第十章 控制单元的1
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计算机控制技术与应用 第10章
适合于在恶劣环境下工作，能抗电源干扰、雷击干扰、 电磁干扰和低电位差干扰；
第五节
DCS与FCS的集成技术
1.现场总线与DCS输入/输出总线的集成 2.现场总线与DCS网络的集成 3.FCS与DCS的集成
集散控制系统的现状 当今DCS向综合化、开放化发展。工厂自动化要求 各种设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间 的通信能力加强,以便构成大系统。
操作员站 打印机
系统网络 SNET
I/O #1
I/O #2
I/O #3
I/O #4
工程 师站
打印机
DCS 结 构 图
第二节 集散控制系统的控制站
现场控制站的主要功能有六种：
数据采集功能：对过程参数，主要是各类传感变送器的模拟信号进行数 据采集、变换、处理、显示、存储、趋势曲线显示、事故报警等。
DDC控制功能：包括接受现场的测量信号，进而求出设定值与测量值的 偏差，并对偏差进行PID控制运算，最后求出新的控制量，并将此控制 量转换成相应的电流送至执行器驱动被控对象。
操作站的基本结构
XL操作站的硬件结构：面向总线的结构
6
通用通信卡 通用通信卡 RM81内存卡 LC81/LC82 RL总线接口卡 DP88 显示卡 CP81B/CP81C CPU卡
通用通信卡选件： RS81—RS232C通信卡 HF81—HF总线通信卡 GB83—GP IB 通信卡 EN82—Ethernet通信卡
第二代产品在原来产品的 基础上,进一步提高了可靠性 ,新开发的多功能过程控制站、 增强型操作站、光纤通信等 更完善了DCS。其基本结构由 六部分组成,即局域网络、多 功能现场控制站、增强型操 作站、主计算机、网络连接 器和系统管理站等。第二代 产品的特点是采用模块化、 标准化设计,数据通信向标准 化迁移,板级模块化,单元结 构化,使之具有更强适应性和 可扩充性。控制功能更加完 善,它能实现过程控制、数据 采集、顺序控制和批量控制 功能。
汽车电器与电子技术答案
汽车电器与电子技术作业参考答案绪论和蓄电池：1 汽车电器设备的特点：低压、直流、单线制、负极搭铁2 汽车电源系统由（ 蓄电池 ）和 （ 发电机 ）组成。
3 蓄电池的作用：起动时供电；发电机发电不足时供电；发电机过载时供电；吸收瞬变过电压；4 蓄电池的组成（填空）。
：极板组、隔板、电解液、外壳等5 蓄电池的化学反应方程式（填空）。
PbO 2 + Pb + 2H 2SO 4充电放电→ 2PbSO 4 + 2H 2O 发电机：1、交流发电机的结构。
（填空）：定子总成、转子总成、整流器、前后端盖。
2、定子总成和转子总成的结构和作用。
转子总成是交流发电机的磁场部分，工作中产生旋转磁场，它主要由转子轴、滑环、爪极、磁轭、磁场绕组等组成组成。
定子总成：定子的作用是产生三相交变电动势。
它由定子铁芯和三相电枢绕组组成。
6、画图分析发电机的输出特性分析（1）发电机转速较低，其电压低于蓄电池电压时，不能向外供电。
当转速高于空载转速n 1时，发电机才有能力向外供电。
（2）发电机的输出电流将随着转速的升高而增大：当转速等于n 2时，发电机输出额定功率。
（3）当转速达到一定值后，发电机的输出电流不再随转速的升高负载电阻的减小而增大，可见交流发电机具有自身限制输出电流的能力，7、简述电子式电压调节器的基本原理。
要保持发电机电压稳定在某一定值不变，在发电机转速变化和用电电流变化的情况下，只能相应地改变发电机的磁通。
这是调节器的工作原理。
对于电子式调节器，当发电机端电压达到调节电压值时，稳压管导通，控制大功率V 2截止，切断了发电机的磁场电路，磁场绕组中无电流流过，发电机的端电压下降。
当发电机端电压降至略低于调节电压值时，稳压管3重新又截止，大功率V 2又导通，接通磁场电路，发电机端电压又升高。
如此反复。
起动系统：1、起动系统的作用和组成。
