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二,各类指令的执行步骤 1,非访内指令 它需要两个CPU周期,在第—个CPU周期,即取指令阶段, CPU完成三件事:(1) 送指令地址并对程序计数器PC加1,以 便为取下一条指令做好准备;(2)从内存取出指令;(3)对指 令操作码进行译码或测试,以便确定进行什么操作. 在第二个CPU周期,即执行指令阶段,CPU根据对指 令操作的译码或测试,进行指令所要求的操作. 例1:加法指令ADD R0,R1 (1)AR PC, PC PC+1; 送指令地址并形成下一条 指令地址. (2)读主存,IR 读出内容; 读取指令到指令寄存器
16:58:19 10Fra bibliotek(1)同步控制方式:在任何情况下,已定的指令在执行时 所需的机器周期数和时钟周期数都固定不变. (2)异步控制方式:每条指令,每个操作控制信号需要多 少时间就占用多少时间. (3)联合控制方式:同步控制和异步控制的结合,有两种 情况.一种情况是,大部分操作序列安排在固定的机器周期中, 对某些时间难以确定的操作则以执行部件的"回答"信号作为 本次操作的结束.另一种情况是,机器周期的节拍脉冲数固定, 但是各条指令周期的机器周期数不固定. 习题:写出如下指令的执行步骤 1,INC R2 2,RET
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2,直接访内指令 这种指令的指令周期由三个CPU周期组成,第一个是取指令周 期;第二个CPU周期将操作数的地址送往地址寄存器并完成地址 译码,在第三个CPU周期中从内存取出操作数并执行相应的操作. 例1:写内存指令STRR [R9],R2 (1)AR PC PC PC+1 1 AR PC, (2)读主存,IR 读出内容 (3)AR R9+0 ;用两步分别送地址和执行写操作, (4)写主存,总线 R2+0 ;送内存地址到AR中, ;执行写内存操作. 本指令结束,检测中断请求,无中断请求,进入下一条指 令的执行过程. 16:58:19 6
第五讲 指令周期及指令执行步骤
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复习内容:中央处理器的功能,控制器 的功能,控制器的组成. 本讲主要内容:1,指令周期的基本概念 2,各类指令的执行步骤 要求:了解指令周期的基本概念,训练掌 握各类指令的执行步骤
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一,指令周期的基本概念 存储器中指令和数据的区分,使用的是指令周期的方法. 指令周期是取出并执行一条指令的时间.由于各种指令的 操作功能不同,有的简单,有的复杂,因此各种指令的指令 周期是不尽相同的. 指令周期常常用若干个CPU周期数来表示,CPU周期也称为 机器周期.通常用内存中读取一个指令字的最短时间来规定 CPU周期. 一个CPU周期时间又包含有若干个时钟周期(通常称为节拍 脉冲或T周期,它是处理操作的最基本单位).
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PC+1 读出内容 读出内容,AR DB;送地址指示器
(5)读主存 ;取操作数
4,程序控制类指令 由两个指令周期组成,第一个周期取指,第二个周期执行 指令. 例:条件相对转移指令性计划JRC 2000 (1)AR PC, PC (2)读主存,IR PC+1 读出内容
(3)若C=1则PC 指令地址+相对寻址偏移量(在IR的低 位字节),否则本步骤什么操作也不做(即保持PC内容不变, 仍为顺序执行)
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(3)R0 R0+R1,保存状态信息;执行指令 本指令结束,检测中断请求,无中断请求,进入下一条指令 的执行过程. 例2:传送指令MVRR R2,R0 (1)AR PC, PC PC+1 (2)读主存,IR 读出内容 (3)R2 R0+0;执行指令
本指令结束,检测中断请求,无中断请求,进入下一条指 令的执行过程.
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三,时序产生器和控制方式 1,时序信号的作用和体制 CPU识别指令和数据的方法:从时间上来说,取指令事 件发生在指令周期的第一个CPU周期中,即发生在"取指令" 阶段,而取数据事件发生在指令周期的后面几个CPU周期中, 即发生在"执行指令"阶段.从空间上来说,如果取出的代 码是指令,那么一定送往指令寄存器,如果取出的代码是数 据,那么一定送往运算器.这个方法体现了时序控制的重要 性. 硬布线控制器中,时序信号往往采用主状态周期-节拍 电位-节拍脉冲三级体制.—个节拍电位表示一个CPU周期 的时间,它表示了一个较大的时间单位;在一个节拍电位中 又包含若干个节拍脉冲,以表示较小的时间单位;而主状态 16:58:19 周期可包含若干个节拍电位,所以它是最大的时间单位. 9
在微程序控制器中,时序信号比较简单,一般采用电位-节拍 脉冲二级体制.就是说,它只有一个节拍电位,在节拍电位中 又包含若干个节拍脉冲(时钟周期).节拍电位表示一个CPU 周期的时间,而节拍脉冲把一个CPU周期划分成几个较小的时 间间隔. 2,时序信号产生器 微程序控制器中使用的时序信号产生器由:时钟源,环形 脉冲发生器,节拍脉冲和读写时序译码逻辑,启停控制逻辑等 部分组成. 3,控制方式 形成控制不同操作序列的时序信号的方法,称为控制器的 控制方式.常用的有同步控制,异步控制,联合控制三种方式.
3,间接访内指令 这种指令的指令周期由四个CPU周期组成,第一个是取指 令周期;第二个CPU周期送地址指示器,在第三个CPU周期取出 操作数地址,第四个CPU周期取操作数并执行相应的操作. 例:8086/8088的汇编指令STA I 31 (1)AR PC, PC (2)读主存,IR (3)AR 31 (4)读主存, DB (6)执行指令.