22第二十二讲时序产生器和控制方式
时序控制器的使用说明
时序控制器的使用说明时序控制器是一种用于调控电子设备或系统中不同操作的时间顺序的重要工具。
它可以精确地控制各个操作的时间点和持续时间，从而协调各部分之间的协作，并确保系统的正常运行。
本文将为您详细介绍时序控制器的基本原理和使用方法，以及如何利用这一工具实现各种实际应用。
一、什么是时序控制器？时序控制器是一种基于时钟信号的设备，通过计时器和触发器等内部电路，按照预定的时间序列来控制设备中的不同操作。
通过设置不同的参数和触发条件，可以精确地控制每个操作的开始、结束时间以及操作之间的相对顺序。
二、时序控制器的基本原理时序控制器主要由时钟信号、计时器和触发器组成。
时钟信号是时序控制器的基准信号，用来衡量时间的单位。
计时器用来记录经过的时间，当计时器的值达到设定的时间参数时，触发器会被触发，从而执行相应的操作。
三、时序控制器的使用方法1. 设置时钟信号在使用时序控制器之前，首先需要设置时钟信号。
时钟信号通常通过外部的时钟发生器提供，可以根据需要选择不同的时钟频率。
确保时钟信号的稳定性和准确性对于精确控制时间非常重要。
2. 设置计时器参数计时器参数的设置决定了每个操作的持续时间。
根据实际需要，可以设置不同的时间单位和时间周期。
通过调整计时器参数，可以实现对不同操作时间长度的精确控制。
3. 设置触发条件触发条件决定了每个操作何时触发。
可以设置不同的触发条件，如时间触发、外部信号触发等。
根据实际需求，选择适合的触发条件，并将其与计时器进行关联。
4. 编程和测试根据实际需求，编写相应的程序来控制时序控制器的操作。
在编程完成后，进行测试以验证是否实现了预期的时间顺序和操作。
五、时序控制器的应用领域时序控制器广泛应用于各个领域，如工业自动化、通信系统、医疗设备等。
它可以用来控制设备的启动、停止、复位等操作，确保各个操作的时间协调和正确执行。
同时，时序控制器也可以应用于各种实验室研究中，用于控制实验仪器的操作顺序和时间间隔。
时序产生器
（2）时序信号的体制
组成计算机硬件的器件特性决定了 时序信号最基本的体制是电位—脉冲制。 用这种体制进行寄存器之间的数据传送 时，将数据加在触发器的电位输入端， 而将加入数据的控制信号加在触发器的 时钟输入端。电位的高、低分别表示数 据1、0。
3
组合逻辑控制器中，时序信号往往 采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲制。 主状态周期包含若干个节拍电位，是最 大的时间单位，主状态周期可以用一个 触发器的状态持续时间来表示；一个节 拍电位表示一个CPU周期时间，以表示一 个较大的时间单位；一个节拍电位包含 若干个节拍脉冲，节拍脉冲表示较小的 时间单位。
32
3．联合控制方式
所谓联合控制方式，就是指同步控制 和异步控制相结合的方式。有两种实现方 法： ①大部分操作序列安排在固定的机器周期 中，对某些时间难以确定的操作则以执行 部件的“回答”信号作为本次操作的结束。 ②机器周期的节拍脉冲数是固定的，但是， 各条指令周期的机器周期数却是不固定的。
33
5.2.2 时序产生器
1．时序信号的作用和体制 （1）时序信号的作用 当计算机加电启动后，在时钟脉冲
作用下，CPU将根据当前正在执行的指令 的需要，产生时序控制信号，控制计算 机各个部件有序地工作。计算机之所以 能够准确、迅速、有条不紊地工作，正 是因为在CPU中有一个时序信号产生器。
1
计算机要协调动作就需要时间标志， 而时间标志则是通过时序信号来体现的。 由于操作控制器发出的各种控制信号一般 都是时间因素（时序信号）和空间因素 （部件位置）的函数，时间因素在学习计 算机硬件时不可忽视。
21
读／写时序信号RD’、WE’、 MREQ’、IORQ’是受到控制的，它们只 有在等式右边带撇号的控制信号有效后 才能产生，而不能像原始节拍脉冲T01 ～ T04那样，一旦加上电源后就会自动产生。
CPU的结构和功能解析
3. 程序计数器PC 程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。
操作控制器和时序产生器
数据通路：通常把许多寄存器之间传送信息的通路， 称为“数据通路”。
