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1、控制单元与微操作.md
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1、控制单元与微操作.md
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# 微操作命令分析
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
**取指周期**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219150857299.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
**间址周期**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/2020121915092164.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
**执行周期**
* 非访存指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219150947426.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 访存指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151013553.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="30%" height="50%" />
* 转移指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151036331.png" width="30%" height="50%" />
* 三类指令的指令周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151055945.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
**中断周期**
* 程序断点存入 “ 0 ” 地址 程序断点 进栈
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151116690.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="35%" height="50%" />
# 控制单元的功能
**控制单元的外特性**
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219152102481.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
* 输入信号
* 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
* 指令寄存器
* OP (IR) -> CU
* 控制信号 与操作码有关
* 标志
* CU 受标志控制
* 外来信号
* 如：INTR 中断请求、HRQ 总线请求
* 输出信号
* CPU 内的各种控制信号
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151534257.png" width="25%" height="50%" />
* 送至控制总线的信号
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151604128.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="30%" height="50%" />
**控制信号举例**
* 不采用 CPU 内部总线的方式（以ADD @X为例）
* 取指周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151626806.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 间址周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151648701.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 执行周期
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* 采用 CPU 内部总线方式（以ADD @X为例）
* 取指周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/202012191517308.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 间址周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151748794.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 执行周期
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151809434.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
**多级时序系统**
* 机器周期
* 机器周期的概念
* 所有指令执行过程中的一个基准时间
* 确定机器周期需考虑的因素
* 每条指令的执行 步骤
* 每一步骤 所需的 时间
* 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
* 若指令字长 = 存储字长 ，则取指周期 = 机器周期
* 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
* 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）
* 时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间
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* 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
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151856793.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />
* 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
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151921181.png" width="20%" height="50%" />
* 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
**控制方式**
产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式
* 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
* 采用定长的机器周期，以最长的微操作序列和最复杂的微操作作为标准机器周期内
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219151943535.png" width="50%" height="50%" />
* 采用不定长的机器周期，机器周期内节拍数不等
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219152015656.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />
* 采用中央控制和局部控制相结合的方法
* 局部控制的节拍宽度与中央控制的节拍宽度一致
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* 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
* 联合控制方式
* 同步与异步相结合
* 人工控制方式
* Reset
* 连续 和 单条 指令执行转换开关
* 符合停机开关