5.4.2 模型机的时序系统

5.4.2 模型机的时序系统

在本例中,采用同步时序控制的方式,即所有的动作均在一个统一的时钟控制下完成。

把一条指令从取指令开始,到指令执行完成所需要的时间,这个时间称为指令周期。一条指令的执行过程包括取指、分析指令和执行指令多个步骤,于是可以把指令周期分为取指周期和执行周期两个阶段,于是设置两个机器周期,分别是取指周期与执行周期。取指周期又包括从存储器中取出指令、译码等微操作,执行周期又包含从存储器取操作数、运算、计算下一条指令地址等微操作。每个微操作必须在有限的时间完成,该段时间称为时钟周期,也称为节拍。

下面为模型机设立下面的三级时序。

1.机器周期

(1)取指周期FT

取指周期是每条指令都要经历的周期,因此取指周期的操作,称为公操作。在取指周期阶段需要完成的操作有:根据PC的值从主存储器中取出对应的指令,地址送往指令寄存器IR,并对指令的高2位进行译码。

(2)执行周期ET

所有指令都会进行执行周期,根据指令的操作码决定进行什么操作。

· ADD 指令。在本阶段要完成的操作有:将地址码字段送主存储器取得对应地址的操作数,执行加法操作,即将取得的操作数与AC 的值相加,并将相加的结果存入AC中,然后准备好下一条指令的地址,即PC+1→PC。

·LOAD 指令。在本阶段要完成的操作有:将地址码字段送主存储器取得对应地址的操作数,并将操作数存入AC,然后准备好下一条指令的地址,即PC+1→PC。

·STROE指令。在本阶段要完成的操作有:将地址码字段送主存储器,然后将AC的值送到对应地址码的主存储器中,并准备好下一条指令的地址,即PC+1→PC。

·JUMP指令。在本阶段只需要更新PC的值,将指令中的地址字段的值赋予PC,即需要跳转的地址。

2.节拍(时钟周期)

在同步时序控制下,通常以系统时钟周期为基本单位,将指令周期划分为若干相等的时间段,这个时间段称为一个节拍。节拍一般用具有一定宽度的电位信号来表示,称为节拍电位。节拍电位的宽度就是系统时钟周期。一个机器周期包含若干微操作,这些微操作的执行是有时序要求的,划分好节拍以后,控制器就可以将指令的微操作安排在各个节拍上,使各个控制信号在不同的节拍内变为有效,就可以完成各节拍内的微操作控制。

3.脉冲

在本例中假设工作脉冲在节拍中,不予考虑。