计算机组成原理第9章详解.pptVIP

第九章 控制单元的功能 9.1 操作命令的分析 9.1 操作命令的分析 9.2 控制单元的功能 典型例题： 9.1设CPU内有这些部件：PC、IR、MAR、MDR、AC、CU。 （1）写出取指周期的全部微操作。 （2）写出减法指令“SUB X”、取数指令“LDA X”、存数指令“STA X”（X均为主存地址）在执行阶段所需的全部微操作。 （3）当上述指令为间接寻址时，写出执行这些指令所需的全部微操作。 （4）写出无条件转移指令“JMP Y”和结果溢出则转指令“BAO，Y”在执行阶段所需的全部微操作。 典型例题： 9.5设机器A的主频为8MHz，机器周期含4个时钟周期，且该机的平均指令执行速度是0.4MIPS，试求该机的平均指令周期和机器周期，每个指令周期中含几个机器周期？如果机器B的主频为12MHz，且机器周期也含4个时钟周期，试问B机的平均指令执行速度为多少MIPS? 典型例题： 9.6 设某机主频为8MHz，每个机器周期平均含2个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，试问该机的平均指令执行速度为多少MIPS？若机器主频不变，但每个机器周期平均含4个时钟周期，每条指令平均有4个机器周期，则该机的平均指令执行速度又是多少MIPS？由此可得出什么结论？ 典型例题： 9.8计算机的主频为6MHz，各类指令的平均执行时间和使用频度如下表所示，试计算该机的速度（单位用MIPS表示），若上述CPU芯片升档为10MHz，则该机的速度又为多少？ 典型例题： 9.9试比较同步控制、异步控制和联合控制的区别。 9.11设CPU内部结构如课本图9.4所示，此外还设有B、C、D、E、H、L六个寄存器，它们各自的输入和输出端都与内部总线相通，并分别受控制信号控制（如Bi为寄存器B的输入控制；Bo为B的输出控制）。要求从取指令开始，写出完成下列指令所需的全部微操作和控制信号。 （1）ADD B，C ((B)+(C) ?B) （2）SUB A,H ((AC)-(H) ?AC) 典型例题： 9.12 CPU结构同上题，写出完成下列指令所需的全部微操作和控制信号（包括取指令）。 （1）寄存器间接寻址的无条件转移指令“JMP @ B”。 （2）间接寻址的存数指令“STA @ X”。 典型例题： 9.14 设单总线计算机结构如图9.5所示，其中M为主存，XR为变址寄存器，EAR为有效地址寄存器，LATCH为锁存器。假设指令地址已存于PC中，画出“LDA *D”和“SUB X,D”指令周期信息流程图，并列出相应的控制信号序列。 说明： （1）“LDA *D”指令字中*表示相对寻址，D为相对位移量。 （2）“SUB X,D”指令字中X为变址寄存器XR，D为形式地址。 （3）寄存器的输入和输出均受控制信号控制，例如，PCi表示PC的输入控制信号，MDRo表示MDR的输出控制信号。 （4）凡是需要经过总线实现寄存器之间的传送，需要在流程图中注明，如PC?Bus?MAR，相应控制信号为PCo和MARi。 达标练习： 操作控制器的功能是根据指令操作码和A.___，产生各种操作控制信号，从而完成B.___和执行指令的控制。 答案：A.时序信号 B.取指令 作业：9.7、9.8、9.13 3. 机器周期和节拍（状态）与控制信号的关系 9.2 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T1 T2 T3 M1 M2 M3 PC out PC+1 Ins IR X PC out PC+1 By Z Z out A Port IO PORT ACC byte PCL Instr PCL PCH PCH IO PORT 3MHZ CLK A15~A8 AD7~AD0 ALE RD WR IO/M 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（IO 写）为例 9.2 * * 9.1 操作命令的分析 9.2 控制单元的功能 教学目标：旨在使学生进一步理解指令周期、机器周期、时钟周期（节拍）和控制信号的关系；进一步体会CU在机器运行中所起到的核心作用。 重点：不同指令CU应发出哪些不同的操作命令；CU在取指、间指和中断周期中，发出哪些相同的操作命令；多级时序系统的作用；CU控制方式。 难点：指令周期、机器周期、时钟周期与操作命令的关系；中央控制和局部控制相结合的同步控制方式；总线结构和非总线结构控制信号的特点。 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 PC MAR 地址线 1