计算机组成原理笔记（10）---控制单元CU，组合逻辑设计

目录

1 微操作命令

 2 控制单元CU的功能

 3 组合逻辑设计

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1 微操作命令

1.1 指令完成---4个周期

取指周期---间址周期---执行周期---中断周期

1.2 取指周期

 1.3 间址周期

 

1.4 执行周期 

1、非访存指令

2、访存指令 

 

 

3、转移指令 

 

 4、三类指令的指令周期

 

 1.5 中断周期

 

 2 控制单元CU的功能

 2.1 控制单元的外特性

 

 2.2 输入信号

 1、时钟

 CU受时钟控制；一个时钟脉冲；发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令

 2、指令寄存器 OP(IR)->CU---控制信号与操作码有关

3、标志---CU受标志控制

4、外来信号 ----INTR中断请求；HRQ总线请求

2.3 输出信号

 2.4 控制信号

1、不采用CPU内部总线方式

 

 2、采用CPU内部总线方式

 

 

 2.5 多级时序系统

 1、机器周期

 （1）机器周期---所有指令执行过程中的一个基准时间

 （2）基准时间的确定

 以完成最复杂指令功能的时间为准；以访问一次存储器的时间为基准

2、时钟周期（节拍、状态）

（1）一个机器周期内可完成若干个微操作，每个微操作需一定的时间；

（2）一个机器周期分为若干个时间相等的时间段（节拍、状态、时钟周期）

（3）时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间；用一个时钟控制产生一个或几个微操作命令

 3、多级时序系统

 机器周期、时钟周期（节拍、状态）组成多级时序系统

一个指令周期包含若干个机器周期；一个机器周期包含若干个时钟周期

 4、机器速度与机器主频的关系

 （1）在机器周期所含时钟周期数相同的前提下，两机平均指令执行速度之比等于两机主频之比；

（2）机器速度不仅与主频有关，还与机器周期中所含时钟周期（主频的倒数）数以及指令周期中所含机器周期数有关；

2.6 控制方式---产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式

1、同步控制方式

任一微操作均由统一基准时标的时序信号控制

（1）定长的机器周期---机器周期内节拍数相同

         以最长的微操作序列和最复杂的微操作作为标准；

（2）不定长的机器周期---机器周期内节拍数不等

 （3）采用中央控制和局部控制相结合

 

 2、异步控制方式

 无基准时标信号；无固定的周期节拍和严格的时钟同步；采用应答方式

 3、联合控制方式---同步+异步

 4、人工控制方式

 （1）Reset；（2）连续和单条指令执行转换开关；（3）符合停机开关

 3 组合逻辑设计

3.1 组合逻辑控制单元框图

1、CU外特性

3.2 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）；CPU内部结构采用非总线方式

CPU内部结构采用非总线方式

 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（可以并行）的微操作，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                       3、间址周期微操作的节拍安排

 

4、执行周期微操作的节拍安排
 

 

 5、中断周期微操作的节拍安排

 

 3.3 组合逻辑设计步骤

 列出信号的表达式，找到逻辑关系，实现硬件连接

 1、列出操作时间表---ID指令译码

 

 

 

 2、写出微操作命令的最简表达式

 

 3、画出逻辑图

 

 特点：（1）思路清晰，简单明了；（2）庞杂，调试困难，修改困难；（3）速度快（RISC）