1. 操作控制器：根据指令操作码和时序信号，产生各种 操作信号，以便正确建立数据通路，从而完成取指令和 执行指令的操作。
2. 时序产生器：因为计算机高速地进行工作，每一个动 作的时间是非常严格的，不能有任何差错。时序产生器 的作用，就是对各种操作实施时间上的控制。
30 000 006 31 40
CLA
c
CLA
c 指令寄存器IR
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
ADD指令的指令周期
ADD指令的指令周期由三个 CPU周期组成。 第一个CPU周期为取指令阶段。 第二个CPU周期中将操作数的地 址送往地址寄存器并完成地址译 码。 在第三个CPU周期中从内存取出 操作数并执行相加的操作。
T周期
T1
T2
T3
T4
CPU周期 （取指令）
CPU周期 （执行指令 ）
相互关系：
指令周期
1个指令周期 = 若干个CPU周期
1个CPU周期 = 若干T周期
取指周期
间址周期
执行周期
◦ 许多类型 ◦ 主要是涉及到处理器内部的寄存器 ◦ 可能的操作有
数据传输 ALU 控制指令的处理
1.从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中 的位置。
网络工程师考试考点分析与真题详解(最新版)
网络工程师考试考点分析与真题详解（最新版）第 1 章计算机组成与结构根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点。
CPU（Centra Processing Unit,中央处理器）和存储器的组成、性能和基本工作原理；常用I/O（Input/Output,输入/输出）设备、通信设备的性能，以及基本工作原理；I/O接口的功能、类型和特点；复杂指令集计算机/精简指令集计算机，流水线操作，多处理机，并行处理。
1.1 计算机组成中央处理器是计算机的控制、运算中心，它主要通过总线和其他设备进行联系，另外，在嵌入式系统设计中，外部设备也常常直接接到中央处理器的外部I/O脚的中断脚上。
中央处理器的类型和品种异常丰富，各种中央处理器的性能也差别很大，有不同的内部结构、不同的指令系统，但由于都基于冯·诺依曼结构，基本组成部分相似。
1.1.1 运算器运算器的主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算、逻辑运算和其他操作。
一个计算过程需要用到加法器/累加器、数据寄存器或其他寄存器，以及状态寄存器等。
加法是运算器的基本功能，在大多数的中央处理器中，其他计算是经过变换后进行的。
一个位加法的逻辑图如图1-1所示。
图1-1 位加法逻辑图其中，Xi、Yi是加数和被加数，Ci+1是低位进位，Ci是进位，Zi是和。
为完成多位数据加法，可以通过增加电路和部件，使简单的加法器变为串行、并行加法器或超前进位加法器等。
运算器的位数，即运算器一次能对多少位的数据做加法，是衡量中央处理器的一个重要指标。
1.1.2 控制器控制器是中央处理器的核心，它控制和协调整个计算机的动作，其组成如图1-2所示。
控制通常需要程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路，以及脉冲源、中断（在图中未表示）等共同完成。
图1-2 控制器的组成有关控制器的各组件的简介如下。
1）指令寄存器（Instruction Register）显然，中央处理器即将执行的操作码记录在这里。
时序控制
异步控制方式又称可变时序控制方式或应答控制方式。执行一条指令需要多少节拍，不作统一规定，而是根 据每条指令的具体情况而定，需要多少时标信号，控制器就产生多少时标信号。这种控制方式的特点是：每一条 指令执行完毕后都必须向控制时序部件发回一个回答信号．控制器收到回答信号后，才开始下一条指令的执行。
时序控制器通常应用在机床加工行业中，可用于各种需要自动化控制的传统机床，用户根据自己的实际情况 来设定程序时间(哪个程序完了之后下来哪个程序开始之行)，开启后，时序控制器设置自动控制机床的运行程序， 减轻了人的运作量，可大大提高运作效率。
一种应用软件
一种应用软件
时序控制是一款理财购物类软件，支持Android 1.6。
