微操作命令分析 @

取指周期 @

PC->MAR-> 地址线
1->R(读操作允许信号置为 1)
M(MAR)->MDR(M 表示 MAR 内的地址所在的内存单元的值)
MDR->IR
OP(IR)->CU,(OP 代表 IR 中保存的命令的操作码)
(PC)+1->PC,(括号加 PC，代表取 PC 的值)

指令的地址保存在 PC 中，PC 将地址送入 MAR 经过地址总线送入存储器中，然后 CU 向存储器发出读信号，该信号经过控制总线送入存储器中，读出的数据从由存储器送给 MDR，再由 MDR 送入 IR，指令就被取出到 IR 当中。

在取指周期其实还要完成译码的任务，译码要确定指令要做什么操作，这个操作由指令的操作码给出，所以要将指令的操作码部分送给 CU，然后再由 CU 译码确定指令的操作。取指周期还要对 PC 进行更新，所以 PC 的值要 +1，把结果再保存进 PC 当中。

间址周期 @

指令形式地址->MAR
Ad(IR)->MAR
1->R(发出读信号)
M(MAR)->MDR(MAR 保存的地址所在内存单元中的数据 M 送入 MDR)
MDR->Ad(IR)(真实地址送入 IR)

间址周期说明指令采用的是间接寻址，我们要通过间址周期把操作数的地址，从存储器当中取出，放入 IR 当中所保存的指令的地址码部分。

指令所在的地址由 IR 给出，首先将形式地址传送给 MAR，也就是 IR 中的地址码部分给 MAR，再由 MAR 经过地址总线传给存储器，要实现这个操作需要由 CU 控制，发出“将 IR 的地址码部分送入 MAR”的控制信号，也就是 IR 中的操作码部分进行译码，然后控制器向存储器发出读信号，存储器接收到控制信号后，将指定的内存单元的数据取出，然后通过数据总线，将数据传送给 MDR，被取出的数据也是一个地址，所以送入 IR 中的地址码部分，此时 IR 中的地址码部分就是操作数的真实地址。

执行周期 @

在取指周期和间址周期，我们假设指令字长=机器字长=存储字长，执行周期由于各指令长短不一，相对比较复杂。

非访存指令 @

CLA，对 ACC 进行清零，控制器将 0 送入 ACC
COM，取反，将 ACC 中的内容按位取反。
SHR，算术右移，数据右移后左边会空出一位，原来是数据的符号位，这一位只要用原来的符号位进行填充就可以，这条命令包含两个操作，L(ACC)->R(ACC)，将 ACC 左边的内容，写入 ACC 的右侧，ACC0->ACC0,最高位重新写回 ACC，这两条操作可以同时进行。
CSL，循环左移，R(ACC)->L(ACC),ACC0->ACCn
STP，停机指令，0->G

访存指令 @

加法指令，ADD X
- Ad(IR)->MAR (ACC 以及保存了被加数，需要取出加数)
- 1->R(读命令)
- M(MAR)->MDR
- (ACC)+(MDR)->ACC(相加后存入 ACC)
存数指令，STA X
- Ad(IR)->MAR
- 1->w(写命令)
- ACC->MDR
- MDR->M(MAR)(MDR 的内容存储到 MAR 指令的单元)
取数指令，LDA X
- Ad(IR)->MAR
- 1->R
- M(MAR)->MDR
- MDR->ACC(取出数据存入 ACC 寄存器)

转移指令 @

无条件转移，JMP X，Ad(IR)->PC
条件转移，BAN X(上次计算的结果值如果为负，则转移)

三类指令的指令周期 @

非访存指令周期: 取指周期、执行周期
直接访存指令周期: 取指周期、执行周期
间接访存指令周期: 取指周期、间址周期、执行周期
转移指令周期: 取指周期、执行周期
间接转移指令周期: 取指周期、间址周期、执行周期

中断周期 @

保存断点分为两种方式，程序断点存入”0”地址，或者程序断点进栈。

0 地址 @

0->MAR(0 的地址送入 MAR)
1->W(发送写命令)
PC->MDR(断点保存在 PC 中，所以将 PC 的内容送入 MDR)
MDR->M(MAR)(写入操作，完成了保存断点操作)
向量地址->PC(硬件向量法)
0->EINT(中断允许触发器,关中断)

程序断点进栈 @

(SP)-1->MAR(要将程序断点写入新的栈顶地址)
1->W
PC->MDR
MDR->M(MAR)
中断识别程序入口地址 M->PC(软件查询法)
0->EINT(置”0”)

控制单元的功能 @

控制单元的外特性 @

输入信号包括来自指令寄存器的操作码部分，CU 要对操作码进行译码，CU 在时钟信号的控制之下进行工作，还要各种标志，这些标志是指令执行的必要条件，通过系统总线 CPU 外部的信号可以进入 CU。

控制单元的输出信号包括两部分，一个是 CPU 内部的控制信号，另一个是到系统总线的控制信号。

输入信号 @

时钟，CU 受时钟控制，一个时钟脉冲可以发一个操作命令或一组需同时执行的操作命令。
指令寄存器，OP(IR)->CU，控制信号与操作码有关
标志，CU 受标志控制
外来信号，如 INTR 中断请求、HRQ 总线请求

输出信号 @

CPU 内的各种控制信号
- Ri->Rj(寄存器之间进行数据传输)
- (PC)+1->PC(对指令地址进行修改)
- 数据运算和逻辑运算
- ALU 的控制信号也由 CU 发出
送至控制总线的信号
- MREQ，访存控制信号
- IO/M，访 IO/存储器的控制信号
- RD，读命令
- WR，写命令
- INTA，中断响应信号
- HLDA，总线响应信号

控制信号举例 @

不采用 CPU 内部总线的方式 @

取指周期 @

PC,指出了下一条指令的地址，将指令取到送入 IR 中，然后送入 CU 当中译码，CU 要有时钟信号控制，还有寄存器 AC、运算器 ALU、MDR、MAR。

取指令 PC 送入 MAR，MAR 将地址送入内存，取出的指令送入 MDR，如果取回的是指令，需要送入 AC 当中，如果是加法指令取回的是数据，需要放入 AC 寄存器，如果取回的是加法指令直接送入 ALU 进行运算，如果是间址寻址取到的是操作数的地址，需要将地址再送入 MAR，将操作数取回，IR 要将寄存器的操作码部分送入 CU，时钟要送入 CU 中，控制 CU 发送控制信号，CU 发出各种控制信号控制 ALU 完成运算，下图是加法指令为例：

间址周期 @

同样以加法指令为例，但加法指令的数据部分并不是真实地址，下面假设从 MDR 拿到形式地址。IR 的蓝色部分表示操作数，棕色部分表示地址码。

执行周期 @

由于上次的操作并没有对 MDR 清零，所以操作数的地址保存在 MDR 与 IR 中，假设取操作数地址来源于 MDR 中，MDR->MAR,MAR-> 内存，CU 发送读信号，读出的数据送入 MDR，此时 AC 存的被加数，MDR 存的加数，将 AC->ALU,MDR->ALU,在 CU 控制下完成运算操作，将结果存入 AC.