时序产生器和控制方式.ppt

5.3 时序产生器和控制方式第5章中央处理器教学内容¡时序信号¡时序体制¡环形脉冲发生器¡控制方式教学要求¡了解时序信号的作用¡掌握各种技术所使用的时序信号体制¡了解环形脉冲发生器的原理¡了解计算机的多种控制方式教学难点¡环形脉冲发生器一 时序信号的作用¡时序信号的作用：区分数据与指令，严格控制各个分操作的顺序协调计算机的动作¡控制器的组成：IR,PC,译码器，时序产生器和操作控制器¡操作控制器的三种设计方法：硬布线控制器，微程序存储设计，组合与存储相结合的方式时序发生器是自动产生 等长脉冲信号的部件(类 似摆动的时钟) 操作控制器发出的各种 信号是时序信号(时间)和 部件位置(空间)的函数组合逻辑控制器¡根据CPU的结构图绘出每条指令的微操作流程图并综合成一个总的流程图¡选择合适的控制方式和控制时序¡对微操作流程图安排时间，排出微操作的时间表¡根据操作时间表写出微操作的表达式¡根据微操作的表达式画出组合逻辑电路 微操作＝周期·节拍·脉冲·指令码¡根据CPU的结构图绘出每条指令的微操作流程图并综合成一个总的流程图¡选择合适的控制方式和控制时序¡分解指令成若干个微指令，用二进制代码表示微指令形成微 程序，在制造CPU时，固化在CPU的一个控制存储器CS中。

¡执行指令时，根据指令译码器的输出找到相应指令的微程序执行即可微程序控制器二 时序信号的体制引理 最基本时序体制：由计算机硬件的器件特性决定的电位－脉冲二级体制 1. 当无时钟脉冲作 用时，控制电路 被封锁，无论D为 何值，触发器状 态保持不变 2. 当时钟脉冲作用 时，若D=0，触发 器状态被置0；若 D=1，触发器状态 被置1说明：节拍电位信 号是信息的载体 ，而脉冲信号是 起定时触发作用 的，一般要求脉 冲信号到来之前 ，电位信号必须 已稳定，以保证 数据的有效稳定 二 时序信号的体制1 硬件布线控制器采用的三级时序系统主状态周期－节拍电位－节拍脉冲Ø主状态周期：一个触发器的状态持续时间Ø节拍电位：表示一个CPU周期的时间Ø节拍脉冲：在一个节拍电位内设置一个或几个具有一定宽度的工作脉冲，以保证触发器稳定的翻转Ø1个主状态周期包含若干节拍电位；1个节拍电位包含若干节拍脉冲节拍脉冲节拍电位1主状态周期节拍电位2硬布线控制器中的时序信号二 时序信号的体制2 微程序控制器的时序体制是节拍电位－节拍脉冲二级制 说明：Ø与上一节内容的关系：节拍电位=CPU周期=机器周期；节拍脉冲=时钟周期。

时序信号是硬件决定的，不依赖软件，指令周期是由软硬件决定的Ø节拍电位可以包含n个节拍脉冲(n≥1) Ø节拍脉冲可以把1个节拍电位划分为相等或不相等的时间间隔cpu1cpu2cpu3PT1T2T3T4补充(5.4节微程序控制器)3 现代机器的控制器Ø核心部件是微操作产生部件，微操作产生部件采用的是组合逻辑设计思想，Ø输入信号是指令译码器的输出，时序发生器的时序信号以及程序运行的结果特征及状态Ø输出是一组带有时间标志的微操作控制信号三 时序信号产生器(时序发生器)¡基本组成：时钟系统，环形脉冲发生器，节拍脉冲，读写时序译码逻辑，启停控制逻辑¡说明：各种计算机的时序发生器不尽相同，硬布线逻辑控制器的时序发生器电路比微程序控制器的要复杂三 时序信号产生器(时序发生器)¡时钟源用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且 电平匹配的方波时钟脉冲信号 时钟脉冲源环形脉冲发生器节拍脉冲和读写时序译码逻辑启停控制逻辑RD’WE’启动停机RDWET1T2T3T4¡环形脉冲发生器是产生一组有序的间隔相等或不等的 脉冲序列，通过译码电路来产生最后所需的节拍脉冲 ¡启停控制逻辑:只有在启动机器运行的情况下，才允 许时序产生器发出CPU工作所需的节拍脉冲T1-T4 RD=C2·RD′WE=C3·WE′环形脉冲发生器波形C4C1C2C3Φ123456789101112Φ逻辑电路010110111000启停控制电路¡启停控制电路的核心是运行标志触发器 ，当运行标志触发器为1时，允许节拍脉 冲T10-T40发出，为0时，节拍脉冲信号被封锁。

¡在运行标志触发器下面加了一个R-S触发 器，并用C4作为运行触发器的时钟信号，保证时序信号发生器启动时从第一个 节拍脉冲信号的前沿开始工作，停止在 第四个节拍脉冲信号的后沿终止工作，2 时序信号产生器(时序发生器)¡时序图说明了如何根据时钟产生节拍脉冲四 控制方式¡同步控制方式 ：系统具备统一时钟信号，在任何情况下，已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都固定不变 ¡异步控制方式：无统一时钟信号，应答式 其特点是：每条指令、每个操作控制信号需要多少时间就占用多少时间 ¡联合控制方式 控制方式的实质是 反映了时序信号的 定时方式 相关计算例 若某主机主频为200MHz，每个指令周期平均为2.5个机器周期，每个机器周期平均包含2个主频周期，问：¡该机平均指令执行速度为多少MIPS？¡若主频不变，但每个指令平均包含5个机器周期，每个机器周期又包含4个主频周期，平均指令执行速度又为多少MIPS？¡由此可以得出什么结论？小结¡时序产生器的设计与学习需要数字逻辑电路设计的基础，所以学习的重点不是电路的设计，只需分析电路的时序产生即可¡了解时序系统体制，对时序的三级体制有深刻的理解。

¡能进行相关的计算06年华工考题¡试述硬布线控制器中操作控制器的设计依据和设计过程。