方式
方式
时序控制方式为同步控制方式、异步控制方式和同异步联合控制方式3类。
同步控制方式
同步控制方式又称固定时序控制方式或无应答控制方式。任何指令的执行或指令中每个微操作的执行都受事 先安排好的时序信号的控制，每个时序信号的结束就意味着一个微操作或一条指令已经完成、随即开始执行后续 的微操作或自动转向下一条指令的执行。
在我们的日常生活中，有很多地方需要使用定时器。例如，你自己煮咖啡或茶，它需要一个固定的时间，但 你真的没有时间看它在整个过程中。你应该怎么做呢？您可以提醒秒表。但随着秒表，也有可能在开始有偏差。 如果你犯了一个准备时间，让时间本身。该方法可避免的问题。定时控制是一个应用程序，可以帮助你的时间与 准备时间。您设定的时间结束后，应用程序可以调用您的与环吨或振动。你可以设置你喜欢的，使用振动或最大 限度地附和量。在手机屏幕上的时间，可能会变成黑色。您可以设置“屏幕上保持”当然，应用程序将仍然计时， 如果屏幕变成黑色。其它功能将在下面详细地表达。要由电源控制电路、电源变换电路、机械式拨码定时电路、数字式触发器等六个单元电路组成。 时序控制器的电源控制电路根据机械式拨码（秒）定时电路和机械式拨码（分）定时电路输出的控制信号，输出 0~99秒内任意时间的电能或0~99分内任意时间的电能，你可以把供电和停电时间互换，电源变换电路把220v交流 电源变成12v直流电源，作为另五个单元电路的工作电源。时序控制器的机械式拨码定时电路输出两种控制信号。
时序产生器和控制方式剖析
读／写时序信号的译码逻辑表达式为 RD0=C2· RD’ WE0 ＝ C3· WE’ MREQ0 =C2· MREQ’ IORQ0 =C2· IORQ’ 其 RD0， WE0和 MREQ0信号配合后可进行存储器的读／写操作； 而 RD0， WE0和 IORQ0信号配合后可进行外围设备的读／写操 作、表达式右边带撇号的 RD’，WE’，MREQ’，IORQ’是来自 微程序控制器的控制信号，它们都是持续时间为一个CPU周期 的节拍电位信号．这就是说，读／写时序信号 RD0， WE0， MREQ0， IORQ0是受到控制的，它们只有在等式右边带撇号的 控制信号有效后才能产生，而不像节拍脉冲 T10- T40那样，一旦 加上电源后就会自动产生 . 在组合逻辑控制器中．节拍电位信号是由时序产生器本身通过 逻辑电路来产生的，一个节拍电位持续时间正好包容若干个节 拍脉冲 .然而在微程序设计的计算机中，节拍电位信号可由微程 序控制器提供．一个节拍电位持续时间，通常也是一个CPU周 期时间．例如，图 5.20中的RD’，WE’和MREQ’信号持续时间 均为800ns，而一个CPU周期也正好是 800ns.关于微程序控制器 如何产生节拍电位信号，将留在下一节介绍
4．启停控制逻辑 机器一旦接通电源，就会自动产生原始的节拍脉冲信号T10T40．然而．只有在启动机器运行的情况下，才允许时序产生器 发出 CPU工作所需的节拍脉冲T1－T4，为此需要由启停控制逻 辑来控制 T10一T40的发送。同样，对读／写时序信号也需要由 启停逻辑加以控制． 启停控制逻辑的核心是一个运行标志触发器（Cr），见图 5. 21当运行触发器为“ l”时，原始节拍脉冲T10- T40和读／ 写时序信号RDo ， WEo ， MREQo 通过门电路发送出去，变成 CPU真正需要的节拍脉冲信号T1－T4和读／写时序RD，WE， MREQ．反之，当运行触发器为” 0”时，就关闭时序产生器. 由于启动计算机是随机的，停机也是随机的，为此必须要求： 当计算机启动时，一定要从第一个节拍脉冲前沿开始工作．而 在停机时一定要在第四个节拍脉冲结束后关闭时序产生器 .只 有这样，才能使发送出去的脉冲都是完整的脉冲．图5.21中， 在Cr触发器下面加上一个 RS触发器，且用T4信号作Cr触发器的 时钟控制端，那么就可以保证在T1的前沿开启时序产生器，而 在T4的后沿关闭时序产生器．
CPU的结构和功能
指令周期
资料仅供参考
程序的执行过程：
冯. 诺依曼 结构的计算机执行程序的顺序： 1. 正确从程序首地址开始. 2. 正确分步执行每一条指令，并形成下条待 执行指令的地址. 3.正确并自动地连续执行指令，直到程序的最 后一条指令.
