6.5-CU的功能

控制单元的外特性#

输入信号#

• 时钟
  • 上述各种操作有以下2点应特别注意：
    • 完成每个操作都需占用一定的时间
    • 各个操作是有先后顺序的。例如，存储器读操作要用于MAR中的地址，故 PC → MAR 应先于 M(MAR) → MDR
  • 为了使 CU 按一定的先后顺序、一定的节奏发出各个控制信号，CU 必须受 [时钟] 控制，即每一个时钟脉冲使 CU 发送一个操作命令，或发送一组需要同时执行的操作命令
• 指令寄存器
  现行指令的操作码决定了不同指令在执行周期所需完成的不同操作，故指令的操作码字段是 CU 的输入信号，OP(IR) → CU，它与 [时钟] 配合可产生不同的操作信号
• 标志
  CU 有时需依赖 CPU 当前所处的状态(如 ALU 操作的结果) 产生控制信号，如 BAN指令，iCU要根据上条指令的结果是否为负而产生不同的控制信号。因此，"标志"也是 CU 的输入信号。
• 外来信号
  来自系统总线(控制总线) 的控制信号；如INTR 中断请求，HRQ 总线请求

输出信号#

• CPU 内的各种控制信号
  • Ri → Rj
  • (PC) + 1 → PC
  • ALU +、-、*、/、& ...
• 送至控制总线的信号
  

控制信号举例#

不采用CPU内部总线的方式#

• 取指周期
  
• 间址周期
  
• 执行周期
  

采用CPU内部总线的方式#

• 取指周期
  
• 间址周期
  
• 执行周期
  

多级时序系统#

机器周期#

时钟周期(节拍、状态)#

多级时序系统#

机器速度与机器主频的关系#

控制方式#

CU 控制一条指令执行的过程实质上是依次执行一个确定的微操作序列的过程。由于不同指令所对应的微操作数及其复杂程度不同，因此每条指令和每个微操作所需的执行时间也不同。

通常将如何产生不同微操作序列所采用的时序控制方式 称为 CU 的控制方式。常见的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制和人工控制四种。

同步控制方式#

任何一条指令或指令中任何一个微操作的执行都是事先确定的，并且都是受统一基准时标的时许信号所控制的方式。为了提高 CPU 的效率，在同步控制中又有三种方案

• 采用定长的机器周期
  以最长的微操作序列和最复杂的微操作作为标准，机器周期内节拍数相同
• 采用不定长的机器周期
  
• 采用中央控制和局部控制相结合的方法
  

异步控制方式#

联合控制方式#

人工控制方式#