起动系主要由蓄电池、点火开关、起动继电器、起动机等组成，其作用是利用起动机将蓄电池的电能转换为机械能，再通过传动机构将发动机拖转起动。
第十章 仪表系统分析
1.1.3. 信号制
信号制即信号标准，是指仪表之间采用的传输信号的类型和数值。
1.1.3.1. 信号标准
（பைடு நூலகம்）气动仪表的信号的信号标准
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中国国家标准GB777《化工自动化仪表用模拟气动信号》规定了气动仪表的 信号的下限值和上限值，如表1-2所示
表1 －2
下限
模拟信号的下限值和上限值
上限 100kPa(1kgf/c㎡ )
10.2.3.信号传输制式
1）气动仪表QDZ-I, QDZ-II, 型： 气压信号传输；范围：0.2---1.0 (kgf/cm2) 2）电动仪表DDZ-I, DDZ-II, DDZ-III ,型： 电压/电流信号传输；范围：
I = 0-10mA DC, U = 0-10V DC, (DDZ-I,DDZ-II)； I = 4-20mA DC, U = 1-5V DC, (DDZ-III )； （常规仪表的国际标准信号制式）
说明： 上述信号均为连续变化的模拟量传输信号； 电流信号为恒流形式，电压信号为恒压形式，只要信号 不变，电流/电压值不会随负载的变化而变动。
（2） 基地式控制仪表 基地式控制仪表相当于把单元组合仪表的几个单元组合在一起，构 成一个仪表。 （3） 集散控制系统（DCS系统） DCS 系统是一种以微型计算机为核心的计算机控制装置。其基本特 点是分散控制、集中管理。 （4） 现场总线控制系统（FCS系统） FCS 系统是基于现场总线技术的一种新型计算机控制装置。其特点 是现场控制和双向数字通。
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10.2.3.信号传输制式实例
1）DDZ=II型温度变送器测量范围0-300C，电流信号输出。
现测量温度T为150C, 输出电流信号为多大？
计算机组成原理教学设计
《计算机组成原理》教学设计一、该课程应讲授的内容体系1．基本描述【课程中文名称】：计算机组成原理【课程英文名称】：PRINCIPLES OF COMPUTER ORGANIZATION【总学时】：68【讲课学时】：52【实验学时】：16【授课对象】：计算机科学与技术专业、信息安全专业、生物信息技术专业【先修课程】：数字电路设计2．教学定位《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科教学中的一门重要技术基础课，在计算机科学与技术专业的教学计划中占有重要地位和作用。
学习本课程旨在使学生掌握计算机硬件各子系统的组成原理及实现技术，建立计算机系统的整体概念，对培养学生设计开发计算机系统的能力有重要作用。
该课程为今后学习计算机体系结构、计算机网络、计算机容错技术、计算机并行处理、计算机分布式处理技术等课程打好基础。
3．知识点与学时分配（ 1 ）第一章计算机系统概论（2.5学时）计算机软硬件概念、计算机系统的层次结构、计算机的基本组成、冯•诺依曼计算机的特点、计算机的硬件框图及工作过程、计算机硬件的主要技术指标和本书结构及学习指南。
（ 2 ）第二章计算机的发展及应用（0.5学时）计算机的产生、发展及在各个不同领域的应用。
（ 3 ）第三章系统总线（3学时）总线的基本概念、总线的分类、总线特性及性能指标、总线结构和总线的判优控制及通信控制。
（ 4 ）第四章存储器（10学时）存储器分类和存储器的层次结构；主存储器（包括半导体存储芯片简介、静态随机存取存储器和动态随机存取存储器、只读存储器、存储器与CPU的连接、存储器的校验、提高访存速度的措施）；高速缓冲存储器（包括Cache的基本结构及工作原理、Cache--主存地址映像、替换算法）；辅助存储器（包括辅助存储器的特点及主要技术指标、磁记录原理和记录方式、磁盘存储器的结构、光盘存储器的存取原理）。
