第三节 组合逻辑控制器原理
3.3.1 控制器组成微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
1.微命令发生器功能,产生全机所需的各种 微命令控制最基本的操作 (微操作 )的命令电位型脉冲型微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
2.指令计数器 PC
功能,指示指令在 M中的位置。
PC+1顺序执行：
PC先 +1，再用转移地址修改 PC转移执行：
3.指令寄存器 IR
功能,存放现行指令。 决定操作性质操作码字段操作数地址转移地址
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
地址码字段译码器 微命令发生器地址形成部件寻
D
4.状态寄存器 PSW
功能,指示程序运行方式，反映程序运行结果。
例,某机的 PSW
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
C=1 进位
V=1 溢出
Z=1 结果为 0
N=1 结果为负
T=1,执行跟踪程序
（ 1）条件码反映程序运行结果工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 2）跟踪标志为程序查错设置的断点标志 T。
程序初始化置 T为 1...
测试 T 跟踪程序 ….....
程序优先级高于外部优先级,不响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式,禁止程序执行某些指令核心方式,允许程序执行所有指令
（ 3）优先级为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 4）工作方式规定程序的特权级。
PSW在 CPU中，
反映程序运行状态；控制 /状态字在接口中,
反映 CPU命令、
设备状态。
5.时序线路功能,控制操作时间和操作时刻。
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
振荡器 分频器时钟脉冲工作脉冲时钟周期 (节拍 )
产生电位型微命令，
控制操作时间段产生脉冲型微命令，控制定时操作
1.取指令
PC
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
3.3.2 控制器工作过程地址 M 指令 IR,译码 (θ,寻址方式 )
PC+1 PC
2.取数
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器取数。
3.执行按操作码对数据进行运算处理。
1.组合逻辑控制器的时序划分
3.3.3 时序控制方式即时序信号与操作的关系
● 采用三级时序系统：
指令周期工作周期 1
工作周期 2
工作周期 n
……
时钟周期 1
时钟周期 2
时钟周期 m
….
….
工作脉冲 1
工作脉冲 2
工作脉冲 k
…..
……….
(节拍 1)
(节拍 2)
(节拍 m)
● 时序关系：
晶振输出工作周期 1
工作周期 2
工作周期 3
时钟 T1
工作脉冲 P
时钟 T2
指令周期控制不同阶段操作时间控制分步操作时间对微操作定时取指执行取数取出指令修改 PC
打入 IR 打入 PC
2.时序控制方式及其变化
（ 1）同步控制各项操作受统一时序控制。① 定义：
② 特点,有明显时序时间划分，
③ 优缺点,时序关系简单，时序划分规整，
控制不复杂；
时间安排不合理。
④ 应用场合,用于 CPU内部、设备内部、系统总线操作控制逻辑易于集中，便于管理。
(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近 )。
时钟周期时间固定,各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。
各项操作受 统一时序 控制。
由 CPU或 其他设备 提供
（ 2）异步控制各项操作按不同需要安排时间，不受统一时序控制。
① 定义：
② 特点,无统一时钟周期划分，
例,异步传送操作
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。
各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。
总线主 从
● 从设备：
响应主设备请求的设备。
发 /接 接 /发主设备获得总线控制权
● 操作流程：
主设备询问从设备主设备发送 /接收数据主设备释放总线控制权从设备准备好？
Y
N
主设备输出端与总线连接主设备输出端与总线断开时间安排紧凑、合理；
控制复杂。
③ 优缺点：
④ 应用场合,用于异步总线操作 (各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远 )。
（ 3）同步方式的变化指令周期长度可变，时钟周期长度不变。
① 不同指令安排不同时钟周期数
② 总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间 (送地址、读 /写 )
总线周期长度可变，时钟周期长度不变。
总线周期 (4T)
例,一个总线周期包含 4个时钟周期时钟
T1 T3T2 T4
送地址 读 /写数据 结束同步方式时钟
T1 T3T2 T4 T4Tw
送地址 读 /写数据 结束总线周期 (5T)
扩展同步方式
③ 同步方式引入异步应答以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思想。
例,8088最大模式，用一根 总线请求 /应答 线实现总线权的转移。
设备请求总线权
RQ/GT
CPU使用总线
CPU使用总线
CPU使用总线设备使用总线设备 设备CPU
CPU响应，
总线权交设备
CPU
设备释放总线权
CPU 设备若干时钟 若干时钟
1.组合逻辑控制方式
3.3.4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，
用组合逻辑电路实现；
执行指令时，由组合逻辑电路 (微命令发生器 )在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。
● 产生微命令的速度较快。
2.优缺点
● 设计不规整，设计效率较低；
● 不易修改、扩展指令系统功能。
3.应用场合用于高速计算机，或小规模计算机。
3.3.1 控制器组成微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
1.微命令发生器功能,产生全机所需的各种 微命令控制最基本的操作 (微操作 )的命令电位型脉冲型微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
PC
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
2.指令计数器 PC
功能,指示指令在 M中的位置。
PC+1顺序执行：
PC先 +1，再用转移地址修改 PC转移执行：
3.指令寄存器 IR
功能,存放现行指令。 决定操作性质操作码字段操作数地址转移地址
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
地址码字段译码器 微命令发生器地址形成部件寻
D
4.状态寄存器 PSW
功能,指示程序运行方式，反映程序运行结果。
例,某机的 PSW
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
C=1 进位
V=1 溢出
Z=1 结果为 0
N=1 结果为负
T=1,执行跟踪程序
（ 1）条件码反映程序运行结果工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 2）跟踪标志为程序查错设置的断点标志 T。
程序初始化置 T为 1...