指令周期
资料仅供参考
•指令的执行过程
—读取指令
指令地址送入主存地址寄存器
30 000 006
40 000 006
STA
00S0TA006
c
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
40
c
指令寄存器IR
指令周期
资料仅供参考
NOP指令和JMP指令的指令周期
NOP指令是一条空指令，包含两个CPU周期，第一个周 期取指令，第二个周期执行指令，因是空指令，所以操作 控制器不发出任何控制信号。
指令周期的基本概念
1. 指令周期：CPU每取出并执行一条指令，都要完成一系列 的操作，这一系列操作所需用的时间通常叫做一个指令 周期。
2. 机器周期：指令周期常常用若干个CPU周期数来表示， CPU周期也称为机器周期。
3. 时钟周期：由于CPU内部的操作速度较快，而CPU访问一 次内存所花的时间较长，因此通常用内存中读取一个指 令字的最短时间来规定CPU周期。而一个CPU周期时间又 包含有若干个时钟周期（通常称为节拍脉冲或T周期，它 是处理操作的最基本单位）。这些时钟周期的总和则规 定了一个CPU周期的时间宽度。
资料仅供参考
状态条件寄存器
程序记数器PC 000 02451 000000002241
地址寄存器AR
地址总线ABUS
算术逻辑单元
ALU
累加器AC 000 006
+1
第五章控制器原理与CPU组织—5.4时序产生器和控制方式
异步方式。
11
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器 用组合逻辑电路实现时序。 微程序控制器中使用的时序信号产生器由时
钟源、环形脉 冲发生器、节拍脉冲和读写时序 译码逻辑、启停控制逻辑等部分组成。
指令时序信号最基本的体制是 电位---脉冲制
②特点： 无统一时钟周期划分， 各操作间的
衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答
方式。
例.异步传送操作
总线
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。 主
从
● 从设备： 响应主设备请求的设备。
发/接
接/发
4
● 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
例.一个总线周期包含4个时钟周期
时钟
T1 T2 T3 T4
送地址 读/写数据 结束
总线周期(4T)
同步方式
时钟
T1 T2 T3 Tw4
送地址
读/写数据
总线周期(5T)
T4
结束
扩展同步方式
9
③同步方式引入异步应答 以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思 想。
例.8088最大模式，用一根总线请求/应答线 实现总线权的转移。
12
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器
（2）微程序控制器设计的计算机的多级时序体制是两级体制： 节拍电位—节拍脉冲 节拍电位对应CPU周期， 节拍脉冲对应时钟周期
12
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器 1. 时钟源 2. 环形脉冲发生器 3. 时序
计算机组成原理第五章 第3讲 时序产生器和控制方式
上D一、页Q连接寄存器和总线
下寄一存页 器内容输出到总线：
退
–
寄出 存器数据准备好
– CP上升沿出现
– 内容被打入总线或从总线打入寄存器、存储器
第 6 张幻灯片
5.3.1、时序产生器作用和体制
目硬布录 线控制器，采用主状态周期—节拍电位—节 拍脉冲三级体制 上时一序页 信号产生电路复杂
下一页 退出
下–一设页置ALU完成传送操作 退– R出1->ALU
– DBus->DR – DR->R0
在一个节拍电位中完成四个细节操作 有时序关系的四个操作 通过节拍脉冲确定先后次序
第 14 张幻灯片
目录
上一页
节拍下一页 电位退 出
节拍 脉冲
第 15 张幻灯片
5.3.2、时序信号产生器
启停控制逻辑
–目开机录后有连续节拍脉冲 – 必须按需约束 –上需一要页按照规则动作 –下上一边页：启停逻辑
约束 – 操作控制器发出的各种信号是时间（时序信号）和
空间（部件操作信号）的函数。
第 3 张幻灯片
5.3.1、时序产生器作用和体制
目体制录
– 组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号的基本 上一体页制是电位—脉冲制（以触发器为例）