（ 5 ）第五章输入输出系统（8学时）输入输出系统的发展概况及组成、I/O与主机的编址方式、传送方式、联络方式以及设备寻址；外部设备分类及简介、I/O接口的功能及基本组成；程序查询方式的工作原理及程序查询接口电路；程序中断方式的工作原理及程序中断接口电路、中断服务流程；DMA方式的特点、DMA接口电路的功能、组成、类型及DMA 的工作过程。
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
动车组概论10(信息系统)
L Y J R S P
L
Y J
V S P
V_车辆广播键
S_辅助键 P_电话键
图10-1系统中两种不同类型的话机 （a）驾驶员话机 （b）乘务员话机
《动车组概论》第十章
19
列车和客车信息发布以及伴音节目通过 车厢扩音器传输。 车厢扩音器与UIC总线、扩音器系统、无 线电话、监视器扩音器、发布设备和话 机连接在一起。 车厢扩音器是模块化、标准结构设备， 包括6个插件单元（下图从左到右）。
35
三、SM3娱乐接收系统 接收系统包括下面的子系统： 娱乐接收系统 听筒控制板网络 视频监测网络
《动车组概论》第十章
36
1．娱乐接收系统结构 娱乐接收系统结构也是模块化，由5个插件式 单元组成。在接收结构的前部实现设备连接配 置，结构由下面的插件式单元组成： （1）电源供给单元 (PWR-11) （2）听筒单元 (HPU-10) （3）传输器和接收器单元(RTX-10) （4）解码单元 (DEC-10) （5）显示处理器单元 (DHP-10)
《动车组概论》第十章 43
思考题
1、旅客信息系统的作用与组成是什么？ 2、动车组旅客信息系统与现有客车的区别？ 3、川崎动车组信息显示系统分为几个主要 部分？ 4、SM3车上模块化、标准结构设备有哪些？
《动车组概论》第十章
44
列车号
2．显示控制单元（ DHP-11） 显示控制单元是插件式单元，安装在娱乐系统 结构内。DHP-11通过RS485总线对显示器进行 控制。
《动车组概论》第十章
32
第四节 娱乐系统
一、SM3娱乐系统的组成 娱乐系统由下面两个部分组成： 传输系统：通过光纤将信息馈入到接收 系统。 每一列车中的接收系统：将声音拆包送 至听筒控制板，将视频拆包送至监视器。
L
Y J
V S P
V_车辆广播键
S_辅助键 P_电话键
图10-1系统中两种不同类型的话机 （a）驾驶员话机 （b）乘务员话机
《动车组概论》第十章
19
列车和客车信息发布以及伴音节目通过 车厢扩音器传输。 车厢扩音器与UIC总线、扩音器系统、无 线电话、监视器扩音器、发布设备和话 机连接在一起。 车厢扩音器是模块化、标准结构设备， 包括6个插件单元（下图从左到右）。
35
三、SM3娱乐接收系统 接收系统包括下面的子系统： 娱乐接收系统 听筒控制板网络 视频监测网络
《动车组概论》第十章
36
1．娱乐接收系统结构 娱乐接收系统结构也是模块化，由5个插件式 单元组成。在接收结构的前部实现设备连接配 置，结构由下面的插件式单元组成： （1）电源供给单元 (PWR-11) （2）听筒单元 (HPU-10) （3）传输器和接收器单元(RTX-10) （4）解码单元 (DEC-10) （5）显示处理器单元 (DHP-10)
《动车组概论》第十章 43
思考题
1、旅客信息系统的作用与组成是什么？ 2、动车组旅客信息系统与现有客车的区别？ 3、川崎动车组信息显示系统分为几个主要 部分？ 4、SM3车上模块化、标准结构设备有哪些？
《动车组概论》第十章
44
列车号
2．显示控制单元（ DHP-11） 显示控制单元是插件式单元，安装在娱乐系统 结构内。DHP-11通过RS485总线对显示器进行 控制。
《动车组概论》第十章
32
第四节 娱乐系统
一、SM3娱乐系统的组成 娱乐系统由下面两个部分组成： 传输系统：通过光纤将信息馈入到接收 系统。 每一列车中的接收系统：将声音拆包送 至听筒控制板，将视频拆包送至监视器。
《控制单元的功能》课件
06
控制单元的实际案例分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
