1、混合控制方式 现代计算机系统广泛采用的方式 基本思想：将每个指令周期分成多个机器周期，每个机器周期中再分成多个节拍，于是各条指令可取不同的机器周期数作为各自的指令周期。如简单指令包含一个机器周期，复杂指令可包含多个机器周期。 这种方式不浪费很多时间，控制上又不十分复杂。二、控制器的功能与组成二、控制器的功能与组成1 1、控制器的功能、控制器的功能指令控制根据给定的地址从主存储器中取出待执行的指令，并分析指令功能，然后执行该指令，接着取下条指令，分析并执行下条指令。时序控制机器指令的操作过程（包括取指令、分析指令和执行指令）是严格按照一定的时序进行的，一个指令周期中包含多少个机器周期随指令功能的
2、不同而不同，一个机器周期中包含多少个节拍随机器周期的不同而不同。这些周期和节拍信息都应由时序部件定时产生，不允许出现任何差错。操作控制在时序信号控制下，各个指令周期中包含多少个机器周期，各个机器周期内部的各个节拍中完成什么功能，均由指令操作流程作出严格规定。控制器应能按照指令操作流程图的规定，在各个节拍中产生控制信号，控制各各相关部件完成相应的操作。由于这些控制信号所完成的操作非常简单，通常称它们微操作控制信号或微命令。2 2、控制器的组成、控制器的组成控制器是全机的指挥中心，其复杂程度随机器规模大小有比较大的区别，但一般应包含如下主要部件： 程序计数器PC:存放待执行指令在存储器中的地址，即
3、指令地址寄存器 指令寄存器IR：存放从寄存器中取出的待执行指令 指令译码器ID：操作码译码 时序部件：产生计算机工作过程中所需的各种时序信号 微操作控制部件：产生与各条微指令对应的微操作控制信号。通常有三种构成方式由逻辑电路，或存储逻辑电路构成，或可编程逻辑阵列PLA构成 中断系统 操作控制台三、指令的执行过程三、指令的执行过程1 1、指令周期、指令周期 “指令周期”是指一条指令从取出到执行完毕所需要的时间，通常将其分成两个阶段取指令、分析指令阶段和执行指令阶段。取指令阶段对所有指令都相同，可称作“公操作阶段”。执行指令阶段的不同操作才反映出不同的指令功能。对于采用混合控制方式的现代计算机，一
4、般的做法是定义几个基本的机器周期，例如：取指令机器周期，读存储器机器周期，写存储器机器周期和执行运算机器周期等。一个指令周期中，可包含不同数量、不同种类的一个或几个机器周期。但任何指令的第一个机器周期必须是取指令机器周期，由它完成取指令和分析指令的功能。机器周期又称作CPU周期，通常是存储器的一个访问周期。一个机器周期内部又可分为几个节拍。节拍是计算机操作的最小单位，又称作时钟周期或T周期。指令周期取指令机器周期执行指令机器周期T1T3T2T3T1TxT2Tn节拍一个机器周期内所包含的节拍数可固定不变，或可变。2 2、指令操作流程、指令操作流程任何一条机器指令的执行过程都是一个微操作序列的执行
5、过程。将指令周期中所包含的微操作合理地分配在各个机器周期的各个节拍中，便可构成各条指令的操作流程图。任何指令在取指令周期的操作都基本相同。假定某计算机中，每个机器周期内均包含4个节拍（T1T4 ），则取指令机器周期的操作流程为：PCMARRD MPC+1PCMDRIR指令译码T1T2T3T4各节拍操作： T1拍：将PC内容置入存储器地址寄存器MAR中； T2拍：向存储器发出读令； T3拍：修改PC内容，使之指向下条指令地址； T4拍：将从存储器读出的指令置入指令寄存器IR中，并对操作码部分进行译码。其它机器周期的操作流程图与具体指令有关。例如：采用直接寻址方式的取数指令完成从存储器的有效地址中
