第９章控制单元的功能,,9.1操作命令的分析,完成一条指令分4个工作周期,取指周期,间址周期,执行周期,中断周期,,一、取指周期,9.1操作命令的分析,,二、间址周期,9.1,,三、执行周期,1.非访存指令,(1)CLA清A,(2)COM取反,(4)CSL循环左移,(3)SHR算术右移,(5)STP停机指令,9.1,,2.访存指令,STAX,ADDX,(2)存数指令,(1)加法指令,9.1,,(3)取数指令,3.转移指令,(1)无条件转,(2)条件转移,LDAX,JMPX,BANX,（负则转）,9.1,,4.三类指令的指令周期,非访存指令周期,直接访存指令周期,间接访存指令周期,转移指令周期,9.1,间接转移指令周期,,四、中断周期,程序断点存入“0”地址,程序断点进栈,9.1,,9.2控制单元的功能,一、控制单元的外特性,,,时钟,标志,,CPU内部的控制信号,,到系统总线的控制信号,,来自系统总线的控制信号,,1.输入信号,(1)时钟,(2)指令寄存器,(4)外来信号,(3)标志,CU受时钟控制,控制信号与操作码有关,CU受标志控制,INTR中断请求,HRQ总线请求,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,如,9.2,,2.输出信号,(1)CPU内的各种控制信号,(2)送至控制总线的信号,INTA,HLDA,访存控制信号,访IO/存储器的控制信号,读命令,写命令,中断响应信号,总线响应信号,9.2,,二、控制信号举例,PC,IR,AC,CU,时钟,ALU,,控制信号,标志,控制信号,取指周期,以ADD@X为例,PC,IR,CU,9.2,1.不采用CPU内部总线的方式,PC,PC,PC,,MDR,MAR,MDR,MAR,二、控制信号举例,1.不采用CPU内部总线的方式,ADD@X间址周期,,9.2,,MDR,MDR,MAR,二、控制信号举例,1.不采用CPU内部总线的方式,ADD@X执行周期,AC,ALU,9.2,,MDR,MAR,MDR,(1)ADD@X取指周期,PC,,,,MDR,,OP（IR）,,,控制信号,,控制信号,,2.采用CPU内部总线方式,MAR,MDR,IR,,,,CU,9.2,,(2)ADD@X间址周期,MDR,,,,MDR,,,MDR,IR,MAR,,,,9.2,,(3)ADD@X执行周期,,,,MDR,,Z,,AC,,（AC）+（Y）,,,,MAR,MDR,Y,ALU,,AC,Z,,,ALU,9.2,,三、多级时序系统,1.机器周期,(1)机器周期的概念,(2)确定机器周期需考虑的因素,(3)基准时间的确定,所有指令执行过程中的一个基准时间,每条指令的执行步骤,每一步骤所需的时间,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,若指令字长=存储字长,取指周期=机器周期,9.2,,2.时钟周期（节拍、状态）,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,时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间,将一个机器周期分成若干个时间相等的时间段（节拍、状态、时钟周期）,9.2,用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令,,,,,,CLK,T0,T1,T2,T3,2.时钟周期（节拍、状态）,9.2,,3.多级时序系统,机器周期、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,CLK,节拍(状态),节拍(状态),9.2,,4.机器速度与机器主频的关系,机器的主频f越快机器的速度也越快,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,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的机器周期数有关,9.2,,四、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,CLK,(1)采用定长的机器周期,以最长的微操作序列和最繁的微操作作为标准,9.2,机器周期内节拍数相同,,(2)采用不定长的机器周期,节拍(状态),9.2,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的方法,,,,,9.2,局部控制的节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致,,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,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,同步与异步相结合,9.2,,五、多级时序系统实例分析,1.8085的组成,9.2,,2.8085的外部引脚,(1)地址和数据信号,(2)定时和控制信号,(3)存储器和I/O初始化,A15~A8AD7~AD0,SIDSOD,入X1X2,入HOLDReady,出HLDA,9.2,,(4)与中断有关的信号,(5)CPU初始化,(6)电源和地,出INTA,Trap重新启动中断,出Resetout,VCC+5V,VSS地,9.2,,3.机器周期和节拍（状态）与控制信号的关系,9.2,,小结,每个控制信号在指定机器周期的指定节拍T时刻发出,机器周期M1取指令操作码,机器周期M2取设备地址,机器周期M3执行ACC的内容写入设备,以一条输出指令（I/O写）为例,9.2,,。