总线分类与设备控制
总线结构的CPU每个设备要作什么事情,一般都要通过控制信号控制,控制信号的全体决定着总线结构的状态。所有的控制信号都来自控制器。控制信号一般要单独设立线路传输,每个信号都有独立的方向和目标。因此,在CPU内部控制线多为专用线,而不像一般教材中所说的那样,使用公共线路做为控制总线。一般除非是远距离控制信号传输,考虑到线路的节约,才使用公共线路传递,但两端都要还原成专用控制线路。所以在CPU内部少讲控制总线,多讲控制专线比较合适。
地址线在CPU内部和数据总线常常是公用的,除非地址线的条数超出数据线的条数,那么才会有专门的用于跑地址信号的部分线路,一般称为地址总线也有些勉强,称为内部总线比较恰当。
控制线的全体排列起来组成的字,叫做总线控制字,也叫计算机控制字或CPU控制字。总线控制字的每一个值都决定着CPU的一个基本状态,由于发出不同的总线控制字的值,就可以确定总线结构CPU的不同状态,它是确定CPU最基本动作的控制数据,因而又称之为微指令。
CPU一个基本状态转换到另一个基本状态的过程就叫做一个基本动作,微指令就可以决定CPU的基本动作。一连串的基本动作就可以完成一定的任务,将这一连串的基本动作定型,并且给它编码,然后用编码来启动这一连串的基本动作,这个编码就是机器指令。
CPU 的基本动作是有时间顺序的,因而CPU离不开时间的驱动。驱动CPU 工作的基本时间一般用石英振荡器发出脉冲波来完成(见图 3-2)。将脉冲波按照一定的段长截取,并且将段内的脉冲编号,就得到了确定机器指令中基本动作的顺序节拍。
一个节拍可以包含一个时钟脉冲周期,也可以包含多个时钟脉冲周期。一个CPU的硬件组织确定下来之后,局部或整体的状态会反映出信息处理的基本步骤。CPU的一个基本动作就发生在一个节拍的时间内。实际节拍的长短与组成CPU的电子器件物理特性有关,也和制造工艺有关。各种计算机的机器指令总是由有限个节拍来实现的,因此,很多情况下人们将计算机就称为有限状态机。