6、取出操作数置入累加器AC中，则应在取 指令周期后安排一个执行操作的机器周期。如右图。IR(ADR)MART1RD MT2MDRDBUST3BUSACT4在这个机器周期中，主要完成从存储器中取操作数的功能，因此可称它为读存储器机器周期。各节拍操作： T1拍：将指令中的地址码部分(形式地址D)置入存储器地址寄存器MAR中； T2拍：向存储器发出读令； T3拍：将读出的操作数送数据总线； T4拍：将操作数置入累加寄存器AC中。同样是取数指令，若采用间接寻址方式，则至少需要两个执行周期。第一个执行周期访问存储器取操作数地址，第二个执行周期访问存储器取操作数置入累加器中。假想模型机的指令系统包含8条机器
7、指令，其指令操作流程图如下：IR(ADR)MARRD M读出操作MDRBUSACIR(ADR)MARACMDRWE M写入操作IR(ADR)MARRD M读出操作AC+MDRACIR(ADR)MARRD M读出操作ACMDRACIR(ADR)PC0启停逻辑IR(ADR)PCZF1？ACACPCMARRD MPC+1PCMDRIRT1T2T3T4指令译码T1T2T3T4执行指令机器周期取指令机器周期LDASTAADDANDJMPJMPZCOMHALT该模型机所有指令均在两个周期内完成。第一个机器周期为取指令周期，第二个机器周期的操作各不相同，分别完成各条指令的不同功能。一般情况下，任何一条指令执
8、行完毕都要访问中断，若当前有中断请求，则转去执行中断处理程序，否则进入下条机器指令的取指令周期，开始下一个指令周期。四、时序部件四、时序部件指令的执行过程严格按照指令操作流程图所规定的时序定时；时序部件用来产生必要的时序信号为机器周期和节拍信号定时；根据组成计算机各部件的器件特性，时序信号通常采用“电位脉冲”制。时序部件的构成 脉冲源即主时钟，通常由石英晶体振荡器构成 节拍信号发生器又叫脉冲分配器，产生各个机器周期中的节拍信号。 启停线路逻辑五、组合逻辑控制器五、组合逻辑控制器基本概念 机器指令的执行过程就是一个微操作序列的执行过程，在各条机器指令的各个机器周期的各个节拍中，应该产生那些微操作
9、控制信号，由指令操作流程图作出严格的规定。 采用组合逻辑电路来产生微操作控制信号的部件称作“组合逻辑控制器”； 优点是速度快，但设计工作量大。设计过程 微操作综合：将指令操作流程图中各条机器指令在不同机器周期的不同节拍中产生的同一个微操作控制信号集中到一起形成一个逻辑表达式。 化简逻辑表达式。 用具体的逻辑电路实现所有表达式。组合逻辑控制器的特点 一旦设计成功，不易修改。 由组合逻辑控制器产生的微操作控制信号Ci是指令Im、时序信号Ti和运算结果特征Si的函数。即Ci=f(Im,Ti,Si)设计举例(144)六、微程序控制器六、微程序控制器1、基本概念 任何一条机器指令的执行过程就是一个微操作
10、控制信号的产生过程； 一个微操作控制信号称作一个微命令； 将几个、十几个甚至几十个微命令集中由一条微指令来产生，于是一条机器指令便可由一条或几条微指令来解释。 微指令：微命令的集合 微程序：解释一条机器指令的微指令的集合 微程序设计：设计与各条机器指令相对应的微程序的过程。 一种确定的算法，由一段机器语言程序解释；任何一条机器指令又可由一段相应的微程序来解释。问题的算法ADD R1,R2STA m1机器语言程序ADD指令微程序STA指令微程序说明： 各条机器指令对应的微程序长度各不相同，取决于指令功能的强弱，也与微指令本身的功能强弱有关系； 机器指令的执行过程就是与之对应的微程序的执行过程；
11、机器执行过程中的微命令由微指令产生； 上述这种控制方式，称作微程序控制方式，其相应的部件，称作微程序控制器。 显然，微程序控制器是将组合逻辑控制器中的硬件软化成为微程序而形成的； 优点：修改方便，规整性好，有规律可寻，可借鉴软件设计经验； 采用微程序控制方式的计算机，把所有的微程序集中存放在一个独立的存储器中，称作控制存储器(CM-Control Memory)； 微程序一旦设计完毕，不允许修改，只允许执行，因此CM一般由EPROM 构成； 每条微指令在CM中占用一个地址，CM的容量取决于微指令的字长和微程序的总长度。 现代计算机广泛采用微程序控制方式。 超高速计算机不宜采用这种方式。2 2、
