控制单元与计算机结构讲解.ppt

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