案例一：工业机器人控制单元
总结词
高度集成化
详细描述
工业机器人控制单元通常采用高度集成化的设计，将各种传感器、执行器、控制器等集成在一个紧凑的单元中。 这种设计使得工业机器人能够快速、准确地执行复杂的生产任务，提高生产效率和产品质量。
案例二：智能空调控制单元
总结词
智能化管理
控制单元的性能和功能直接影响着整个自动化系统的性能和功能，因此，在自动化 系统的设计和实现中，控制单元的设计和实现是非常重要的。
02
控制单元的组成与工作原理
组成
01
02
03
04
输入设备
接收来自操作员或传感器的输 入信号，并将其转换为控制单
元可以理解的格式。
逻辑控制器
根据输入信号和预设的程序逻 辑，计算出控制输出信号。
控制单元通常由微处理器、输入输出接口、存储器等组成， 具有强大的数据处理和逻辑运算能力，能够实现各种复杂的 控制算法和控制逻辑。
作用
控制单元在自动化系统中起着至关重要的作用，它能够根据系统的需求和要求，对 各个组成部分进行精确的控制和协调，确保系统能够稳定、可靠地运行。
控制单元的作用包括但不限于：实现各种控制算法和控制逻辑、接收和处理输入信 号或指令、输出相应的控制信号、对系统进行监控和故障诊断等。
详细描述
控制单元可以接收来自各种传感器的信号，根据预设的逻辑或算法进行判断和处理，然 后输出相应的控制信号，实现对家庭设备的自动化控制。在智能家居领域中，控制单元 的应用可以提高生活的便利性和舒适性，降低能源消耗，提升家庭安全性和智能化水平
。
汽车电子
总结词
计算机组成原理考试练习题
ADD,SUB两条指令微程序流程图 (2) ADD,SUB两条指令微程序流程图 因给条件有限取 指操作省略
9.6 设某机主频为8MHz,每个机器周期平均含2个时钟周期, 设某机主频为8MHz,每个机器周期平均含2个时钟周期, 8MHz 每条指令平均有4个机器周期, 每条指令平均有4个机器周期,试问该机的平均指令执行速度为 多少MIPS 若机器主频不变,但每个机器周期平均含4 MIPS? 多少MIPS?若机器主频不变,但每个机器周期平均含4个时钟 周期,每条指令平均有4个机器周期, 周期,每条指令平均有4个机器周期,则该机的平均指令执行速 度又是多少MIPS 由此可得出什么结论? MIPS? 度又是多少MIPS?由此可得出什么结论? 解:时钟周期=1/8MHz=0.125×10-6 =125ns 时钟周期=1/8MHz=0.125× =1/8MHz=0.125 机器周期=125ns =125ns× 机器周期=125ns×2=250ns 平均指令周期=250ns =250ns× 平均指令周期=250ns×4=1000ns 平均指令执行速度=1/1000ns 平均指令执行速度=1/1000ns =1 MIPS 当参数改变后: 当参数改变后: 机器周期=125ns =125ns× 机器周期=125ns×4=500ns 平均指令周期=500ns×4=2000ns 平均指令周期=500ns× =500ns 平均指令执行速度=1/2000s=0.5 平均指令执行速度=1/2000s=0.5 MIPS 结论:两个主频相同的机器,执行速度不一定一样. 结论:两个主频相同的机器,执行速度不一定一样.
第九章 控制单元功能
第十章 控制单元设计
3.在下列说法中——是错误的_____ 在下列说法中——是错误的_____ ——是错误的 A.计算机的速度完全取决于主频 B. 计算机的速度不完全取决于主频 计算机的速度与主频, C.计算机的速度与主频,机器周期内平均含时钟周期数及机器 的平均指令执行速度有关 答案:A 答案: 一个节拍信号的宽度是指______ ______. 7.一个节拍信号的宽度是指______. A.指令周期 B.机器周期 C.时钟周期 答案: 答案:C 8.由于 内部操作的速度较快, .由于CPU内部操作的速度较快,而CPU访问一次存储器的时间较 内部操作的速度较快 访问一次存储器的时间较 因此机器周期通常由_____来确定. 来确定. 长,因此机器周期通常由 来确定 A. 指令周期 B.存取周期 C. 间址周期 .
