計算機(jī)組成原理第五章 第2講 指令周期

1、 指令周期：取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間。指令周期：取出一條指令并執(zhí)行這條指令的時間。 各種指令的指令周期相同嗎？為什么？各種指令的指令周期相同嗎？為什么？ 1 1 時鐘周期：時鐘周期： 指令周期含有時鐘周期個數(shù)：指令周期含有時鐘周期個數(shù)： 指令周期含有機(jī)器周期個數(shù)：指令周期含有機(jī)器周期個數(shù)：0.8M0.8MS = 1.25 uSS = 1.25 uS1 18M8MS= 0.125 uSS= 0.125 uS10102.52.5指令存儲器八進(jìn)制地址指令助記符100101102103104105106MOV R0,R1LAD R1,6ADD R1,R2STO R2,(R3)JMP 101AN

2、D R1,R3數(shù)據(jù)存儲器八進(jìn)制地址八進(jìn)制數(shù)據(jù)567103070100667740(120) PC的內(nèi)容被放到指令地址總線的內(nèi)容被放到指令地址總線ABUS(I)上上,對指存進(jìn)行譯碼對指存進(jìn)行譯碼,并啟動讀命令；并啟動讀命令； 從從101號地址讀出的號地址讀出的MOV指令通過指令總線指令通過指令總線IBUS裝入指令寄存器裝入指令寄存器IR； 程序計數(shù)器內(nèi)容加程序計數(shù)器內(nèi)容加1，變成，變成102，為取下一條指令做好準(zhǔn)備；，為取下一條指令做好準(zhǔn)備； 指令寄存器中的操作碼（指令寄存器中的操作碼（OP）被譯碼；）被譯碼； CPU識別出是識別出是MOV指令，至此，取指周期即告結(jié)束。指令，至此，取指周期即告結(jié)

3、束。 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC中裝入第一條指令地址中裝入第一條指令地址101（八進(jìn)制）；（八進(jìn)制）；101102MOV R0,R1 OC送出控制信號到送出控制信號到ALU，指定，指定ALU做傳送操作；做傳送操作； OC送出控制信號，打開送出控制信號，打開ALU輸出三態(tài)門，將輸出三態(tài)門，將ALU輸出送到數(shù)據(jù)總線輸出送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。注意，上。注意，任何時候任何時候DBUS上只能有一個數(shù)據(jù)。上只能有一個數(shù)據(jù)。 OC送出控制信號，將送出控制信號，將DBUS上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器上的數(shù)據(jù)打入到數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR（10）；）； OC送出控制信號，將送出控制信號，將DR中的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)10打入

4、到目標(biāo)寄存器打入到目標(biāo)寄存器R0，R0的內(nèi)容由的內(nèi)容由00變?yōu)樽優(yōu)?0。至此，至此，MOV指令執(zhí)行結(jié)束。指令執(zhí)行結(jié)束。 操作控制器（操作控制器（OC）送出控制信號到通用寄存器，選擇）送出控制信號到通用寄存器，選擇R1（10）作源寄存器，選擇）作源寄存器，選擇R0作目標(biāo)寄存器；作目標(biāo)寄存器；源源目標(biāo)目標(biāo)10指令存儲器八進(jìn)制地址指令助記符100101102103104105106MOV RO,R1LAD R1,6ADD R1,R2STO R2,(R3)JMP 101AND R1,R3數(shù)據(jù)存儲器八進(jìn)制地址八進(jìn)制數(shù)據(jù)567103070100667740(120) PC的內(nèi)容被放到指令地址總線的內(nèi)容被放

5、到指令地址總線ABUS(I)上上,對指存進(jìn)行譯碼對指存進(jìn)行譯碼,并啟動讀命令；并啟動讀命令； 從從102號地址讀出的號地址讀出的LAD指令通過指令總線指令通過指令總線IBUS裝入指令寄存器裝入指令寄存器IR； 程序計數(shù)器內(nèi)容加程序計數(shù)器內(nèi)容加1，變成，變成103，為取下一條指令做好準(zhǔn)備；，為取下一條指令做好準(zhǔn)備； 指令寄存器中的操作碼（指令寄存器中的操作碼（OP）被譯碼；）被譯碼； CPU識別出是識別出是LAD指令，至此，取指周期即告結(jié)束。指令，至此，取指周期即告結(jié)束。 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC中的值為中的值為102（八進(jìn)制）；（八進(jìn)制）； OC發(fā)出操作命令，將地址碼發(fā)出操作命令，將地址碼6裝

