执行一条指令的过程可分为几个阶段,而每一阶段又分为若干步基本操作,每一步操作则由控制器产生一些相应的控制信号实现。因此每条指令都可分解为一个控制信号序列,指令的执行过程就是依次执行一个确定的控制信号序列的过程。
一、同步控制方式
控制方式:各个微操作必须在规定时间内完成,到达规定时间就自动执行后续的微操作。
基本特征:将指令执行时间分为若干长度相同的时钟周期(节拍)。机器的时钟频率(主频)的选择主要取决于CPU内部的操作。
优点:时序关系简单,结构上易于集中,相应的设计和实现比较方便。
缺点:通常时钟周期应该能完成CPU内部花费时间最长的微操作,对于花费时间少的微操作,就会有时间上的浪费。
二、同步控制方式的多级时序系统
1. 多级时序的概念
在组合逻辑控制中,是依靠不同的实际标准使CPU分步执行指令,其时序信号常划分为三级:机器周期、节拍、时钟脉冲。
①机器周期:在组合逻辑控制器中,通常将指令周期划分为几个不同的阶段,每个阶段所需的时间称为机器周期,又称为CPU工作周期或基本周期。
②节拍(时钟周期):一个机器周期的操作一般需分几步完成。为此,将一个机器周期划分为若干相同的时间段,每个时间段内完成一步基本操作。这个时间段用一个电平信号宽度对应,称为节拍或时钟周期。
③时钟脉冲信号:节拍的宽度确定后,时钟脉冲信号的频率也就随之确定了。在时序系统中,是将由时钟发生器产生时钟脉冲信号作为时序系统的基本定时信号。
2. 多级时序信号之间的关系
由于指令周期不作为时序的一级,一个指令周期可划分为若干机器周期,一个机器周期可由若干节拍组成,一个节拍里可以安排一个或几个工作脉冲。
3. 时序系统的组成
一个时序系统的组成主要是由主振(晶振)、时钟发生器、节拍发生器和周期触发器组成。当机器一上电就产生频率稳定的主振信号,由时钟发生器经过整形分频后得到时钟脉冲信号。节拍发生器按先后顺序,循环地发出若干节拍信号。