22第二十二讲时序产生器和控制方式 (1)
时序控制器的使用说明
时序控制器的使用说明时序控制器是一种用于调控电子设备或系统中不同操作的时间顺序的重要工具。
它可以精确地控制各个操作的时间点和持续时间，从而协调各部分之间的协作，并确保系统的正常运行。
本文将为您详细介绍时序控制器的基本原理和使用方法，以及如何利用这一工具实现各种实际应用。
一、什么是时序控制器？时序控制器是一种基于时钟信号的设备，通过计时器和触发器等内部电路，按照预定的时间序列来控制设备中的不同操作。
通过设置不同的参数和触发条件，可以精确地控制每个操作的开始、结束时间以及操作之间的相对顺序。
二、时序控制器的基本原理时序控制器主要由时钟信号、计时器和触发器组成。
时钟信号是时序控制器的基准信号，用来衡量时间的单位。
计时器用来记录经过的时间，当计时器的值达到设定的时间参数时，触发器会被触发，从而执行相应的操作。
三、时序控制器的使用方法1. 设置时钟信号在使用时序控制器之前，首先需要设置时钟信号。
时钟信号通常通过外部的时钟发生器提供，可以根据需要选择不同的时钟频率。
确保时钟信号的稳定性和准确性对于精确控制时间非常重要。
2. 设置计时器参数计时器参数的设置决定了每个操作的持续时间。
根据实际需要，可以设置不同的时间单位和时间周期。
通过调整计时器参数，可以实现对不同操作时间长度的精确控制。
3. 设置触发条件触发条件决定了每个操作何时触发。
可以设置不同的触发条件，如时间触发、外部信号触发等。
根据实际需求，选择适合的触发条件，并将其与计时器进行关联。
4. 编程和测试根据实际需求，编写相应的程序来控制时序控制器的操作。
在编程完成后，进行测试以验证是否实现了预期的时间顺序和操作。
五、时序控制器的应用领域时序控制器广泛应用于各个领域，如工业自动化、通信系统、医疗设备等。
它可以用来控制设备的启动、停止、复位等操作，确保各个操作的时间协调和正确执行。
同时，时序控制器也可以应用于各种实验室研究中，用于控制实验仪器的操作顺序和时间间隔。
时序控制方式与时序系统-Read
20位地址线 Σ
外部总线 总线控制逻辑 16位数据线
CS DS ES SS IP
指 令 队 列
CPU内总线
AH BH CH DH SP BP DI SI
AL BL CL DL
暂存器
EU控制器
ALU
微操作信号 标志寄存器
二、8086/8088寄存器
1、段寄存器 2、通用寄存器 3、用于控制的寄存器
时序控制方式与时序系统
一、同步控制方式：是指各项操作由 统一的时序信号进行同步控制。
同步控制的特征：将操作时间划分为 若干长度相同的时钟周期ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ在一个或 几个时钟周期内完成各个微操作。
同步控制的优点：时序关系简单，结构 上易于集中，相应的设计和实现方便。 二、同步控制方式的多级时序系统
设置时序系统的目的：产生统一的时序 信号对各操作进行定时控制。
三、8086/8088的主存储器
1、 8086/8088主存储器的特点
2、 主存储器的段结构 3、 逻辑地址与物理地址
四、8086/8088的堆栈组织
1、 堆栈组织
2、 堆栈操作
1、多级时序
在同步控制方式中，将时序信号划分为几级 称为多级时序。
（1）指令周期：从取指令、分析指令到执行 完该指令所需时间。 （2）机器周期：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。 （3）时钟周期：将一个机器周期划分为若干 相等的时间段，每个时间段完成一步基本的 操作。这个时间段用一个电平信号宽度对应， 称为时钟周期。
（1）时钟脉冲信号：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 3、时序系统的组成
时序产生器
（2）时序信号的体制
组成计算机硬件的器件特性决定了 时序信号最基本的体制是电位—脉冲制。 用这种体制进行寄存器之间的数据传送 时，将数据加在触发器的电位输入端， 而将加入数据的控制信号加在触发器的 时钟输入端。电位的高、低分别表示数 据1、0。
3
组合逻辑控制器中，时序信号往往 采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲制。 主状态周期包含若干个节拍电位，是最 大的时间单位，主状态周期可以用一个 触发器的状态持续时间来表示；一个节 拍电位表示一个CPU周期时间，以表示一 个较大的时间单位；一个节拍电位包含 若干个节拍脉冲，节拍脉冲表示较小的 时间单位。
32
3．联合控制方式
所谓联合控制方式，就是指同步控制 和异步控制相结合的方式。有两种实现方 法： 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。 ②机器周期的节拍脉冲数是固定的，但是， 各条指令周期的机器周期数却是不固定的。
33
5.2.2 时序产生器
1．时序信号的作用和体制 （1）时序信号的作用 当计算机加电启动后，在时钟脉冲
作用下，CPU将根据当前正在执行的指令 的需要，产生时序控制信号，控制计算 机各个部件有序地工作。计算机之所以 能够准确、迅速、有条不紊地工作，正 是因为在CPU中有一个时序信号产生器。
1
计算机要协调动作就需要时间标志， 而时间标志则是通过时序信号来体现的。 由于操作控制器发出的各种控制信号一般 都是时间因素（时序信号）和空间因素 （部件位置）的函数，时间因素在学习计 算机硬件时不可忽视。
