運算器和控制器一同構成了cpu。
控制器的組成:
1.程式計數器。即pc暫存器(指令位址暫存器)
2.指令暫存器ir 多數計算機都已經將其擴充為了指令佇列/棧
3.指令解碼器
4.控制訊號形成元件
5.時序發生器
6.位址暫存器ar 專門收納資料的位址, 無論資料來自指令還是暫存器還是主存,他們的位址都存在此處
7資料暫存器dr
指令週期:計算機取出一條指令並執行所需時間,不同指令對應時間也不同
機器週期:又叫cpu週期,是指cpu與記憶體交換一次資料(讀或者寫)所需的時間。一般cpu訪問儲存器的用時比內部操作長,所以將訪訪問乙個指令字的最短時間作為機器週期。
乙個指令週期可能包含多個機器週期
時鐘週期:乙個cpu週期包含多個時鐘週期,是最基本單位。
1)儲存器讀
送位址到位址匯流排ab和位址暫存器ar->控制器傳送讀訊號,啟動讀操作,並將資料通過資料匯流排送入所需暫存器
2)儲存器寫
步驟和讀類似,第一步仍是位址預處理,第二部執行指令,處理資料
3)運算器運算
送資料一到資料匯流排,並送入alu暫存器da1->送資料一到資料匯流排,並送入alu暫存器da1->傳送運算器功能選擇訊號,控制alu進行運算
在這樣的簡單計算機系統中,以add指令為例描述其執行過程:假定這個計算機支援單位元組和雙位元組兩種指令。雙位元組指令方便裝入立即數。
假如指令是add r,#06h
儲存器中資料和指令這樣排列:
指令位址
指令機器碼
助記符0000 0100
0101 0000
add r0,06h
0000 0101
0000 0110
立即數06h在這裡
1)取指令:控制器將第一條指令位址放入pc,pc將指令位址送到ar同時pc自+1。ar通過位址匯流排指明指令所在位址,這條指令再通過資料匯流排送到指令暫存器ir。 指令進入ir後,解碼器就開始工作,分析指令
2)執行指令:控制訊號形成元件會根據指令,發出該指令所需的所有部件的控制訊號有序序列。
加法指令的目的,是將06h與暫存器r0的數值相加,並放在暫存器中。
詳細步驟:程式計數器pc設為0000 0100,並送入ar,並通過db送到儲存器,自身+1
-->控制器發出讀訊號,0000 0100處的資料被讀出,通過資料匯流排送到指令暫存器ir,再轉入解碼器解碼,再轉入控制訊號形成元件
-->將pc的值0000 0101送入ar,同時pc+1
--->控制器發出讀訊號,並將資料06h取出,通過資料匯流排送到運算器alu的暫存區da1
-->指令暫存器ir的低四位0000是源暫存器位址和目的暫存器位址,因此翻譯後得知應在r0中取出資料,並放到alu的另乙個暫存區da2;
--->alu進行加法運算,並將結果送入暫存器r0.
在計算機中,各個部件所需的微操作訊號均由操作控制訊號形成部件來實現。在實際中,這個元件有兩種設計形式:一種是用組合邏輯來實現,即 硬佈線控制器 ;另一類由儲存邏輯實現,即 微程式控制器 。
對於硬佈線控制器,在設計時就已經確定了指令的格式、功能等內容,設計每種指令需要的 訊號序列,綜合每個訊號的邏輯函式,最後以此設計邏輯電路,設計後即不可改動;
對於微程式控制器,它和cpu一樣,也是乙個有限狀態機。一條指令 可以被進一步拆分為多個微指令。
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