计组复习（九）

对应唐书第九章——控制单元的功能，与第十章——控制单元的设计。

一、微操作命令分析

略

特别注意中断周期的微操作。

二、控制单元的功能

1. 控制单元的外特性

• 输入信号：时钟，指令寄存器，标志，来自控制总线的控制信号（如中断请求、DMA请求）。
• 输出信号：CPU内的控制信号（主要用于CPU内的寄存器之间，并控制ALU），送至控制总线的控制信号（如主存或I/O读写、中断响应）。

2. 控制信号举例

有采用CPU内部总线和不采用CPU内部总线两种。

3. 多级时序系统

3.1 周期

• 包括机器周期、指令周期、时钟周期。多个时钟周期组成机器周期，多个机器周期组成指令周期。
• 机器周期：指令执行过程中的一个基准时间，通常取访问一次存储器的时间。在存储字长等于指令字长的前提下，取值阶段的取指周期就等于机器周期。
• 指令周期：取出一条指令并完整执行所需的时间，不同指令的指令周期也不相同。
• 时钟周期（节拍）：由机器主频决定，是控制计算机操作的最小时间单位。

3.2 多级时序系统

• 每个指令周期内的机器周期数可以不等，每个机器周期内的节拍数也可以不等。后者适合操作简单的指令，可缩短指令周期。
• 机器的运行速度与主频有关，但也不完全取决于主频，还与主存运行速度、有无Cache、流水等因素有关。

4. 控制方式

产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式有四种。

• 同步控制方式：可采用定长机器周期、不定长机器周期、中央控制和局部控制相结合的方法
• 异步控制方式：应答方式
• 联合控制方式：同步异步相结合
• 人工控制方式：设置一些开关按键

三、组合逻辑设计

• 列出操作时间表
• 写出微操作命令的最简表达式
• 画出逻辑图
• 简单、快、不易修改

四、微程序设计

一条机器指令对应一个微程序，微程序控制单元的核心是控制存储器（控存）。

1. 微指令编码方式

要求掌握控制字段位数的计算。

• 直接编码方式：速度快，指令长。
• 字段直接编码方式：每个字段中命令互斥，缩短指令，增加译码时间。需留出一种状态不发命令。
• 字段间接编码方式：隐式编码，进一步缩短指令，但削弱了并行能力。
• 混合编码
• 其他

2. 微指令序列地址的形成

• 由微指令下地址字段指出
• 由机器指令操作码形成
• 增量计数器法
• 分支转移
• 通过测试网络形成
• 由硬件产生微程序入口地址（主要是第一条指令、中断周期入口和间址周期入口）

3. 微指令格式

• 水平型微指令：快、微指令条数少，但更长。并行能力更强。如直接编码的微指令。
• 垂直型微指令：类似机器指令，有操作码，微指令条数多，指令短。不强调并行控制功能。

4. 微程序设计

• 写出对应机器指令的微操作及节拍安排
• 确定微指令格式
• 编写微指令码点