第26讲第9章控制单元的功能(9.1-9.2.2).docVIP

计算机组成原理 课程教案（第26次课） 章 节 名 称 第9章 控制单元的功能（9.1~9.2.2） 授 课 方 式 理论课 教学环境及教具准备 教 学 目 的 让学生了解和掌握指令周期各阶段的微操作命令，进一步理解指令周期、机器周期、时钟周期和控制信号的关系，为下一章设计控制单元打好基础 教 学 重 点 控制单元在不同指令的取指阶段、间址阶段和中断周期中，发出的操作命令，典型指令各阶段控制信号的分析 教 学 难 点 总线结构和非总线结构控制信号的特点 教 学 基 本 内 容 是否重、难点 方法及手段 9.1微操作命令的分析 9.1.1取指周期 9.1.2间址周期 9.1.3执行周期 9.1.4中断周期 9.2控制单元的功能 9.2.1控制单元的外特性 9.2.2控制信号举例 重点 重点 了解 重点 了解 重点难点 多媒体讲解 多媒体讲解 举例讲解 多媒体讲解 多媒体讲解 举例讲解 教 学 过 程 与 设 计 复习旧课：中断屏蔽技术的主要作用有哪些？ 引入新课：CPU通过什么方式标志系统处在指令周期的不同阶段? 9.1微操作命令的分析 控制单元具有发出各种微操作命令（即控制信号）序列的功能。 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。 9.1.1取指周期 当前指令地址送至存储器地址寄存器，记作PC—MAR 向主存发送读命令，启动主存做读操作，记作1—R 将MAR所指的主存单元内容（指令）经数据总线读至MDR内，记作M（MAR）—MDR 将MDR的内容送至IR，记作MDR—IR 指令的操作码送至CU译码，记作OP（IR）—CU 形成下一条指令的地址，记作（PC）+1—PC 9.1.2间址周期 间址周期完成取操作数有效地址的任务，具体操作如下。 将指令的地址码部分（形式地址）送至存储器地址寄存器，记作Ad（IR）—MAR 向主存发送读命令，启动主存做读操作，记作1—R 将MAR所指的主存单元内容（指令）经数据总线读至MDR内，记作M（MAR）—MDR 将有效地址送至指令寄存器的地址字段，记作MDR—Ad（IR） 9.1.3执行周期 不同指令执行周期的微操作是不同的，分别讨论非访存指令、访存指令（加法、存数、取数）和转移类指令（条件转移、无条件转移）的微操作。 P378页图9.1展示了三类指令的指令周期。 9.1.4中断周期 在中断周期，由中断隐指令自动完成保护断点、寻找中断服务程序入口地址以及硬件关中断的操作。具体操作如下： 将特定地址“0”送至存储器地址寄存器，记作0—MAR 向主存发送写命令，启动主存做写操作，记作1—W 将PC的内容（程序断点）送至MDR，记作PC—MDR 将MDR的内容（程序断点）通过数据总线写入到MAR所指示的主存单元（0地址单元），记作MDR—M（MAR） 将向量地址形成部件的输出送至PC，记作向量地址—PC，为下一条指令的取指周期做准备 关中断，将允许中断触发器清零，记作0—EINT（可由硬件完成） 须注意： 若程序断点入栈，且进栈操作是先修改栈指针，后存入数据，只需将第一步改为：（SP） 实 验 内 容 实验七 基本模型机的设计与实现 1在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统以构造一台基本模型实验计算机。 2设计五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试，掌握整机软硬件组成概念。 课 内 练 习 PPT多媒体教学课件后的课堂练习题 课 外 作 业 P393~394页教材课后练习题 考 核 要 求 1.本章考试题型主要有：选择题、填空题、简答题、设计应用题 2.本章主要考核常见的控制方式，指令周期、机器周期、节拍（状态）周期和时钟周期的概念及其之间的关系 参 考 资 料 [1]白中英.计算机组成原理（第四版.立体化教材）.科学出版社,2012 [2]唐朔飞.计算机组成原理学习指导与习题解答.高等教育出版社,2010 [3]李淑芝.计算机组成原理考研指定教材习题解答.自编,2013 [4]李淑芝,欧阳城添,等.计算机组成原理实验指导书(2013版), 自编,2013 教 学 后 记 学生通过控制单元的功能章节的学习，将进一步理解指令周期、机器周期、时钟周期（节拍）和控制信号的关系，进一步体会CU在机器运行中所起的核心作用，但需要加强实验环节理论联系实践