12、微指令格式、微指令格式 微指令与机器指令类似，由微操作码和微地址码组成； 微操作码部分用来确定该微指令所能产生的微命令，称作控制字段； 微地址码部分用来确定将要执行的下条微指令在CM中的地址，其作用与机器指令中的地址码不同；(1)、微指令的控制字段微指令分类：水平型微指令、垂直型微指令水平型微指令：能并行产生多个微命令的微指令，又分2种： 直接控制的水平型微指令 编码控制的水平型微指令 直接控制的水平型微指令特点：控制字段中每一位表示一个微命令。n位长的控制字段最多能并行产生n个微命令；缺点：控制字段较长；格式：控制字段地址字段.C0C1C2C3Cn 编码控制的水平型微指令特点：将控制字段分成
13、许多子字段，每个子字段设置一个译码器，任何微命令都是经过译码器输出；任何时候任何一个子字段中最多只能产生一个微命令；一个子字段所包含的微命令构成一个“相斥类”的微命令组，即它们是不允许同时产生的微命令；处于各个不同子字段中的微命令构成一个“相容类”的微命令组，它们允许在一条微命令中同时产生；缺点：并行性降低，且需增设译码器；优点：可缩短微指令长度，减小CM容量。注意：设计时考虑各子字段不产生微命令的特殊情况。格式：控制字段译码器译码器译码器译码器A0A7B0B31C0C31D0D15地址字段A字段B字段C字段D字段X X XXXXXXXXXXXXXXX 垂直型微指令接近于机器指令，无并行性；每
14、条微指令任何时候只能产生一条微命令。格式：译码器C0C31控制字段地址字段XXXXX目标部件地址源部件地址(2)、微指令的地址字段微程序有两种不同的顺序控制方式：断定方式和增量方式。两种方式下地址字段的设置不同。断定方式 微指令在CM可不顺序存放 外部测试条件的考虑控制字段条件测试下条微指令地址 增量方式 微指令在CM中顺序存放 设upc控制字段条件测试举例：某计算机采用微程序控制方式，微指令字长24位，采用水平型编码控制的微指令格式，断定方式。共有微命令30个，构成4个相斥类，各包含5个、8个、14个和3个微命令，外部条件4个。(1)求控制存储器的容量；(2)设计微指令的具体格式。控制字段译
15、码器译码器译码器译码器A0 A5 B0B8 C0C14 D0D3XXXXXXXX条件测试字段XXXXXXXXXXXXXXXX微地址字段 23 21 20 17 16 13 12 11 10 8 7 0解：(1)25624(位) (2)3 3、微程序控制器的结构、微程序控制器的结构根据微程序的两种不同顺序控制方式，微程序控制器有两种不同的结构。(1)(1)、采用断定方式的微程序控制器结构、采用断定方式的微程序控制器结构01n控制存储器(CM)微地址译码器微程序首地址(来自控制器)控制字段条件测试地址字段地址转移逻辑外部条件 C0 C1 Cm采用断定方式的微程序控制器的特点采用断定方式的微程序控制
16、器的特点微程序控制器的主体是用来存放微指令的控制存储器(CM)，其容量为CM的总字数与微指令字长的乘积；CM中可存放与各条机器指令对应的许多个微程序，组成各个微程序的微指令可在CM中任意存放，由各条微指令的微地址字段给出下条微指令在CM中的地址。若是条件转移类微指令，则由条件测试字段通过地址转移逻辑判定外部条件是否满足。若满足条件，则改变微地址字段的某一位或多位的状态，以实现微程序的转移，否则，按微地址字段给定的地址去执行下条微指令。采用断定方式的微程序控制器的操作过程采用断定方式的微程序控制器的操作过程由于取指令机器周期的微操作与指令无关，能产生相应微命令的微指令固定存放在CM的指定地址中；
