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简单控制器的设计及原理
§控制器的概述
控制景的基本功能
1、取指令
2、分析指令
3、执行指令
4、发出各种微操作命令
5、改指令执行顺序的功能
6、具有控制主机与O设备交换信息的功能
7、异常情况和特殊情况的处狸功能
控制器的组成
控制器由如下基本部分组成
(1)程序计数器(PC):用来存放下条将要执行的指令在主存
中的地
(2)指令寄存器(R):用来存放当前正在执行的指令。
(3)指令译码器(D):对指令寄存器中的指令的操作码进行
译码,向微操作控制信号形成部件提供特定的操作控制信号。
(4)时序发
用于产生机器所需的各种时序信号,以控
制有关部件在不同的时间完成的不同操作。
(5)微操作控制信号形成部件:根据不同的时序关系、操作
码和有关的状态标志给岀所需要的微操作控制信号序列
(6)中断机构:对异常情况及某些中断请求进行处理。
(7)总线控制逻辑:对总线上各部件使用总线进行仲裁。
控制器的组成
OP AD
IR(指令寄存器)
指令译码器地址形成
部件
PC(程序计数器
微操作命令
至运算器
序列形成部件
至输入设备
至存储器
至输出设备
匚中断系统了[时序宿号发生器
异常特殊请求
状态控制条件
控制台
控制台
用来实现用户对机作某些干预的部件。
CPU结构控制器
运算器
MAR
存储体
AIR
通用寄LA
存器组
中断匚ID
Ri
ALU
机构夏
MIDR
微操作信号
移位
发生器
时序元件
教据流:除指令流外,在教据通路中流动的信息是数据流。
(1)A→MAR,READ,MDR→BUS→ALU→内存;
(2)Ri→ALU→BUS→Ri(内存)
(3)A→MAR,READ,MDR→BUS→MAR
四、指令周期
CPU每取出弄执行一条指令所需的全部肘间。
取指阶段
执行阶段
取指周期
执行周期
(取指、分析)
(执行指令)
指令周期
由于各种指令操作功能不同,所以各种指令的指令周期
是不相同的。
权指周期
指令周期
无条件转移指令
取指周期
执行周期
指令周期
加法指令
—取指周期
执行周期
指令周期
乘法指令
间接寻址的指令周期包括取指周期、间址周期和执行周
期
取指周期
间址周期
执行周期
指令周期
当CPU采用中新方式实现主机与O交换信息,CPU要
每条指令执行结柬前,发中断查询信号,若检查到ⅣO提
出中断请求,C門U要进入中断响应阶段——中新周期。
个完整的指令周期包括取指、间址、执行和中断四个
子周期。
指令周期流程
取指周期FE
有间址吗?
间址周期IND
执行周期EX
Y
有中断吗?
匚中断周期NT
CPU工作周期的标志
FE、IND、EX和NT分别表示取指、间址、执行和中
断四个周期,用高电平“1”表示有效,则四个周期分别
1→EE、1→ⅣND、1→EX和1→NT四个信号控制。当各个
周期的控制信号为低电平肘则表示相应的周期结柬。
FE
IND
EX
INT
→FE
1→ID
→EX
1→IT
五、指令周期的数据流
1、取指令周期的教据流
AB DB CB
MAR
控制单元CU
存储器
MIR
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