下一页 退出
电位 输入端
时钟脉冲 输入端
电位输入端
第 4 张幻灯片
5.3.1、时序产生器作用和体制
第 11 张幻灯片
5.3.2、时序信号产生器
目环形录 脉冲发生器
– 产生有序的脉冲序列 上–一为页节拍脉冲的产生做准备
下节一拍页 脉冲和读写时序译码
退– 建出立访存时序与节拍的关系
• 如：一个CPU周期中产生四个等间隔的节拍脉冲
时序信号发生器的工作原理
时序信号发生器的工作原理哇塞！今天咱们就来好好聊聊“时序信号发生器的工作原理”！时序信号发生器，这可是个相当重要的玩意儿啊！你知道吗？它在好多电子设备里都起着关键的作用呢！首先，咱们得搞清楚啥是时序信号。
简单来说，时序信号就像是电子世界里的“节拍器”，指挥着各种电路元件啥时候该干啥。
那时序信号发生器又是咋工作的呢？第一，它得有个稳定的时钟源。
这就好比人的心脏，不停地跳动，给整个系统提供稳定的节奏。
这个时钟源可以是石英晶体振荡器，也可以是其他高精度的时钟电路。
你想想，如果这个“心脏”跳得不稳，那整个系统不就乱套啦？第二，有了稳定的时钟源，还得有一系列的分频和计数电路。
为啥呢？因为不同的电路模块可能需要不同频率的时序信号呀！比如说，处理器可能需要高频的时钟，而一些低速的外设可能就只需要低频的信号。
这时候，分频电路就登场啦，把原始的时钟信号分成各种不同的频率，满足不同模块的需求。
然后呢，时序信号发生器还得能产生各种复杂的时序控制信号。
比如说，读写信号、使能信号等等。
这些信号可不是随便来的，它们得根据系统的设计和要求，精确地在合适的时间出现。
这可真是个精细的活儿！你可能会问啦，那这些时序控制信号是怎么产生的呢？这就得靠组合逻辑电路和时序逻辑电路啦！通过巧妙地设计这些电路，就能按照预定的规则生成各种复杂的时序信号。
还有啊，时序信号发生器还得考虑同步和异步的问题。
在一个复杂的系统里，不同的模块可能工作在不同的时钟域，如果处理不好同步和异步的转换，那数据传输就可能出错，系统也就不稳定啦！哎呀，说了这么多，你是不是对时序信号发生器的工作原理有点感觉啦？其实，这只是个大概的介绍，真正深入进去，还有好多好多细节和复杂的技术呢！比如说，如何提高时序信号的精度和稳定性？怎样降低时序信号的抖动？这都是工程师们一直在努力解决的问题。
而且，随着技术的不断发展，时序信号发生器也在不断进化和改进。
新的工艺、新的材料，都给它带来了新的机遇和挑战。
操作控制器与时序产生器
5.1.3 操作控制器与时序产生器CPU中有多个寄存器，每一个完成一种特定的功能。
然而信息怎样才能在各寄存器之间传送呢？又由何种部件控制信息数据的传送呢？本小节介绍这方面的问题。
寄存器之间传送信息的通路，称为数据通路。
信息从什么地方开始，中间经过哪个寄存器或多路开关，最后传送到哪个寄存器，都要加以控制。
在各寄存器之间建立数据通路的任务，是由称为操作控制器的部件来完成的。
所谓操作控制器，就是根据指令操作码和时序信号，产生各种操作控制信号，以便正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制的部件。
操作控制器根据设计方法不同可分为：硬布线控制器、微程序控制器和门阵列控制器等三种。
硬布线控制器，它是采用组合逻辑技术来实现的操作控制器；微程序控制器，它是采用存储逻辑来实现的操作控制器；门阵列控制器是吸收前两种设计思想，即逻辑技术和存储逻辑技术相结合的操作控制器。
本书重点介绍微程序控制器。
操作控制器产生的控制信号必须定时，还必须有时序产生器。
因为计算机高速地进行工作，每一个动作的时间是非常严格的，不能有任何差错。
时序产生器的作用，就是对各种操作实施时间上的控制。
CPU 中除了上述组成部分外，还有中断系统、总线接口等其他功能部件，这些内容将在以后各章中陆续展开。
综上所述，CPU 是由控制器组成的，控制器控制计算机运行，而运算器完成对操作数据的加工处理，一个典型的CPU具有：多个通用寄存器，用来保存CPU运行时所需的各类数据信息或运行状态信息；算术逻辑运算单元(ALU)，对寄存器中的数据进行加工处理；操作控制器，产生各种操作控制信号，以便在各寄存器之间建立数据通路；时序产生器，对各种操作控制信号进行定时，以便进行时间上的约束。
时序控制
时序控制计算机的工作过程是执行指令的过程。
一条指令的读取和执行过程常常需分成读取指令、读取源操作数、读取目的操作数、运算、存放结果等步骤。
这就需要一种时间划分的信号标志，如周期、节拍等。
同一条指令，在不同时间发送不同的微操作命令，做不同的事，其依据之一就是不同的周期、节拍信号。