17、一旦机器被启动，该地址(即微程序首地址)经微地址译码器译码后开始执行微程序，在相应微指令控制之下将第一条机器指令从主存储器中取出置入指令寄存器中，经指令译码器译码后利用条件转移微指令转到执行该机器指令的微程序入口去执行后续微指令，直到整个微程序执行完毕。(2)、采用增量方式的微程序控制器结构微程序首地址(来自控制器)控制字段条件测试地址转移逻辑外部条件 C0 C1 Cm01n控制存储器(CM)微地址译码器微程序计数器upcupc+1采用增量方式的微程序控制器的特点采用增量方式的微程序控制器的特点微指令字中不需要包含微地址字段；控制器中需要单独设置一个微程序计数器(upc)。一般情况下由upc+
18、1来确定下条微指令在CM中的地址，只有遇到转移类微指令才需要改变upc中的某一位或多位地址码的状态，以实现微程序的转移。若是条件转移类微指令，则由条件测试字段通过地址转移逻辑判定是否满足条件。若满足条件，则修改upc的内容，实现微程序转移；否则顺序执行下条微指令。这种结构的微程序控制器要求对应各条机器指令的微程序一般情况下在CM中顺序存放，只有遇到转移类微指令才能改变微程序的走向，这种结构可有效缩短CM的字长。采用增量方式的微程序控制器的操作过程采用增量方式的微程序控制器的操作过程将完成取指令功能的第一条微指令在CM中的地址置入微程序计数器upc中，经译码后可从该地址中取出第一条微指令，执行由
19、它开始的一条或几条第一条机器指令取出置入指令寄存器IR中，经指令译码后利用条件转移微指令可转移到执行相应机器指令的微程序入口；将该入口地址置入upc后，一般情况下顺序执行后续微指令，由upc1给出后续微指令地址，只有遇到转移类微指令，才会修改upc内容实现微程序的转移。重复以上过程直到停机为止。两种微程序控制器操作过程的主要区别两种微程序控制器操作过程的主要区别断定方式由微指令的微地址字段给出下条微指令的地址；增量方式由微程序计数器给定下条微指令的地址。4 4、微指令的定时、微指令的定时在采用微程序控制方式的计算机系统中，机器指令的执行过程成为一个微程序的执行过程，一条机器指令的指令周期就成为
20、多条微指令的微指令周期的总和；为了不会因为采用微程序控制方式而使机器指令的执行速度大大降低，希望微指令的制周期越短越好；任何一条微指令都要从CM中取出后才能去执行，若将机器指令的一个机器周期内的微操作由一条微指令来完成，则要求一条微指令的指令周期与CPU的一个机器周期的持续时间相等，如下图：取指令机器周期执行指令机器周期指令周期(机器指令)取微指令执行微指令微指令周期微指令周期上述情况下，若能做到每条微指令都能够产生机器指令的一个机器周期中的全部微命令，则不会降低机器指令的执行速度；但要求控制存储器的速度要足够高，而且微指令的功能要相当强，有较高的并行性；垂直型微指令无法满足这一要求，因此采用
21、微程序控制方式的计算机完全不降低机器的原有速度是不易做到的，除非CM的访问速度非常快；目前，受器件水平和价格的限制，超高速的计算机系统仍然不采用微程序控制方式。IR(ADR)ARRD MMDRDRXR1Y“”LDR！PCARRD MPC+1PCDRIR1234指令译码执行指令机器周期取指令机器周期ADD678955 5、微程序设计举例、微程序设计举例对于一台采用微程序控制方式的计算机，设计与各条机器指令相对应的微程序的过程称作“微程序设计”；指令系统中，有多少条机器指令，就应该设计出多少个微程序。以前述模型机为例，采用微程序控制器，微指令采用断定方式及直接控制水平型微指令格式，CM容量为256
