计算机组成.机器需要控制.控制器CU

• 控制器部分的内容算是让我对处理器有了更深一步的理解
• 学到汇编其实还是有些抽象，为什么机器指令就可以直接被机器识别并执行呢？
• 这才知道，机器指令之下还有微程序，细究起来最不可分的操作应当是微指令，多条微指令实现了一个指令的功能
• 进一步把指令细分为很多阶段（称为周期，如取指周期、执行周期等）的话，那在微指令和指令层次之间，还有一个指令的分段的中间层次，即多条微指令实现指令的某个阶段（如取指、读取等等）的功能，指令的多个阶段的功能就组成了这条指令的功能，多条指令又组成了程序来运行
• 一条微指令作为最基本的机器动作，按我理解就是，一条微指令就指明了哪些部件在这一步需要工作，哪些不需要工作。需要工作的就给“通上电”，不需要的就“断开”，部件通上了电也就会自己运行起来，电流就流通起来，像门电路这种就实现各种逻辑，最终完成一条微指令的操作
  
  • 比如取指周期的安排

节拍	动作
C1	MAR <- (PC), R <- 1
C2	MDR <- M(MAR)
C3	PC <- (PC)+1
C4	IR <- (MDR), CU <-OP(IR)

• 节拍是时序的控制信号，所有的动作都在时序的严格控制下
  
  • C1节拍，PC的内容也就是下一条指令的地址送入MAR中，并置读信号为1有效
  • C2节拍按照MAR的地址指示从主存中读取数据到MDR中，读取的是一条指令
  • C3节拍PC自加1，指向下一条指令
  • C4节拍讲MDR的指令送入IR指令寄存器，并将IR指令的操作码部分送入CU控制器准备译码
• 每一个“MAR <- (PC)”的小动作就由一个微指令来完成，只涉及少数几个部件。都是通过电信号来控制，那么按我的猜想，给PC的输出打开，给MAR的输入打开，电流自然流通，PC的内容也就传送到MAR中去了。不知道对不对，反正有电路控制下都可以实现。

---

组成与功能

• 处理器的工作就是在控制器CU的指挥下，按照“取指令 - 分析指令 - 根据寻址方式计算操作数地址- 取源操作数 - 处理源操作数 - 写目的操作数”的顺序，周而复始地解释指令。
• CU的功能就是，对指令进行分析（译码），按照一定时序，根据当前处理器状态，向计算机的各个部件发出控制信号/命令。

---

时序系统

• 操作有序的基础，即在时序的控制下。

• 简单来讲就是规定时间间隔，每个时间段内完成能完成的任务，完不成就分配两个时间段等等，但时间总是时间段的整数倍。

• 指令周期：处理器从主存取出一条指令并执行完该指令所需的时间

  • 然而不同指令所需的时间不同，且同一指令的时间也受环境的影响，为了简化控制，一般都设计成节拍的某个整数倍——基准周期
  • 基准周期称为机器周期或CPU周期，其长短取决于指令的基本操作和期间的工作速度
• 对于单周期处理器，所有指令的指令周期都是相同的，都等于一个机器周期。
  
  • 为了保证适配所有的指令，所以指令周期就要选取最复杂指令所用的时间
• 多周期处理器，把一条指令的周期分为好几个部分来细化，最简单的两周期就分为“取指周期”和“执行周期”
  
  • 多个周期之间总得有个基准，这个基准就是机器周期
  • 为了保证一个机器周期内至少可以完成一个指令的基本操作（细化后的一个部分），一般选取花费时间较长的一次访存的时间（访存依赖于总线，所以一次访存的时间也叫总线周期）
  • 一个标准的、同步总线的总线周期为4个节拍

三级时序

• 节拍
  
  • 时钟脉冲，由一个频率相当精确和稳定的脉冲信号发生器按一定电压幅度，一定时间间隔连续发出的脉冲信号。其频率在CPU设计的时候就确定下来，作为最基础的时序控制。
• 机器周期
  
  • CPU的基准时间，设计的长度可以保证至少能完成一个指令的基本操作，简化了控制。
  • 设计成节拍的某个整数倍
  • 一个标准的、同步总线的机器周期为4个节拍