CPU的许多操作都需要严格的定时控制，比如在规定的时刻将已经稳定的运算结果打入某个寄存器，这就需要定时控制的同步脉冲。
计算机系统中产生周期节拍、脉冲等时序信号的部件称为时序发生器。
对于时序发生器及时序的概念在前面第二章有专门的叙述。
下面着重叙述时序控制方式、多级时序的建立和典型的指令周期。
一、时序的概念计算机的时间控制称为时序。
指令系统中每条指令的操作均由一个微操作序列完成，这些微操作是在微操作控制信号控制下执行的。
即指令的执行过程是按时间顺序进行的，也即计算机的工作过程都是按时间顺序进行的。
时序控制方式分为同步控制和异步控制两大类。
（一）同步控制（1）时间分配同步控制的基本特征是将操作时间划分为许多时钟周期，周期长度固定，每个时钟周期完成一步操作。
CPU则按照统一的时钟周期来安排严格的指令执行时间表。
各项操作应在规定的时钟周期内完成，一个周期开始，一批操作就开始进行，该周期结束，这批操作也就结束。
各项操作之间的衔接取决于时钟周期的切换。
（2）同步定时有许多操作需要严格的同步定时。
时钟周期提供了加法运算的时间段，即时间分配。
同步打入脉冲则决定读入运算结果的时刻，即同不定时。
（3）各部件间的协调在一个CPU的内部，通常只有一组统一的时序信号系统，CPU内各部件间的传送也就由这组统一的时序信号同步控制。
（二）异步控制异步控制方式指操作按其需要选择不同的时间，不受统一的时钟周期的约束，各项操作之间衔接与各部件之间的信息交换采取应答方式。
二、指令周期多级时序的建立1．时序划分层次(1)指令周期读取并执行一条指令所需的时间称为一个指令周期。
时序产生器
读／写时序信号RD’、WE’、 MREQ’、IORQ’是受到控制的，它们只 有在等式右边带撇号的控制信号有效后 才能产生，而不能像原始节拍脉冲T01 ～ T04那样，一旦加上电源后就会自动产生。
22
在组合逻辑控制器中，节拍电位信 号是由时序产生器本身通过逻辑电路来 产生的，一个节拍电位持续时间正好包 含若干个节拍脉冲。而在微程序控制器 的计算机中，节拍电位信号可由微程序 控制器提供，一个节拍电位持续时间， 通常也是一个CPU周期时间。
RD0 C2RD', WE0 C3WE'
MREQ0 C2MREQ', IORQ0 C2 IORQ'
其中，RD0、WE0和MREQ0信号配合后 可进行存储器的读／写操作；而RD0 、 WE0和 IORQ0信号配合后可进行外围设备 的读／写操作。表达式右边带撇号的 RD’、 WE’、 MMQ’和 IORQ’是来自 微程序控制器的控制信号，它们都是持 续时间为一个CPU周期的节拍电位信号。
T10 C1C2 T30 C3
,T20 C2 C3
, T40 C1
由图5.18可知，一个CPU周期是由 T01 、 T02 、 T03 、 T04 顺序组成的，下 一个CPU周期又按固定的时间关系，重复 T01 、 T02 、 T03 、 T04的先后次序，以 供给机器工作时所需的原始节拍脉冲。 读／写时序信号的译码逻辑表达式为：
2
（2）时序信号的体制
组成计算机硬件的器件特性决定了 时序信号最基本的体制是电位—脉冲制。 用这种体制进行寄存器之间的数据传送 时，将数据加在触发器的电位输入端， 而将加入数据的控制信号加在触发器的 时钟输入端。电位的高、低分别表示数 据1、0。
3
第二十二讲时序产生器和控制方式
联合控制方式
控制方式的实质是 反映了时序信号的 定时方式。
相关计算
例 若某主机主频为200MHz，每个指令周期平均
为2.5个机器周期，每个机器周期平均包含2个
主频周期，问：
1. 2.
该机平均指令执行速度为多少MIPS？ 若主频不变，但每个指令平均包含5个机器周 期，每个机器周期又包含4个主频周期，平均 指令执行速度又为多少MIPS？
等长脉冲信号的部件(类 ຫໍສະໝຸດ 个分操作的顺序。协调计算机的动作。
似摆动的时钟)。 操作控制器发出的各种 信号是时序信号(时间)和 部件位置 (空间 )的函数。 B. 控制器的组成： IR,PC, 译码器，时序产生器和
操作控制器。
C.
操作控制器的三种设计方法：硬布线控制器， 微程序存储设计，组合与存储相结合的方式。
二 时序信号的体制
1 硬件布线控制器采用的三级时序系统。 主状态周期－节拍电位－节拍脉冲
主状态周期：一个触发器的状态持续时间。
节拍电位：表示一个CPU周期的时间。
节拍脉冲：在一个节拍电位内设置一个或几
个具有一定宽度的工作脉冲，以保证触发器
稳定的翻转。
1个主状态周期包含若干节拍电位；1个节拍 电位包含若干节拍脉冲。
二 时序信号的体制
1.
