控制单元与计算机结构

计算机的操作：数据的处理、传送传送是在控制器的控制下，按照指令的要求完成该操作。指令以二进制形式存放在存储器中；计算机运行时，控制单元首先从存储器中提取指令，然后执行指令。第7章控制单元计算机中的寄存器存储器MA和MB读触发器R：R←0和R←1写触发器W：W←0和W←1算术逻辑单元AC、BR、（ADDER）相关操作：BR←MB；MB←AC；AC←AC＋BR一些寄存器与指令格式有关7.1

计算机中寄存器及其控制信号最简单指令—单地址指令格式由操作码和操作数构成，如指令00011010，操作码3位；操作数5位。操作码寄存器OP：OP←MB；MA←MB地址计数器IC：计算机中指令通常是按地址码的递增顺序执行的；有时要跳转或复位。

IC←IC＋1；IC←MB；IC←0；MA←IC操作码(3位)地址部分(5位)计算机的运行过程：提取指令和执行指令指令周期I：完成与指令提取、解释有关的操作执行周期E：完成与数据处理有关的操作7.2

指令执行过程每个周期分为若干个节拍，每个节拍执行1个或几个操作（1）加法指令：指令周期第1个节拍T0：从存储器取指令：SetR进行读操作；第2个节拍T1：将指令的操作码送到操作码寄存器中解释：MBINTOOPRESETR第3个节拍T2：为取下一条指令做准备：IncrementIC第4个节拍T3：数据→存储器地址寄存器，关指令周期，开执行周期MBINTOMARESETISETE（1）加法指令（续）：执行周期第1个节拍T0：从存储器取操作数：SetR进行读操作；第2个节拍T1：将取出的数送到ALU的B寄存器中：MBINTOBRRESETR第3个节拍T2：实现加法操作：ADDAC，BR第4个节拍T3：为下一个指令作准备，打开指令周期，关闭执行周期ICINTOMARESETESETI（2）减法指令与执行加法指令类似，区别在于执行周期的第3个节拍T2进行SUB命令（如图7.3）。（3）取操作数指令与执行加法指令类似，区别在于执行周期的第2个节拍T1多了一个清除累加器的命令AC←0。与上述指令差别较大，指令周期第4拍送到MA的是存放操作结果的存储器地址，不是需要取出的操作数地址，在执行周期的第1节拍不是将R←1，而是W←1…（见表7.3P283页）

上述四条指令的指令周期的操作完全一样，只是执行周期有差别（P284图7.4）（4）存储指令1.控制电路的任务①按确定的流程进行提取指令的操作。这里流程指指令周期中各个节拍的操作顺序，可看作一段由硬件实现的“程序”。②对OP中的信息进行翻译，并在执行周期中执行翻译结果。控制电路的作用：按时钟节拍产生各种控制信号（连接到各目标寄存器的使能端），以控制数据在寄存器间的传送。而这些控制信号是一些有效电平信号：以节拍信号作为“原料”，然后根据译码输出确定这些原料送外何处。7.3

控制电路的硬件结构

2.控制电路的硬件设计（1）周期控制触发器：触发器I和E（存储器读写触发器R、W），见图7.6（2）节拍产生电路：模4计数器和2－4译码器，见P286页图7.7（3）操作译码电路：对5位操作码，需要5－32线译码器（4）控制矩阵/控制器：发出各种操作控制命令（有效电平信号）

命令＝∑（节拍信号.指令）1.无操作指令①空指令（SKIP）：不作任何事，只是将IC加1②跳转指令（JAMP）：跳转到某一指定地址，不再按递增顺序变化③分支指令（BRANCH）：满足某条件时，跳转到某地址；否则顺序执行。2.移位指令：指令周期＋移位周期7.4

其它类型指令的执行过程8.1微处理器的发展概况8.2计算机的指令格式

多地址指令能够提高计算机的处理速度

目标寄存器←（源寄存器）＋（目标寄存器）第8章计算机结构操作码操作数地址A操作数地址B栈：存储器重的一个特殊的区域，能够提高计算机运算速度。访问方式：后进先出（LIFO）8.3

堆栈结构寻址：按指令字的地址从存储器提取数据或指令的过程（1）直接寻址：指令的地址部分存放的是操作数的地址（2）立即寻址：指令的地址部分存放的是操作数本身（3）间接寻址：指令的地址部分存放的是操作数地址的地址，能够扩大寻址空间（4）相对寻址：指令的地址部分存放的是该操作数地址相对该指令的偏离量（5）其它寻址方式：变址寻址、寄存器寻址等8.4

计算机的寻址方式计算机中的一些标志位：符号位（Negative）、进位（Carry）、零（Zero）、溢出（Overflow）等这些标志位被安放在状态寄存器中，如P319页图8.4所示8.5

标识码、条件吗和状态寄存器多程序运行8.6

多程序与多指令运行多指令运行

指令可分解为几个微操作组成：提取指令FI、解释指令DI、产生操作数地址GOA、置操作数LO、执行指令EI等。它们作用于不同对象，互不相干，因而可以同时运行5条指令，使它们的操作一次错开一个节拍。精简指令计算机RISC的特点：（1）精简指令集，且指令字的结构相同；（2）只有少数几种寻址方式；（3）存储器采用了Cache，每个时钟周期执行一