城市轨道交通车辆第十章 风源及电空制动系统
风 源 系 统
第二节
风 源 系 统
三、空气压缩机组及管路系统
第二节
风 源 系 统
第二节
风 源 系 统
第三节
克诺尔电空制动机
一、制动控制单元BCU（B06）
1. 制动控制单元的组成与控制关系
2. 模拟转换阀
3. 紧急阀
4. 称重阀
（1）结构 （2）作用原理
第三节
克诺尔电空制动机
第三节
5. 均衡阀
（1）弹簧停放制动
（2）紧急制动 （3）快速制动 （4）常用制动 （5）保压制动
3. 制动性能
第二节
风 源 系 统
一、空气压缩机
1. 活塞式空气压缩机
第二节
2. 螺杆式空气压缩机
风 源 系 统
第二节
风 源 系 统
二、空气干燥器
1. 单塔式空气干燥器
第二节
2. 双塔式干燥器
风 源 系 统
第二节
第四节
SD 型电空制动机
第四节
SD 型电空制动机
第四节
SD 型电空制动机
第四节
SD 型电空制动机
第四节
SD 型电空制动机
三、SD 型电空制动机的综合作用
1. 运转位
2. 常用制动位
3. 紧急制动位
4. 备用制动
第五节
1. 单元制动器的组成
基础制动装置
SD 型电空制动机由制动控制器、空重车调整阀、控导阀、 空电转换器、紧急电磁阀、备用电磁阀、双向阀、故障缓解 电磁阀以及各种控制线路等组成。图 10.31 为该型制动机作 用原理方框图（图中未示出故障缓解电磁阀）。
（1）结构 （2）作用原理
克诺尔电空制动机
第9章控制单元的组成原理
CU
M A R
flag
clk
C0~13 、 ALUop
C2
C1
C3
C4
C5
C12
C7
C6
C8
C11
C9
C10
C0
C13
ALUop
ADD @X的控制－执行
取数：C5、C1、C2 计算：C6、C7 写回：C8
M D R
PC
IR
ACC
ALU
CU
M A R
flag
clk
C0~13 、 ALUop
C2
C1
C3
PC+1 PC
(a)
图9-4 指令操作流程(取指令周期)
取指周期：每条指令都要经历的周期是操作。 取操作数周期：要取源操作数的指令进入此周期。其操作流程与源寻址方式有关。 （1）寄存的寻址，RS中的内容为源操作数，将它送入源操作数寄存器SR； （2）寄存器间接寻址，以RS为地址访问主存一次，从存储器中取出源操作数送入源操作数寄存器SR； （3）自增型寄存器间址，除了完成上述间址操作外，还要修改RS的内容，经ALU增1再送回RS；
9.2.4 指令操作流程 每条指令都可分解为一串操作序列，将这些操作按操作周期归类合并，并以流程图的形式画出，就得到指令的操作流程图。反过来，有了操作流程图后，也能非常清晰的了解一条指令的执行过程。简单指令系统的指令操作流程图如图9-4所示。
PC MAR
READ M
MDR IR
对于图9-2所示的数据通路结构，CU需发出下面的微操作控制信号来完成取指令工作。 (1)打开PC各位与MAR各位之间的门C0。 (2)一个开门信号以允许MAR的内容送到地址总线上—C1。 (3)一个存储器的读控制信号送到控制总线上--CR。 (4)一个允许数据总线上的内容被存入MDR的开门信号C2。 (5)对PC内容加1，并返存PC控制信号-C10。 (6)打开MDR和IR之间门的控制信号C3。 CU是CPU中的最主要的组成部分,后面将讨论CU的组成和设计。
M A R
flag
clk
C0~13 、 ALUop
C2
C1
C3
C4
C5
C12
C7
C6
C8
C11
C9
C10
C0
C13
ALUop
ADD @X的控制－执行
取数：C5、C1、C2 计算：C6、C7 写回：C8
M D R
PC
IR
ACC
ALU
CU
M A R
flag
clk
C0~13 、 ALUop
C2
C1
C3
PC+1 PC
(a)
图9-4 指令操作流程(取指令周期)