22、30(位)。以一条“加法指令”(ADD)为例来说明微程序设计的具体过程，流程图为右图。IR(ADR)ARRD MMDRDRXR2Y“”LDR！PCARRD MPC+1PCDRIR1234指令译码执行指令机器周期取指令机器周期ADD67895假定将取指令周期中的微命令用一条“取指”微指令uI1来完成，将执行指令机器周期中的微命令uI2和uI3来完成，前者完成第6到第8步的功能，后者完成第9步的功能，于是ADD指令的微程序可用下面的流程图描述。PCAR，RD MPC1，DR IR指令译码(由P1控制)IRAR，RD MM DRDRX，R2Y“”，LDR100H82H34H00H微指令uI1，uI2
23、和uI3的格式如下：微地址字段P1 P2条件测试字段C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0RDM LDIRLDARPC11 00 0 0 0 0 0 0 029 10 9 8 7 0uI1微地址字段P1 P2条件测试字段C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0RDMLDDRLDAR0 00 0 1 1 0 1
24、 0 029 10 9 8 7 0uI2微地址字段P1 P2条件测试字段C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 1 0 0 1 1 0 1 0 00 00 0 0 0 0 0 0 0 10 9 8 7 0uI3LDR1R2YDR X“+”仿照类似的方法可设计出所有机器指令的微程序，并将它们写入到CM中，CM一般由EPROM构成；微程序设计完后，若发现某些机器指令的功能不够理想，希望作修改时，只需对相应微程序的某些微指令作适当修改后，重新写入到CM中即可；微程序仿真：在一台计算机上用微程序模拟另
25、一台计算机的指令系统。七、中断系统七、中断系统中断概念的提出及中断系统的基本功能中断请求：当事件发生时能向CPU发出的请求中断系统：能接受中断请求，并对中断事件进行处理的部件1 1、中断系统的功能、中断系统的功能及时发现和处理机器中的软、硬件故障，如电源掉电，存储器奇偶校验错，运算溢出，程序越界等；应用实时控制系统的计算机，由中断系统来接受从外部适时输入的信息并进行必要的处理；计算机系统中主机与输入输出设备间可采用中断方式交换信息，以实现主机与外设并行工作；计算机软件的调试和维护过程中，可利用中断系统提供人工干预的途径，以实现人机会话功能；多用户计算机系统中，通过中断系统进行多道程序的调度以实
26、现多道运行。2 2、中断的分类与分级、中断的分类与分级一个计算机系统中常常包含几个、十几个、几十个甚至更多的中断源，可将它们分成不同的类型和不同的级别。中断的分类根据中断源所在的位置，分为内部中断和外部中断； 内部中断：CPU内部产生的中断源，如运算溢出中断，程序越界中断，指令中断等； 外部中断：如掉电中断，存储器奇偶校验错中断，外部设备输入输出设备请求中断等。根据中断源的可屏蔽性质，分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断；根据中断源的性质分为故障中断和正常中断；根据中断的进入方式分为自愿中断和强迫中断。中断的分级根据系统中各中断源的主要性将其分成不同的优先级，最重要的中断源应具有最高的优先级，而最不重
27、要的中断源应具有最低的优先级，其它中断源的级别依此类推。中断的优先级别是中断系统对中断源进行排队的依据，一般来说，中断排队应遵循如下原则：若多个不同优先级的中断请求同时产生，则应响应高级中断，后响应低级中断；主程序nn+1INT0 , INT2INT0中断服务程序INT2中断服务程序若不同优先级别的中断嵌套产生，即当一个中断服务程序正在执行过程中，又有一个新的中断请求产生，可将其称作产生了“多重中断”，则中断系统应能允许高级中断打断低级中断，禁止低级中断打断高级中断，也禁止同级中断打断同级中断。主程序ss+1INT3INT3中断服务程序INT0中断服务程序INT0INT2kk+13 3、中断排
