合肥学院 计算机组成原理上课课件(含提问答案)

计算组成原机

第理九 章控制单元的 成组理原2011年3月6日2

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.91控制单 元型模制单元控C是UP一部的分计算机无论完成什么 任务，,是在都制单控控制元完下成的CU。向PUC部外发 控制出号信以，令命PUC存储器与I/和模块O换交 据数控制，元也向CPU单部发内送制信控，号以完成 存寄间数据传器，送使AUL成指定的完能以功及其内他 部作操 。该模型示了控表单元的输入和制出信输之间的号关 系输。信号入有 时序:C:UP的有工作都按所一的定间时关有序系安。

排指令

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存器寄PUC的控 CPU制控的 信制

号标志

控单制元 (CU)来总自控制线信号时 序

总线至制信号

控 统系总

线9图-1控制 单元型模

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指令寄器:当前存指令的操码-确定作指令成完种何操作。微标志 ：志标来定决PCU应发哪出些制控信，号如例对，增“ 量若为跳0步”令来说指CU据零，志标否是置位确PC是定否加 1 来自。系总线的统制控信：系统号的控制线分部向C提U供如，中 信号和断储器存操的完成作号信等。 出输号信有：CPU的内制控号：包括信于用寄存之器传间 送数和用于据定A指LU功的两类能。 到制控总线控的信制：有号存器的储制信控号和I对O/块模 的控信制号这里的。制控信即微操作控号制信，这些号控制信号 作二进制为入输量接送直各个逻到门上辑。如例指令操取作 括包步：第一两将程步计数序器P的C内传送到主存的容地址 存器寄MR;A二第由步存储器读一个装入IR,字并且C增P1。

C

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2M D R

图9- 2 个简单一的据数路C1通 1C21C 9 10 PC CR I7 C3CAC C6

C 4

5C

8 控C制信号

1C AMR

C0 C4

…ALU 志标… CU 时…钟 控信号制对

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于图92所-的示据通数路构，结U需发C出面的下微操作制 信号控完成来取指工令作。 ()打1开C各P与位AR各M之间的门位C。0 ()2一开门个信号以允许ARM内容的到送址总地线—C1上。( )3个存一储器的读控制信号到控送总线上-制CR。 -4)一(个允数据许线上总的内容存入M被D的开门信号RC2 (5)。PC内对加1容，返并P存控C信制-C号10 (6。打开M)DR和R之间I的控制信门C号。3 C是CPUU的中主要最的组成部分，后面讨论将U的组成C设 计。和

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对于图9-所2示的据通路结数构CU,发出需下面的微作操控 信号来制完取指令成作工 (1)打开PC。各位与ARM位各之的门C0。间( )一个开门信号以允2许MA的R内送到地容总址上线C1—。( )一个存3器储读控制的号信送控制总到上--线RC。(4) 一允个数据总许线上的容内被入MD存R的门信号开2。C ()对P5内容C加，并返存PC1控信号制-1C。0 (6)开打MRDI和之间R的门制控号C信3 CU是CP。中U最主的的组要成部分,面后讨论C将的U组成设和 计。

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AD DX的控@制-指C取3 1 D M C

R2 C M 5 AR C2 1ACC C6C0 lck UCC4 lafgC7 ALU LUAo p8C C1 C91 P CC10 I C3

RC1C013~ 、 ALoUp

C0、1、C2、C3、C4C

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DAD@X的控制-间 址C3 M1 DR C 2 C 5M RAC1 2AC CC C0 6cl kUC C4 falg 7 CLA AULUpoC 811

C9C PCC10 RIC3C

1C~01 3 、AULopC5、C、C1、23,得到EAC

A

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D @DX控制的执行C13 -MD RC2C5 M AR C1 ACC C2 60 Clc kC C4Ufla gC 7A L ALUUo Cp 8C1 C19P CC10 RIC3

1

CC~10 、3ALUo p取数:5C、C1C2 、算：C计、C67 写回：8C

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92. 令执行指的程中过操作PC的AR→P C+1P→ CA R→AUB→RSM→ABUDSD→ RDRIR→ I(A)→RCPNe x ctmoamnd

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.9.2 1计机的算体结构 图总93为-简单计算一机的总结构，体要主数据是通路 结构假设机。字器长16,位采单总线结构用CPU、, 主和外设都挂在总存线。上1 .件部置设1 CP)U 运算部件① LU-A/算逻单 L元T-存暂 器LA锁-存器②

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寄的组存织16位()0R~7-R编可程寄器，S存-源R操作 数寄存器Z、Y-,暂器(指令存行执过暂存程据数),PC-程序 数器计M,A-R存储地址器存寄，器MR-存D储缓冲器存器寄 I,-R指令寄存器 。③制单控(元C)输入有U令指译码器和序时输出，为操微 作制信控，号向各个引制点控 。)主存储器2按字编址 字，长16位容量6,4WK接收。UC来的RD/WR, 送存储完成操作器为CPU回答M后O信C号。 3)总 总线由线6位数1线，1据位地6址和若线位干控制线组成不仅。C P与主存之间U换信息交通过要总，而线且CU内部信P传 送息也通过要线总成。完中图←示表息信送方向。传

单总

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线PU结C构单总线C U结构P PCU

控信制号指令译 码/控制器 IR CP基本构成 基本构成： 控制：,器运器， 控算制，运器器算 ，存寄器 寄存器，数，通据路 存 寄储存的类器： 型存寄的类型器 器 ：令寄存指(器IR )指令存寄(器IR)程 计序器数P()C程 序计器数(C) 数据寄P器存MD(R) 据寄数存(器DR)M地址寄存器 MAR() 地寄存址(M器R) 状A态存寄(器RS)状 寄态存器SR)( 用通存寄器R(i )用通存器(寄iR )用不户可暂存见(器、ZY) 用户可见暂存器不 (据数路： 通数通据：路 单线结构总地址总 线AM MDRR数据 线总..R0 .n-1 RYA

ALBUR Z 单S 线 总CP U 结 构

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2各类信.息传送路的径 令的指执行本上可以基归信为的传送息控制即(或流指流)和令据流 二大信数流。 息(1)指令 →MMRDB→S→UIR(2 地址 )1指)令址：PC地B→U→SMAR2)数据 地址：操作数址与地转地址移根据不寻同方址的要式决求。如 定寄为的间存接址寻。将指则定寄器的内容存()→BRS→UMAR 。3数据 )寄器存→存器寄：经线直总接送 寄存传→器存储：Ri→BU器SMD→R→ 存M器→储存器：M→M寄R→BDSURi→ 3.置设的微操作控信号制微(令)命下 图出的控标信制，号为微操即作制信号控，它实控际制

数据路通的中数据流 指和令的流向。这流控制信号些本在上质是制数据控路的各通控个制 门的开打或关，ALU的闭际操作实能功、寄器接存数据收制、控存的 读或写主令等命。

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主基本机组成

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主机本组基成PC→RAPC→US LBDRA

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主基本机组成RED AMMEAR→ABU SD LDRRD

主

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基机本成组D→RR

IRD→BSULD IR

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执行令过程指AD R0,D81()

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行执令过程

A指D DR0,81()