引理 最基本时序体制：由计算机硬件的器
件特性决定的电位－脉冲二级体制。 1.说明：节拍电位信 当无时钟脉冲作 用时，控制电路 号是信息的载体， 被封锁，无论 D为 而脉冲信号是起 何值，触发器状 定时触发作用的， 态保持不变 一般要求脉冲信 2. 当时钟脉冲作用 号到来之前，电 时，若 D=0，触发 位信号必须已稳 器状态被置 0；若 定，以保证数据 D=1 的有效稳定。 ，触发器状态 被置1。
时序控制方式PPT课件
第10页/共29页
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。
11
第11页/共29页
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才开始取下条指令。这种方式控制简单，但在时间上不能
22
第22页/共29页
时序控制方式（续）
• 2、同步控制方式的多级时序系统（续） • 3）时钟脉冲信号 • 节拍的长度确定后，时钟脉冲信号的频率也就随之确定了。在时序系统中由时钟发生器产生时钟脉冲信号，
作为时序系统的基本定时信号。此外，在节拍信号的配合下，使用时钟脉冲前将运算结果打入寄存器，其 后沿实现周期切换等功能。
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。
4
第4页/共29页
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
过整形分频后得到时钟脉冲信号。启停控制线路控制时钟脉冲的发与不发。节拍发生器按先后顺序，循环 地发出若干节拍信号，它通常用计数译码电路构成。
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时序控制方式（续）
• 2、同步控制方式的多级时序系统（续）
启动 暂停
主振
周期触发器
M1 M2 … …
时钟发生器
时钟脉冲 CLK
节拍发生器
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时序控制方式与时序系统-Read
20位地址线 Σ
外部总线 总线控制逻辑 16位数据线
CS DS ES SS IP
指 令 队 列
CPU内总线
AH BH CH DH SP BP DI SI
AL BL CL DL
暂存器
EU控制器
ALU
微操作信号 标志寄存器
二、8086/8088寄存器
1、段寄存器 2、通用寄存器 3、用于控制的寄存器
时序控制方式与时序系统
一、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。
同步控制的特征：将操作时间划分为 若干长度相同的时钟周期ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在一个或 几个时钟周期内完成各个微操作。
同步控制的优点：时序关系简单，结构 上易于集中，相应的设计和实现方便。 二、同步控制方式的多级时序系统
设置时序系统的目的：产生统一的时序 信号对各操作进行定时控制。
三、8086/8088的主存储器
1、 8086/8088主存储器的特点
2、 主存储器的段结构 3、 逻辑地址与物理地址
四、8086/8088的堆栈组织
1、 堆栈组织
2、 堆栈操作
1、多级时序
在同步控制方式中，将时序信号划分为几级 称为多级时序。
（1）指令周期：从取指令、分析指令到执行 完该指令所需时间。 （2）机器周期：将指令周期划分为几个不同 的阶段，每个阶段所需的时间称为机器周期。 （3）时钟周期：将一个机器周期划分为若干 相等的时间段，每个时间段完成一步基本的 操作。这个时间段用一个电平信号宽度对应， 称为时钟周期。
（1）时钟脉冲信号：由时钟发生器产生时钟 脉冲信号，作为时序系统的基本定时信号。 2、多级时序信号之间的关系 3、时序系统的组成
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三 时序信号产生器(时序发生器)
基本组成：时钟系统，环形脉冲发生器，节 拍脉冲，读写时序译码逻辑，启停控制逻辑。
说明： 各种计算机的时序发生器不尽相同，硬
布线逻辑控制器的时序发生器电路比微程序 控制器的要复杂。
三 时序信号产生器(时序发生器)
RD WE T1 T2 T3 T4
启停控制逻辑 节拍脉冲和读写时序译码逻辑
22第二十二讲时序产生器和控 制方式
5.3 时序产生器和控制方式
第5章中央处理器
教学内容
时序信号。 时序体制 环形脉冲发生器。 控制方式
