组成原理（十五）：控制单元功能
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计算机组成原理（哈工大）https://www.bilibili.com/video/BV1ix41137Eu?p=114
1.微操作命令分析
完成一条指令分为四个工作周期：取指，间址，执行，中断
1.1 取指周期
1.2 间址周期
1.3 执行周期
1.非访存指令
2.访存指令
加法指令，存数指令，取数指令
3.转移指令
分为无条件转移和条件转移
1.4 三类指令的周期
1.5 中断周期
- 左：0地址法；右：程序断点进栈
- 两种中断方式：
- 硬件向量：向量地址 —> PC
- 软件查询：M —> PC（M中断识别程序入口地址）
2.控制单元外特性
2.1 输入信号
- 时钟：CU受时钟控制，一个时钟脉冲
- 指令寄存器：
OP(IR) ——> CU，与操作码有关 - 标志：CU受标志控制
- 外来信号：
- INTR：中断请求
- HRQ：总线请求
2.2 输出信号
- CPU内控制信号
- 送至总线的信号
- 示例见后面
3.输出信号举例
3.1 不采用CPU内部总线的方式
主要用于CPU内的寄存器之间的传送和控制ALU实现不同的操作
3.2 采用CPU总线的方式
通过总线操作
- Y，Z：t通用寄存器
4. 多级时序系统
4.1 机器周期
1）概念：
- 所有指令执行过程中的一个基准时间
2）确定机器周期需要考虑的因素：
- 每条指令执行步骤
- 每一个步骤所需要的时间
3）基准时间的确定：
- 完成最复杂的指令功能的时间为基准
- 以访问一次存储器的时间为基准 (一般访存最复杂)
若指令字长=存储字长，则取指周期=机器周期
4.2 时钟周期（节拍，状态）
将一个机器周期分为若干个相等的时间段（节拍，状态，时钟周期）
计算机中最小的时间单位，用时钟周期控制产生一个或几个微操作命令
时钟信号可由机器主振电路发出的脉冲信号经整形后产生，时钟信号的频率即为CPU主频
4.3 多级时序系统
机器周期，节拍组成了多级时序系统
- 一个指令周期包含若干机器周期
- 一个机器周期包含若干时钟周期
4.4 机器速度与机器主频的关系
-
一般来说：机器主频越快，机器运行速度也越快
-
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两机主频之比
-
实际上机器的速度不仅与主频有关，还与机器周期中所含的时钟周期数以及指令周期中所含的机器周期数有关
- 同样主频的机器，机器周期所含时钟周期数少的机器，速度更快。
5.时序控制方式
参数不同微操作命令序列所用的时序控制方式
同步，异步，联合，人工
5.1 同步控制方式
任意微操作均由 统一基准时标 的时序信号控制
- 如果机器内的存储器存取周期不统一，那么只有把最长的存取周期作为机器周期，才能采用同步控制，否则取指令和取数时间不同，无法用统一的基准
采用定长的机器周期
一律以最长的微操作序列和最繁的微操作作为标准，采取完全统一的、具有相同时间间隔和相同数目的节拍作为机器周期来运行各种不同的指令
采用不定长的机器周期
每个机器周期内的节拍数可以不等
- 通常把大多数微操作安排在一个较短的机器周期内完成，
- 某些复杂的微操作，采用延长机器周期或增加节拍的方法来解决
采用中央控制和局部控制相结合的方法
将机器的大部分指令安排在统一的、较短的机器周期内完成，称为中央控制，而将少数操作复杂的指令中的某些操作采用局部控制方式来完成
- 局部控制的每一个节拍宽度与中央控制的节拍宽度相同
- 将局部控制节拍作为中央控制中机器节拍的延续，插入到中央控制的执行周期内，使机器以同样的节奏工作，保证了局部控制和中央控制的同步
5.2 异步控制方式
不存在基准时标信号，没有固定的周期节拍和严格的时钟同步，执行每条指令和每个操作需要多少时间就占用多少时间。结构比同步控制方式复杂。
5.3 联合控制方式
同步控制和异步控制相结合就是联合控制方式。这种方式对各种不同指令的微操作实行大部分统一、小部分区别对待的办法
5.4 人工控制方式
人工控制是为了调机和软件开发的需要，在机器面板或内部设置一些开关或按键，来达到人工控制的目的
