软件开发分院
时序控制方式（续）
1、同步控制方式（续） 在CPU内部通常是采用同步控制方式，此外在
CPU、主存、各I/O接口之间也可以采用这种方式。 一般是由CPU提供统一的时序信号来控制各大部 件之间的数据传送，这时的传送操作可能需要几 个时钟周期。
同步控制方式的优点是时序关系简单，结构上易 于集中，相应的设计和实现比较方便。在实际应 用中，根据不同的需要，同步控制方式也有了一 些扩展。
教学目标
掌握指令的执行过程 掌握时序控制方式
第1页/共28页
软件开发分院
教学内容
指令的执行过程 时序的控制方式
第2页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程
1、指令的分段执行过程 2、指令之间的衔接方式
第3页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程 指令执行的3个阶段：读取指令，分析指令和执行
第5页/共28页
软ห้องสมุดไป่ตู้开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） （1）取指令 根据指令计数器PC提供的地址从主存储器中读取
现行指令，送到主存数据缓冲器MDR中，然后再 送往CPU内的指令寄存器IR中。同时改变指令计 数器的内容，使指令计数器指向下一条指令地址 或紧跟现行指令的立即数或地址码。
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） （3）执行指令 3）形成下条指令地址 对于顺序执行的指令，下条指令地址在取指令、
取立即数、取地址码时，就已形成在PC中；如果 是转移类指令，则将形成的转移地址送到PC中。 以后再取下一条指令，分析，执行，如此循环直 至程序执行完毕或外来干预为止。
1、同步控制方式 同步控制方式是指各项操作由统一的时序信号进行同步控
制，这就意味着各个微操作必须在规定时间内完成，到达 规定时间就自动执行后继的微操作。
同步控制的基本特征是将操作时间分为若干长度相同的时 钟周期（也称为节拍），要求在一个或几个时钟周期内完 成各个微操作。机器的时钟频率（主频）的选择主要取决 于CPU内部的操作。通常时钟应能完成CPU内部花费时间 最长的微操作。显然，对于花费时间少的微操作，就会有 时间上的浪费，这种是同步控制方式的一个缺点。
由于执行指令的各步操作是有先后次序的，并且许多控制 信号的长短也有严格的时间限制，这就需要引入时序信号 对它们进行定时控制。时序控制方式就是指微操作与时序 信号之间采取何种关系，它不仅直接决定时序信号的产生， 也影响到控制器及其它部件的组成，以及指令的执行速度。
第14页/共28页
软件开发分院
时序控制方式（续）
第10页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
2、指令之间的衔接方式 有2种方式：串行的顺序安排方式与并行的重叠处
理方式。 采用不同的处理方式将对CPU的总体结构与时序
系统有很大的影响。
第11页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
2、指令之间的衔接方式（续） 串行的顺序安排方式是指在一条指令执行完毕后
软件开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） （3）执行指令 2）执行操作 如果现行指令需要运算，则需考虑形成稳定运算
结果的时间，为此安排专门的节拍。对乘除、浮 点运算则需占用更多的节拍。若运算结果需送回 主存单元，则应安排时间以完成对主存的写操作。
第9页/共28页
软件开发分院
指令。读取与分析指令的操作，对所有指令几乎 都一样，而每条指令的执行阶段的具体操作则有 效大差别。 比如：有的指令需要从存储器中取操作数，再进 行运算，运算结果还要写回存储器，因此执行阶 段还可细分。
第4页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） 指令执行过程一般可分为： （1）取指令 （2）分析指令 （3）执行指令
第6页/共28页
软件开发分院
指令的执行过程（续）
1、指令的分段执行过程（续） （2）分析指令 如果CPU采用组合逻辑控制器，则通过译码电路
译出IR中指令各字段表示什么操作，并在时序系 统地配合下产生该指令对应的微操作命令序列。 如果CPU采用微程序控制器，则可根据指令的操 作码与标志位转向控制存储器取出对应的微程序， 由微指令提供微操作命令序列。 通常译码电路工作只需很短的一点时间，因此不 必为分析指令含义去设置专门的节拍。