取指周期：每条指令都要经历的周期是操作。 取操作数周期：要取源操作数的指令进入此周期。其操作流程与源寻址方式有关。 （1）寄存的寻址，RS中的内容为源操作数，将它送入源操作数寄存器SR； （2）寄存器间接寻址，以RS为地址访问主存一次，从存储器中取出源操作数送入源操作数寄存器SR； （3）自增型寄存器间址，除了完成上述间址操作外，还要修改RS的内容，经ALU增1再送回RS；
9.2.4 指令操作流程 每条指令都可分解为一串操作序列，将这些操作按操作周期归类合并，并以流程图的形式画出，就得到指令的操作流程图。反过来，有了操作流程图后，也能非常清晰的了解一条指令的执行过程。简单指令系统的指令操作流程图如图9-4所示。
PC MAR
READ M
MDR IR
对于图9-2所示的数据通路结构，CU需发出下面的微操作控制信号来完成取指令工作。 (1)打开PC各位与MAR各位之间的门C0。 (2)一个开门信号以允许MAR的内容送到地址总线上—C1。 (3)一个存储器的读控制信号送到控制总线上--CR。 (4)一个允许数据总线上的内容被存入MDR的开门信号C2。 (5)对PC内容加1，并返存PC控制信号-C10。 (6)打开MDR和IR之间门的控制信号C3。 CU是CPU中的最主要的组成部分,后面将讨论CU的组成和设计。
计算机组成原理第九、十章答案
（Y）+（C）Z
ZB
Bo，Yi Co，ALUi，+ Zo，Bi
（2） SUB A，H指令流程及微命令序列如下：
PCMAR
PCo，MARi
MM读
1 R
PC+1 PC
MDR IR
+1（图中未标出，
可与前一步并行）
MDRo，IRi
OP=？
SUB
SUB HY
（AC）–（H）Z
ZAC
Ho，Yi
由于题意中没有给出确切的数据通路结构，
故上述节拍分配方案的并行性较低。
2. 写出完成下列指令的微操作及节拍安 排（包括取指操作）。
（1）指令ADD R1，X完成将R1寄存 器的内容和主存X单元的内容相加，结果存 于R1的操作。
（2）指令ISZ X完成将主存X单元的内 容增1，并根据其结果若为0，则跳过下一条 指令执行。
4. 能不能说机器的主频越快，机器 的速度就越快，为什么？
解：不能说机器的主频越快，机器
的速度就越快。因为机器的速度不仅与主 频有关，还与数据通路结构、时序分配方 案、ALU运算能力、指令功能强弱等多 种因素有关，要看综合效果。
5. 设机器A的主频为8MHz，机器周 期含4个时钟周期，且该机的平均指令执 行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令
K K+1
JMP I K 间址特征
解：假设同上题，仍按组合逻辑、单总
线、同步控制安排，带返转指令的全部微操 作及节拍如下：
取指周期： T0 PCMAR，1R T1 PC+1，M(MAR)MDR T2 MDRIR，OP(IR)ID 执行周期：
T0 K(IR)MAR T1 M+1MDR，0 -w
ZB
Bo，Yi Co，ALUi，+ Zo，Bi
（2） SUB A，H指令流程及微命令序列如下：
PCMAR
PCo，MARi
MM读
1 R
PC+1 PC
MDR IR
+1（图中未标出，
可与前一步并行）
MDRo，IRi
OP=？
SUB
SUB HY
（AC）–（H）Z
ZAC
Ho，Yi
由于题意中没有给出确切的数据通路结构，
故上述节拍分配方案的并行性较低。
2. 写出完成下列指令的微操作及节拍安 排（包括取指操作）。
（1）指令ADD R1，X完成将R1寄存 器的内容和主存X单元的内容相加，结果存 于R1的操作。
（2）指令ISZ X完成将主存X单元的内 容增1，并根据其结果若为0，则跳过下一条 指令执行。
4. 能不能说机器的主频越快，机器 的速度就越快，为什么？
解：不能说机器的主频越快，机器
的速度就越快。因为机器的速度不仅与主 频有关，还与数据通路结构、时序分配方 案、ALU运算能力、指令功能强弱等多 种因素有关，要看综合效果。
5. 设机器A的主频为8MHz，机器周 期含4个时钟周期，且该机的平均指令执 行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令
K K+1