教学要求
了解时序信号的作用。 掌握各种技术所使用的时序信号体制。 了解环形脉冲发生器的原理。 了解计算机的多种控制方式。
教学难点
环形脉冲发生器
启动 停机Байду номын сангаас
RD’ WE’
环形脉冲发生器
时钟脉冲源
时钟源用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电 平环匹形启配脉停的冲控方发制波生逻时器辑钟是脉:只产冲有生信在一号启组。动有机序器的运间行隔的相情等况或下不，等才的允脉 冲序许列时，序通产过生译器码发电出路CP来U产工生作最所后需所的需节的拍节脉拍冲脉T1冲-T。4
1. 该机平均指令执行速度为多少MIPS？ 2. 若主频不变，但每个指令平均包含5个机器周
期，每个机器周期又包含4个主频周期，平均 指令执行速度又为多少MIPS？ 3. 由此可以得出什么结论？
小结
时序产生器的设计与学习需要数字逻辑电路 设计的基础，所以学习的重点不是电路的设 计，只需分析电路的时序产生即可。
一 时序信号的作用
A. 时序信号的作时用序：发生区器分是数自动据产与生 指令，严格控制 各个分操作的等 似顺长 摆序动脉的冲。时信协钟号调)的。部计件算(类机的动作。
操作控制器发出的各种 信号是时序信号(时间)和
B. 控制器的组成部：件I位R置,P(C空,间译)的码函器数。，时序产生器和 操作控制器。
3. 节T3 拍脉冲可以把1个节拍电位划分为相等或不相等的 时间T4 间隔。
P
补充(5.4节微程序控制器)
3 现代机器的控制器 ➢ 核心部件是微操作产生部件，微操作产
生部件采用的是组合逻辑设计思想， ➢ 输入信号是指令译码器的输出，时序发
生器的时序信号以及程序运行的结果特 征及状态。 ➢ 输出是一组带有时间标志的微操作控制 信号。
C. 操作控制器的三种设计方法：硬布线控制器， 微程序存储设计，组合与存储相结合的方式。
二 时序信号的体制
1. 引理 最基本时序体制：由计算机硬件的器
件特性决定的电位－脉冲二级体制。 1.说当明无：时节钟拍脉电冲位作信 用号时是，信控息制的电载路体， 被而封脉锁冲，信无号论是D起为 何定值时，触触发发作器用状的， 态一保般持要不求变脉冲信 2. 当号时到钟来脉之冲前作，用电 时位，信若号D必=0须，已触稳发 器定状，态以被保置证0；数若据 D的=1有，效触稳发定器。状态 被置1。
任何情况下，已定的指令在执行时所需的机
器周期数和时钟周期数都固定不变。
异步控制方式：无统一时钟信号，应答式。
其特点是：每条指令、每个操作控制信号需
要多少时间就占用多少时间。
联合控制方式
控制方式的实质是 反映了时序信号的 定时方式。
相关计算
例 若某主机主频为200MHz，每个指令周期平均 为2.5个机器周期，每个机器周期平均包含2个 主频周期，问：
在运行标志触发器下面加了一个R-S触发 器，并用C4作为运行触发器的时钟信号， 保证时序信号发生器启动时从第一个节拍 脉冲信号的前沿开始工作，停止在第四个 节拍脉冲信号的后沿终止工作，
2 时序信号产生器(时序发生器)
时序图说明 了如何根据 时钟产生节 拍脉冲。
四 控制方式
同步控制方式 ：系统具备统一时钟信号，在
二 时序信号的体制
1 硬件布线控制器采用的三级时序系统。 主状态周期－节拍电位－节拍脉冲
➢ 主状态周期：一个触发器的状态持续时间。 ➢ 节拍电位：表示一个CPU周期的时间。 ➢ 节拍脉冲：在一个节拍电位内设置一个或几
个具有一定宽度的工作脉冲，以保证触发器 稳定的翻转。 ➢ 1个主状态周期包含若干节拍电位；1个节拍 电位包含若干节拍脉冲。
硬布线控制器中的时序信号
主状态周期 节拍电位1 节拍电位2
节拍脉冲
二 时序信号的体制
1. 2 微程序控制器的时序体制是节拍电位－节拍
脉冲二级制。
cpu1
2.
说明：
cpu2
1. 与上一节内容的关系：节拍电位=CPU周期=机器周
cpu3
期；节拍脉冲=时钟周期。时序信号是硬件决定的，
T1 不依赖软件，指令周期是由软硬件决定的。 2. T2节拍电位可以包含n个节拍脉冲(n≥1) 。
RD=C2·RD′ WE=C3·WE′
环形脉冲发生器波形
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Φ Φ
C4
C1
1110
C2
0110
C3
0010
逻辑电路
启停控制电路
启停控制电路的核心是运行标志触发器， 当运行标志触发器为1时，允许节拍脉冲 T10-T40发出，为0时，节拍脉冲信号被封锁。
了解时序系统体制，对时序的三级体制有深 刻的理解。
能进行相关的计算。
谢谢