[科普中国]-时序控制机构

简介

时序控制机构由时序信号产生器和操作控制器组成。时序控制机构就是控制机器有条不紊地工作，控制过程如下：机器一旦启动，即CPU开始取指令并执行指令时，时序信号产生脉冲，操作控制器就利用定时脉冲的顺序和不同的脉冲间隔，有条理、有节奏地指挥机器动作，规定在这个脉冲到来时做什么，在那个脉冲到来时做什么，给计算机各部分提供工作所需的时间标志1。

时序信号产生器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。脉冲通常是指电子技术中经常运用的一种象脉搏似的短暂起伏的电冲击(电压或电流)。主要特性有波形、幅度、宽度和重复频率。

时钟源时钟源用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电平匹配的方波时钟脉冲信号。它通常由石英 晶体振荡器和与非门组成的正反馈振荡电路组成，其输出送至环形脉冲发生器。

环形脉冲发生器环形脉冲发生器的作用是产生一组有序的间隔相等或不等的脉冲序列，以便通过译码电路来产生最后所需的节拍脉冲。为了在节拍脉冲上不带干扰毛刺，环形脉冲发生器通常采用循环移位寄存器形式。

操作控制器概述控制器的基本功能是负责指令的读出、识别和解释，并指挥协调各功能部件执行指令。

操作控制器是CPU中完成取指令和执行指令全过程的部件，其主要功能是根据指令操作码和时序信号的要求，产生各种操作控制信号，以便在各寄存器之间正确地建立数据通路，从而完成取指令和执行指令的控制。

根据设计方法不同，操作控制器可分为组合逻辑控制器和微程序控制器两种，二者的区别在于其中的控制信号形成部件不同，进而反映出不同的设计原理和方法。根据使用器件的不同，组合逻辑控制器又可进一步细分为硬连线控制器和门阵列控制器。

常用控制方式操作控制器常用的控制方式有同步控制、异步控制、联合控制。

同步控制方式：任何指令的运行或指令中各个微操作的执行，均由确定的，具有统一基准时标的时序信号所控制。即所有的操作均由统一的时钟控制，在标准时间内完成。（在同步控制下，每个时序信号的结束就意味着安排完成的工作已经完成，随即开始执行后续的微操作或自动转向下条指令的运行。）

根据不同情况，同步控制方式可选取如下方案：

**(1)**采用完全统一的机器周期执行各种不同的指令。这意味着所有指令周期具有相同的节拍电位数和相同的节拍脉冲数。显然，对简单指令和简单的操作来说，将造成时间浪费。

**(2)**采用不定长机器周期。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(乘、除、浮点运算)采用另外的时序进行定时，称为局部控制。

异步控制方式：没有统一的同步信号，采用问答方式进行时序协调，将前一操作的回答作为下一操作的启动信号。

联合控制方式：将同步控制和异步控制相结合。其通常设计思想为：在功能部件内部采用同步方式或以同步方式为主的控制方式；在功能部件间采用异步方式。