JMP I K 间址特征
解：假设同上题，仍按组合逻辑、单总
线、同步控制安排，带返转指令的全部微操 作及节拍如下：
取指周期： T0 PCMAR，1R T1 PC+1，M(MAR)MDR T2 MDRIR，OP(IR)ID 执行周期：
T0 K(IR)MAR T1 M+1MDR，0 -w
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+1
CMAR
控制存储器
地址译码
某机的微指令格式中，共有8 个控制字段，每个字段 可分别激活5、8、3、16、1、7、25、4 种控制信号。
分别采用直接编码和字段直接编码方式设计微指令的
操作控制字段，并说明两种方式的操作控制字段各取 几位。 解： （1）采用直接编码方式，微指令的操作控制字段的 总位数等于控制信号数。即 5+8+3+16+1+7+25+4=69
10.1
微操作命令信号 CLA COM ADD SAT LDA JMP Ad (IR) MAR R
T0
EX 执行
1
1 T1
M(MAR) AC
W
MDR MDR
(AC)+(MDR) AC T2
MDR
MDR 0
M(MAR)
AC AC
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
工作 状态 周期 节拍 条件 标记 T0 T1
10.2
间址周期微程序 中断周期微程序 P P+1 P+2 K K+1 K+2 …
对应 LDA 操作的微程序
对应 STA 操作的微程序
2. 微程序控制单元的基本框图
至 CPU 内部和系统总线的控制信号 OP 微地址 形成部件 顺序逻辑 下地址 CMAR 地址译码 控制存储器 IR
10.2
控制形成下 一条微指令 地址
存放从控存 读出的微指 令
标志 CLK
CMDR
存放全部 微程序
欲读出的微 指令地址
微指令基本格式 操作控制 顺序控制
二、微程序控制单元框图及工作原理
M M+1 M+2 …
转执行周期微程序 转取指周期微程序
10.2
M+1 M+2
取指周期 微程序
间址周期 微程序 中断周期 微程序
… P+1 P+2
P P+1 P+2 K K+1 K+2 …
M ( MAR )
P+ 1 0100
MDR
… 0 P+2
Ad (CMDR ) CMAR 形成下条微指令地址 P+2
CM (CMAR ) 由 CMDR 发命令
形成下条微指令地址 M Ad (CMDR ) CMAR
CMDR
P+ 2
MDR
AC 0 M
0000001 …
(M
CMAR )
(3) 取指阶段
M CMAR
对应 LDA 操作的微程序
M K+1 K+2 M
对应 STA 操作的微程序
3. 工作原理
主存
控存 M M+1 M+2 … P P+1 P+2 … Q Q+1 Q+2 … M+1 M+2
10.2
取指周期 微程序
用 户 程 序
LDA ADD STA STP
X Y Z
P+1 P+2 M
Q+1 Q+2 M K+1 K+2 M …
T0 T1 T2 PC 1 R MDR PC IR ID
原则二
微操作命令 原则三 形成部件
10.1
原则二
MAR
M ( MAR ) ( PC ) + 1 MDR OP ( IR )
3. 间址周期 微操作的 节拍安排
T0 T1 T2 Ad ( IR ) 1 MDR R MDR Ad（IR） M ( MAR ) MAR
CMDR
M
PC
100
0 0 1 M+ 1 PC
CMAR CMDR
M ( MAR )CM (来自MAR )由 CMDR 发命令
( PC ) + 1 MDR
M+1
0100
…
1 0 M+ 2
形成下条微指令地址
M + 2 Ad (CMDR )
CMAR
CM (CMAR )
由 CMDR 发命令
CMDR
M+2
MDR 00100
4. 执行周期 微操作的 节拍安排
① CLA
T0
T1
10.1
非访存指令
T2
0
AC
② COM T0
T1 T2 AC AC
③ SHR T0
T1 T2 L ( AC ) AC0 R ( AC ) AC0
