时序信号的作用和体制

CPU中也有一个类似“作息时间”的东西，称为时序信号。计算机所以能够准确、迅速、有条不紊的工作，正是因为CPU中有一个时序信号发生器。

作用：

1. CPU中的控制器用它控制机器的工作节奏，以及按时间顺序规定每一个时序信号的任务。

2. CPU可以用时序信号/周期信息来辨认从内存中取出的是指令（取指）还是数据（执行）。

3. 一个CPU周期中时钟脉冲对CPU的动作有严格的约束。

4. 控制信号是时间因素（时序）和空间因素（部件位置）的函数

体制
组成计算机硬件的器件特性决定了时序信号的基本体制是电位—脉冲制。

这种体制最明显的一个例子，就是当实现寄存器之间的数据传送时，数据加在触发器的电位输入端，而打入数据的控制信号加在触发器的时钟输入端。

（1）硬布线控制器

:采用主状态周期—节拍电位（CPU周期）—节拍脉冲（时钟周期）三级体制。
一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（时钟周期），以表示较小的时间单位；
而主状态周期可包含若干个节拍电位，所以它是最大的时间单位。

特点：
时序信号产生电路复杂

（2）微程序控制器

:节拍电位（CPU周期）—节拍脉冲（时钟周期）二级体制，
它只有一个节拍电位（ CPU周期），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，而节拍脉冲把一个CPU周期划分成了几个比较小的时间间隔。

特点

• 利用微程序顺序执行来实现微操作
• 时序信号产生电路简单

时序信号产生器

功能：产生时序信号

• 各型计算机产生时序电路不相同
• 大、中型计算机的时序电路复杂，微型计算机的时序电路简单

构成：

1. 时钟源
2. 环形脉冲发生器
3. 节拍脉冲和读写时序译码逻辑
4. 启停控制逻辑
   

控制方式

机器指令所包含的CPU周期数反映了指令的复杂程度，即操作控制信号的多少。
不同的CPU周期，操作信号的数目和出现的先后次序也不相同。

控制器的控制方式
控制产生不同操作序列时序信号的方法。

常用的控制方式分为以下几种：

1. 同步控制方式
2. 异步控制方式
3. 联合控制方式

同步控制方式

指令的机器周期和时钟周期数不变

同步控制方式可选取如下方案：

1. 完全统一的机器周期执行各种不同的指令。

2. 采用不定长机器周期。(利用28原则)
   将大多数操作安排在一个较短的机器周期内完成，
   对某些时间紧张的操作，则采取延长机器周期的办法来解决。

3. 中央控制与局部控制的结合。
   将大部分指令安排在固定的机器周期完成，称为中央控制。
   对少数复杂指令采用另外的时序进行定时，称为局部控制。

异步控制方式

每条指令需要多长时间就占多长时间（按需分配）。
意味着每条指令的指令周期可由多少不等的机器周期数组成。如应答信号。

联合控制方式

大部分指令在固定的周期内完成，少数难以确定的操作采用异步方式。

1. 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。
   例如CPU访问主存时，依靠其送来的“READY”信号作为读/写周期的结束。

2. 机器周期的节拍脉冲（时钟周期）固定，但是各指令的机器周期数不固定（微程序控制器采用。）