28、队的实现、中断排队的实现实现中断排队是中断系统中必须妥善处理的问题之一，通常可采用软件排队和硬件排队两种方式。软件排队方式 软件排队方式又称程序查询方式，其基本做法是：当CPU访问到有中断请求信号时，则保留好中断断点后，立即进入中断处理程序入口，从最高优先级开始顺序查询当前产生的是哪一级中断请求。若查询到某一级有中断请求时，便不再继续查询较低级的中断请求，而是转去执行相应的中断服务程序； 这种软件排队方式优点是控制简单，不需附加硬件，当需改变中断级别时，只需改变中断查询的顺序； 缺点是中断响应的速度慢； 当由多级中断请求同时产生时，能保证先响应和处理优先级别高的中断请求。入口是INT0请求吗？
29、INT0中断服务程序返回是INT1请求吗？返回INT1中断服务程序是INT2请求吗？INT2中断服务程序返回软件排队方式流程图硬件排队方式 采用硬件电路进行中断排队； 优点是对中断请求的响应速度快 缺点是需附加硬件，改变中断级别较困难。4 4、中断向量的产生、中断向量的产生CPU响应任何一级中断请求都要暂停执行原来的程序，转去执行相应的中断服务程序；一个计算机系统，有多少级中断，就应有多少个独立的中断服务程序，而且允许它们在整个主存空间中浮动。当CPU响应了某个中断时，如何正确找到相应的中断服务程序的入口呢？ 在主存中开辟一片区域设置一个中断向量表（或称作中断入口地址表）； 各级别中断服务程序
30、的入口地址按中断级别顺序存放在该表中； 8086系统中，中断向量表位于主存储器的00000H003FFH地址中，占1KB，每个中断入口地址占4个字节，系统最多可接受256种类型的中断请求。IPCS4n+04n+14n+24n+3n:中断类型号LH5 5、一次中断处理的全过程、一次中断处理的全过程中断系统本身是软、硬件的结合，一次中断处理的全过程是由软、硬件共同完成的。访问中断YN响应中断关中断保护断点(PC入栈)得到的中断入口地址PC保护CPU现场开中断并设置中断屏蔽执行中断处理程序关中断并恢复中断屏蔽恢复CPU现场开中断返回(PC出栈)八、八、CPUCPU结构举例结构举例8086 CPU：由
31、总线接口单元(BIU)和执行单元(EU)构成； BIU功能：形成主存的物理地址，访问主存取指令置入指令队列中等待执行；访问存储器或I/O端口读取操作数去参加运算或存放运算结果。 EU功能：执行指令； BIU与EU独立操作，并行执行。80386 CPU：32位微处理器芯片，系统内部设置了指令流水线和地址流水线。 指令流水线可使多条指令重叠操作，并行执行； 地址流水线能快速生成有效地址、线性地址和物理地址。80486 CPU：与80386大体相同主要区别仅在于80486将浮点运算部件FPU和8KB的高速缓冲存储器集成到芯片内部，有效提高了浮点运算速度，80486的整体性能是80386的23倍。九、
32、九、CPUCPU中的流水线结构中的流水线结构基本概念若将指令的解释过程分成取指令，分析指令，取操作数和执行操作4个阶段，各阶段可称作一个功能段，如下图所示。入口取指令分析指令取操作数执行操作出口定时控制t1t2t3t4tB1tB2tB3tB4上图中，任何时候可以有4条指令处于流水线中不同的功能段，即同时有4条指令在机内执行。若把每个功能块所需的执行时间叫做一个节拍，在连续流水的情况下，每个节拍可执行完一条指令，可用时空图表示如下：空间时间1345672134567213456721345672取指令分析指令取操作数执行操作t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10从图中，可以看出：流水线操