④ CSL
T0
10.1
R ( AC ) L ( AC ) AC0 ACn
T1 T2
⑤ STP
T0 T1 T2 0 G MAR MDR AC 1 W MAR 1 R
对应 LDA 操 作的微程序
对应 ADD 操 作的微程序
K K+1 K+2
对应 STA 操 作的微程序
3. 工作原理
(1) 取指阶段 M CMAR CM ( CMAR ) 由 CMDR 发命令
形成下条微指令地址
M + 1 Ad (CMDR )
M取指周期微程 执行取指微程序 序首地址
10.2
MAR … 1 R
（2）采用字段直接编码方式，需要的控制位少。根
据题目给出的8个控制字段及各段可激活的控制信号
数，再加上每个控制字段至少要留一个码字表示不激
CLK
T0 T1
T2
T3
T0 T1 T2 T3 T0 T1 T2 T3
机器周期 机器周期
二.微操作的节拍安排
采用 同步控制方式 一个 机器周期 内有 3 个节拍（时钟周期）
10.1
CPU 内部结构采用非总线方式
C2 M D R C5 C9 PC C0 M A R 时钟 C10 IR C3 C6 C11
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
…
…
CMDR 操作控制 H L
顺序控制
6. 由硬件产生微程序入口地址
第一条微指令地址 由专门 硬件 产生
中断周期
由 硬件 产生 中断周期微程序首地址
7. 后继微指令地址形成方式原理图
OP 微地址 形成部件
分支 逻辑
10.2
IR
微程序入口 标志 …
地址 选择
多路选择
控制信号 … CMDR
转移方式 下地址
工作 状态 周期 节拍 条件 标记
10.1
微操作命令信号 CLA COM ADD SAT LDA JMP
Ad (IR) 1 MAR R
T0
IND 间址 T1
M(MAR)
MDR
MDR
Ad (IR) EX
T2
IND
1
间址周期标志
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
工作 状态 周期 节拍 条件 标记
3. 画出逻辑图
FE
10.1
JMP
T1
IND
&
&
BAN
&
&
1
LDA
EX
&
ADD &
STA
&
≥
&
1 & &
M ( MAR) MDR
特点
思路清晰
庞杂
简单明了
修改困难
调试困难
速度快 （RISC）
10.2 微程序设计
一、微程序设计思想的产生
1951 英国剑桥大学教授 Wilkes
微操作命令 1
1. 微指令的 下地址字段 指出 2. 根据机器指令的 操作码 形成
10.2
3. 增量计数器
( CMAR ) + 1 CMAR
4. 分支转移
操作控制字段 转移方式 转移地址
转移方式
指明判别条件
转移地址
指明转移成功后的去向
5. 通过测试网络
微指令地址 非测试地址 h 测试地址 l
10.2
测试网络
测试源
C12
AC C8 ALU 标志
C1
C7 C4
CU … …
控制 信号
…
控制信号
1. 安排微操作时序的原则
原则一 微操作的 先后顺序不得 随意 更改 原则二 被控对象不同 的微操作
10.1
尽量安排在 一个节拍 内完成
原则三 占用 时间较短 的微操作 尽量 安排在 一个节拍 内完成 并允许有先后顺序
2. 取指周期 微操作的 节拍安排
⑥ ADD X T0
T1 T2
Ad ( IR ) M ( MAR ) Ad ( IR ) AC
( AC ) + ( MDR ) MDR
⑦ STA X T0
T1 T2
MDR
M ( MAR )
⑧ LDA X
T0
T1 T2
Ad ( IR )
M ( MAR ) MDR
MAR 1
MDR
R
10.1
AC
⑨ JMP X
在微指令的操作控制字段中 每一位代表一个微操作命令
控制信号
10.2
……
下地址
操作控制
速度最快
某位为 “1” 表示该控制信号有效
2. 字段直接编码方式
将微指令的控制字段分成若干 “段” 每段经译码后发出控制信号