6、入數(shù)據(jù)地址寄存器裝入數(shù)據(jù)地址寄存器AR； OC發(fā)出讀命令，將數(shù)存發(fā)出讀命令，將數(shù)存6號單元中的數(shù)號單元中的數(shù)100讀出到讀出到DBUS上；上； OC發(fā)出命令，將發(fā)出命令，將DBUS上的數(shù)據(jù)上的數(shù)據(jù)100裝入緩沖寄存器裝入緩沖寄存器DR； OC發(fā)出命令，將發(fā)出命令，將DR中的數(shù)中的數(shù)100裝入通用寄存器裝入通用寄存器R1，原來，原來R1中的數(shù)中的數(shù)10被沖掉。至此，被沖掉。至此，LAD指令執(zhí)行周期結(jié)束。指令執(zhí)行周期結(jié)束。 操作控制器操作控制器OC發(fā)出控制命令打開發(fā)出控制命令打開IR輸出三態(tài)門，將指令中的直接地址碼輸出三態(tài)門，將指令中的直接地址碼6放到數(shù)據(jù)總放到數(shù)據(jù)總線線DBUS上；上； 答：答：

7、DBUS上分時進(jìn)行上分時進(jìn)行地址傳送和地址傳送和數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送,一個數(shù)據(jù)通一個數(shù)據(jù)通路占用一個路占用一個CPU周期。周期。5.2.5ADD指令的執(zhí)行周期指令的執(zhí)行周期 操作控制器操作控制器OC送出控制命令到通用寄存器，選擇送出控制命令到通用寄存器，選擇R1做源寄存器，做源寄存器，R2做目標(biāo)寄存器；做目標(biāo)寄存器； OC 送出控制命令到送出控制命令到ALU，指定，指定ALU做做R1（100）和）和R2（20）的加）的加法操作；法操作； OC送出控制命令，打開送出控制命令，打開ALU輸出三態(tài)門，運(yùn)算結(jié)果輸出三態(tài)門，運(yùn)算結(jié)果120放到放到DBUS上；上； OC送出控制命令，將送出控制命令，將DBUS

8、上數(shù)據(jù)打入緩沖寄存器上數(shù)據(jù)打入緩沖寄存器DR；ALU產(chǎn)生的產(chǎn)生的進(jìn)位信號保存狀態(tài)字寄存器在進(jìn)位信號保存狀態(tài)字寄存器在PSW中。中。 OC送出控制命令，將送出控制命令，將DR（120）裝入）裝入R2，R2中原來的內(nèi)容中原來的內(nèi)容20被沖被沖掉。至此掉。至此ADD指令執(zhí)行周期結(jié)束。指令執(zhí)行周期結(jié)束。STO R2, (R3) -將將R2內(nèi)容寫到內(nèi)容寫到(R3)5.2.5STO指令的指令周期指令的指令周期 操作控制器操作控制器OC送出操作命令到通用寄存器，選擇送出操作命令到通用寄存器，選擇R3=30做數(shù)據(jù)存儲做數(shù)據(jù)存儲器的地址單元；器的地址單元； OC發(fā)出操作命令，打開通用寄存器輸出三態(tài)門，將地址發(fā)出

9、操作命令，打開通用寄存器輸出三態(tài)門，將地址30放到放到DBUS上；上； OC發(fā)出操作命令，將地址發(fā)出操作命令，將地址30打入打入AR，并進(jìn)行數(shù)存地址譯碼；，并進(jìn)行數(shù)存地址譯碼； OC發(fā)出操作命令到通用寄存器，選擇發(fā)出操作命令到通用寄存器，選擇R2=120，作為數(shù)存的寫入數(shù)，作為數(shù)存的寫入數(shù)據(jù)；據(jù)； OC發(fā)出操作命令，打開通用寄存器輸出三態(tài)門，將數(shù)據(jù)發(fā)出操作命令，打開通用寄存器輸出三態(tài)門，將數(shù)據(jù)120放到放到DBUS上。上。 OC發(fā)出操作命令，將數(shù)據(jù)發(fā)出操作命令，將數(shù)據(jù)120寫入數(shù)存寫入數(shù)存30號單元，它原先的數(shù)據(jù)號單元，它原先的數(shù)據(jù)40被沖掉。至此，被沖掉。至此，STO指令執(zhí)行周期結(jié)束。指令執(zhí)

10、行周期結(jié)束。5.2.6JMP指令的指令周期指令的指令周期 OC發(fā)生操作控制命令，打開指令寄存器發(fā)生操作控制命令，打開指令寄存器IR的輸出三態(tài)門，將的輸出三態(tài)門，將IR中的地址碼中的地址碼101發(fā)送到發(fā)送到DBUS上；上； OC發(fā)出操作控制命令，將發(fā)出操作控制命令，將DBUS上的地址碼上的地址碼101打入到程序計數(shù)器打入到程序計數(shù)器PC中，中，PC中的原先內(nèi)容中的原先內(nèi)容106被更換。于是下一條指令不是從被更換。于是下一條指令不是從106號單元取出，而是轉(zhuǎn)移到號單元取出，而是轉(zhuǎn)移到101號單元取出。至此號單元取出。至此JMP指令執(zhí)行周期結(jié)束。指令執(zhí)行周期結(jié)束。取指取指執(zhí)行執(zhí)行一個一個CPU周期周期P151例例1：雙總線結(jié)構(gòu)機(jī)器的數(shù)據(jù)通路圖：雙總線結(jié)構(gòu)機(jī)器的數(shù)據(jù)通路圖分析分析ADD R2，R0 （R0=R0+R2）分析分析SUB R1，R3 （