测试 T 跟踪程序 ….....
程序优先级高于外部优先级,不响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式,禁止程序执行某些指令核心方式,允许程序执行所有指令
（ 3）优先级为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。
工作方式 优先级 T N Z V C
15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0
（ 4）工作方式规定程序的特权级。
PSW在 CPU中，
反映程序运行状态；控制 /状态字在接口中,
反映 CPU命令、
设备状态。
5.时序线路功能,控制操作时间和操作时刻。
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
振荡器 分频器时钟脉冲工作脉冲时钟周期 (节拍 )
产生电位型微命令，
控制操作时间段产生脉冲型微命令，控制定时操作
1.取指令
PC
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
3.3.2 控制器工作过程地址 M 指令 IR,译码 (θ,寻址方式 )
PC+1 PC
2.取数
PC
微命令发生器微命令序列
I/O状态控制台信息运行状态译码
…...
PSW 时序 IR
地址形成
θ D寻来自 M
送 M或 ALU
+1
送 M
按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器取数。
3.执行按操作码对数据进行运算处理。
1.组合逻辑控制器的时序划分
3.3.3 时序控制方式即时序信号与操作的关系
● 采用三级时序系统：
指令周期工作周期 1
工作周期 2
工作周期 n
……
时钟周期 1
时钟周期 2
时钟周期 m
….
….
工作脉冲 1
工作脉冲 2
工作脉冲 k
…..
……….
(节拍 1)
(节拍 2)
(节拍 m)
● 时序关系：
晶振输出工作周期 1
工作周期 2
工作周期 3
时钟 T1
工作脉冲 P
时钟 T2
指令周期控制不同阶段操作时间控制分步操作时间对微操作定时取指执行取数取出指令修改 PC
打入 IR 打入 PC
2.时序控制方式及其变化
（ 1）同步控制各项操作受统一时序控制。① 定义：
② 特点,有明显时序时间划分，
③ 优缺点,时序关系简单，时序划分规整，
控制不复杂；
时间安排不合理。
④ 应用场合,用于 CPU内部、设备内部、系统总线操作控制逻辑易于集中，便于管理。
(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近 )。
时钟周期时间固定,各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。
各项操作受 统一时序 控制。
由 CPU或 其他设备 提供
（ 2）异步控制各项操作按不同需要安排时间，不受统一时序控制。
① 定义：
② 特点,无统一时钟周期划分，
例,异步传送操作
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。
各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。
总线主 从
● 从设备：
响应主设备请求的设备。
发 /接 接 /发主设备获得总线控制权
● 操作流程：
主设备询问从设备主设备发送 /接收数据主设备释放总线控制权从设备准备好？
Y
N
主设备输出端与总线连接主设备输出端与总线断开时间安排紧凑、合理；
控制复杂。
③ 优缺点：
④ 应用场合,用于异步总线操作 (各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远 )。
（ 3）同步方式的变化指令周期长度可变，时钟周期长度不变。
① 不同指令安排不同时钟周期数
② 总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间 (送地址、读 /写 )
总线周期长度可变，时钟周期长度不变。
总线周期 (4T)
例,一个总线周期包含 4个时钟周期时钟
T1 T3T2 T4
送地址 读 /写数据 结束同步方式时钟
T1 T3T2 T4 T4Tw
送地址 读 /写数据 结束总线周期 (5T)
扩展同步方式
③ 同步方式引入异步应答以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思想。
例,8088最大模式，用一根 总线请求 /应答 线实现总线权的转移。
设备请求总线权
RQ/GT
CPU使用总线
CPU使用总线
CPU使用总线设备使用总线设备 设备CPU
CPU响应，
总线权交设备
CPU
设备释放总线权
CPU 设备若干时钟 若干时钟
1.组合逻辑控制方式
3.3.4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，
用组合逻辑电路实现；
执行指令时，由组合逻辑电路 (微命令发生器 )在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。
● 产生微命令的速度较快。
2.优缺点
● 设计不规整，设计效率较低；
● 不易修改、扩展指令系统功能。
3.应用场合用于高速计算机，或小规模计算机。
