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计算机的操作:数据的处理、传送 传送是在控制器的控制下,按照指令的要求完成该操作。 指令以二进制形式存放在存储器中;计算机运行时,控制单元首先从存储器中提取指令,然后执行指令。 计算机中的寄存器 存储器 MA和MB 读触发器R:R←0和R←1 写触发器W:W←0和W←1 算术逻辑单元 AC、BR、(ADDER) 相关操作:BR←MB; MB←AC; AC←AC+BR 一些寄存器与指令格式有关 最简单指令—单地址指令格式 由操作码和操作数构成,如指操作码3位;操作数5位。 操作码寄存器OP: OP←MB; MA←MB 地址计数器IC:计算机中指令通常是按地址码的递增顺序执行的;有时要跳转或复位。 IC←IC+1 ;IC←MB;IC←0; MA← IC 计算机的运行过程:提取指令和执行指令 指令周期I:完成与指令提取、解释有关的操作 执行周期E:完成与数据处理有关的操作 (1)加法指令:指令周期 第1个节拍T0: 从存储器取指令:Set R 进行读操作; 第2个节拍T1: 将指令的操作码送到操作码寄存器中解释: MB INTO OP RESET R 第3个节拍T2: 为取下一条指令做准备:Increment IC 第4个节拍T3: 数据→存储器地址寄存器,关指令周期,开执行周期 MB INTO MA RESET I SET E (1)加法指令(续):执行周期 第1个节拍T0: 从存储器取操作数:Set R 进行读操作; 第2个节拍T1: 将取出的数送到ALU的B寄存器中: MB INTO BR RESET R 第3个节拍T2: 实现加法操作:ADD AC,BR 第4个节拍T3: 为下一个指令作准备,打开指令周期,关闭执行周期 IC INTO MA RESET E SET I (2)减法指令 与执行加法指令类似,区别在于执行周期的第3个节拍T2进行SUB命令(如图7.3)。 1.控制电路的任务 ①按确定的流程进行提取指令的操作。这里流程指指令周期中各个节拍的操作顺序,可看作一段由硬件实现的“程序”。 ②对OP中的信息进行翻译,并在执行周期中执行翻译结果。 2.控制电路的硬件设计 (1)周期控制触发器:触发器I和E (存储器读写触发器R、W),见图7.6 (2)节拍产生电路:模4计数器和2-4译码器,见P286页图7.7 (3)操作译码电路:对5位操作码,需要5-32线译码器 (4)控制矩阵/控制器:发出各种操作控制命令(有效电平信号) 命令=∑(节拍信号.指令) 1.无操作指令 ①空指令(SKIP):不作任何事,只是将IC加1 ②跳转指令(JAMP):跳转到某一指定地址,不再按递增顺序变化 ③分支指令(BRANCH):满足某条件时,跳转到某地址;否则顺序执行。 2.移位指令:指令周期+移位周期 8.1 微处理器的发展概况 8.2 计算机的指令格式 多地址指令能够提高计算机的处理速度 目标寄存器←(源寄存器)+(目标寄存器) 栈:存储器重的一个特殊的区域,能够提高计算机运算速度。 访问方式:后进先出(LIFO) 寻址:按指令字的地址从存储器提取数据或指令的过程 (1)直接寻址:指令的地址部分存放的是操作数的地址 (2)立即寻址:指令的地址部分存放的是操作数本身 (3)间接寻址:指令的地址部分存放的是操作数地址的地址,能够扩大寻址空间 (4)相对寻址:指令的地址部分存放的是该操作数地址相对该指令的偏离量 (5)其它寻址方式:变址寻址、寄存器寻址等 计算机中的一些标志位:符号位(Negative)、进位(Carry)、零(Zero)、溢出(Overflow)等 这些标志位被安放在状态寄存器中,如P319页图8.4所示 多程序运行 多指令运行 指令可分解为几个微操作组成:提取指令FI、解释指令DI、产生操作数地址GOA、置操作数LO、执行指令EI等。它们作用于不同对象,互不相干,因而可以同时运行5条指令,使它们的操作一次错开一个节拍。 精简指令计算机RISC的特点: (1)精简指令集,且指令字的结构相同; (2)只有少数几种寻址方式; (3)存储器采用了Cache,每个时钟周期执行一条指令; (4)采用流水线方式; (5)不采用微程序控制器,而使用门和触发器构成的控制器 (6)存放操作数的寄存器被编号,算术指令在两个寄存器之间运行,而不去访问存储器。 采取上述措施,可有效提高计算机的处理速度 * * 第7章 控制单元 7.1 计算机中寄存器及其控制信号 操作码(3位) 地址部分(5位) 7.2 指令执行过程 每个周期分为若干个节拍,每个节拍执行1个或几个操作 (3)取操作数指令 与执行加法指令类似,区别在于执行周期的第
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