33、作不能加快任何一条指令的执行过程，但是它能加快连续一串指令的执行过程，而且连续流水的时间越长，系统效率越高；设计流水线结构时应使各个功能块的持续时间(ti)尽可能相同。若ti不等，则画时空图应以最大的ti为标准，即(ti)max(ti)+tBi,tBi是各个功能块之间的缓冲设备的延迟时间。一般情况下，各个tBi相等。这种流水线在操作过程中，各个功能块间无反馈连接，称作线性流水线。线性流水线的操作过程可分为装满(t0t3)、稳定流水(t3t7)和排空(t7t10)三个阶段。流水线结构的分类 根据应用场合：部件级流水结构、处理机级的流水结构、处理机间的流水结构 根据完成的功能：单功能流水线 、多功
34、能流水线 根据功能块间的连接方式：线性流水线和非线性流水线流水结构中的相关处理指令流水线同一时刻在流水线中被操作的指令有多条，这多条指令之间可能存在着各种类型的相关情况。 局部性相关指令相关：若已进入流水线的前面的指令，对后边的指令进行某种修改，称作产生了指令相关。解决办法：禁止修改指令。数据相关：若已进入流水线的前面的指令的结果操作数是后面指令的源操作数，称作产生了数据相关。根据该操作数是在主存中还是在通用寄存器中分别称作“主存数相关”和“寄存器数相关”。解决办法：解决主存数相关，通过主存控制部件实现“先写后读”的排队方式。解决寄存器数相关，推迟读出或在寄存器间设置“相关专用通路”。全局性相
35、关转移类指令尤其是条件转移类指令对流水线操作产生严重影响。因为条件转移指令中的条件是否满足，只有形成条件码的指令流出流水线时才能确定。若转移成功，则已进入流水线的后续指令将全部作废，因此称之为“全局性相关”。解决全局性相关可采用的办法： 猜测法：遇到条件转移类指令，要先猜测转移不成功的路径并继续向前执行，一旦发现猜测失误，则立即回到转移成功路径执行程序。为加快这一进程，可设置转移成功路径缓冲器。 提前形成条件码：有些运算类指令并非执行完才能建立起转移条件，如判定乘除法运算结果的符号，可在乘除法运算操作之前提前形成。这样可提前判定转移是否成功，对于缩短流水线的断流时间是有效的。 缩短循环程序的长
36、度：指令流水线执行循环程序时，设置一定容量的指令缓冲器，尽可能缩短循环程序的长度，使之全部包含在指令缓冲器中。该循环程序执行期间，指令缓冲器中的内容保持不变，处理好首尾相连便可使流水线不断流。 延迟转移法：遇到转移类指令，则将转移指令提前一条或几条指令优先执行，使转移指令延迟一条或几条指令执行后再实现；或在转移类指令后增设一条或几条空指令，待空操作执行完后再实现转移，虽然程序加长了，但对保持流水结构连续流水很有效。十、十、RISCRISC计算机计算机RISC：精简指令系统计算机；CISC：复杂指令系统计算机；1975年由Coke等人率先提出RISC思想；70年代末，IBM 801 32位RIS
37、C计算机问世；RISC的目标不是简单地放在缩减指令系统上，而是要使计算机的结构更简单、更合理、性能更高，而设计工作量却减小，设计周期有效缩短；RISC计算机的特点： 指令系统中只包含最常用的少数指令，一般不超过100条指令，可优化编译程序； 指令格式种类少，尽可能缩短指令字的长度，一般采用等长指令字； 指令中采用少数几种最常用的寻址方式，使得寻址操作过程简单； 缩短指令执行时间。一般指令在一个机器周期内完成，便于采用流水线结构； CPU内部设置大量的寄存器，使得一般指令的操作均在寄存器内部实现，而不需访问存储器； 指令中只有取数和存数指令需要访问存储器； 一般采用组合逻辑控制方式，而不采用或少采用微程序控制方式； 由于机器结构简单，便于集成化，可有效缩短机器的设计周期，提高系统可靠性，便于维护、故障检测和诊断。