21
读／写时序信号RD’、WE’、 MREQ’、IORQ’是受到控制的，它们只 有在等式右边带撇号的控制信号有效后 才能产生，而不能像原始节拍脉冲T01 ～ T04那样，一旦加上电源后就会自动产生。
CPU的结构和功能解析
3. 程序计数器PC 程序计数器中存放的是下一条指令在内存中的地址。
操作控制器和时序产生器
数据通路：通常把许多寄存器之间传送信息的通路， 称为“数据通路”。
1. 操作控制器：根据指令操作码和时序信号，产生各种 操作信号，以便正确建立数据通路，从而完成取指令和 执行指令的操作。
2. 时序产生器：因为计算机高速地进行工作，每一个动 作的时间是非常严格的，不能有任何差错。时序产生器 的作用，就是对各种操作实施时间上的控制。
30 000 006 31 40
CLA
c
CLA
c 指令寄存器IR
缓冲寄存器DR
数据总线DBUS
ADD指令的指令周期
ADD指令的指令周期由三个 CPU周期组成。 第一个CPU周期为取指令阶段。 第二个CPU周期中将操作数的地 址送往地址寄存器并完成地址译 码。 在第三个CPU周期中从内存取出 操作数并执行相加的操作。
T周期
T1
T2
T3
T4
CPU周期 （取指令）
CPU周期 （执行指令 ）
相互关系：
指令周期
1个指令周期 = 若干个CPU周期
1个CPU周期 = 若干T周期
取指周期
间址周期
执行周期
◦ 许多类型 ◦ 主要是涉及到处理器内部的寄存器 ◦ 可能的操作有
数据传输 ALU 控制指令的处理
1.从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中 的位置。
网络工程师考试考点分析与真题详解(最新版)
网络工程师考试考点分析与真题详解（最新版）第 1 章计算机组成与结构根据考试大纲，本章要求考生掌握以下知识点。
CPU（Centra Processing Unit,中央处理器）和存储器的组成、性能和基本工作原理；常用I/O（Input/Output,输入/输出）设备、通信设备的性能，以及基本工作原理；I/O接口的功能、类型和特点；复杂指令集计算机/精简指令集计算机，流水线操作，多处理机，并行处理。
1.1 计算机组成中央处理器是计算机的控制、运算中心，它主要通过总线和其他设备进行联系，另外，在嵌入式系统设计中，外部设备也常常直接接到中央处理器的外部I/O脚的中断脚上。
中央处理器的类型和品种异常丰富，各种中央处理器的性能也差别很大，有不同的内部结构、不同的指令系统，但由于都基于冯·诺依曼结构，基本组成部分相似。
1.1.1 运算器运算器的主要功能是在控制器的控制下完成各种算术运算、逻辑运算和其他操作。
一个计算过程需要用到加法器/累加器、数据寄存器或其他寄存器，以及状态寄存器等。
加法是运算器的基本功能，在大多数的中央处理器中，其他计算是经过变换后进行的。
一个位加法的逻辑图如图1-1所示。
图1-1 位加法逻辑图其中，Xi、Yi是加数和被加数，Ci+1是低位进位，Ci是进位，Zi是和。
为完成多位数据加法，可以通过增加电路和部件，使简单的加法器变为串行、并行加法器或超前进位加法器等。
运算器的位数，即运算器一次能对多少位的数据做加法，是衡量中央处理器的一个重要指标。
1.1.2 控制器控制器是中央处理器的核心，它控制和协调整个计算机的动作，其组成如图1-2所示。
控制通常需要程序计数器、指令寄存器、指令译码器、定时与控制电路，以及脉冲源、中断（在图中未表示）等共同完成。
图1-2 控制器的组成有关控制器的各组件的简介如下。
1）指令寄存器（Instruction Register）显然，中央处理器即将执行的操作码记录在这里。
时序控制
异步控制方式又称可变时序控制方式或应答控制方式。执行一条指令需要多少节拍，不作统一规定，而是根 据每条指令的具体情况而定，需要多少时标信号，控制器就产生多少时标信号。这种控制方式的特点是：每一条 指令执行完毕后都必须向控制时序部件发回一个回答信号．控制器收到回答信号后，才开始下一条指令的执行。
时序控制器通常应用在机床加工行业中，可用于各种需要自动化控制的传统机床，用户根据自己的实际情况 来设定程序时间(哪个程序完了之后下来哪个程序开始之行)，开启后，时序控制器设置自动控制机床的运行程序， 减轻了人的运作量，可大大提高运作效率。
一种应用软件
一种应用软件
时序控制是一款理财购物类软件，支持Android 1.6。
方式
方式
时序控制方式为同步控制方式、异步控制方式和同异步联合控制方式3类。
同步控制方式
同步控制方式又称固定时序控制方式或无应答控制方式。任何指令的执行或指令中每个微操作的执行都受事 先安排好的时序信号的控制，每个时序信号的结束就意味着一个微操作或一条指令已经完成、随即开始执行后续 的微操作或自动转向下一条指令的执行。
在我们的日常生活中，有很多地方需要使用定时器。例如，你自己煮咖啡或茶，它需要一个固定的时间，但 你真的没有时间看它在整个过程中。你应该怎么做呢？您可以提醒秒表。但随着秒表，也有可能在开始有偏差。 如果你犯了一个准备时间，让时间本身。该方法可避免的问题。定时控制是一个应用程序，可以帮助你的时间与 准备时间。您设定的时间结束后，应用程序可以调用您的与环吨或振动。你可以设置你喜欢的，使用振动或最大 限度地附和量。在手机屏幕上的时间，可能会变成黑色。您可以设置“屏幕上保持”当然，应用程序将仍然计时， 如果屏幕变成黑色。其它功能将在下面详细地表达。要由电源控制电路、电源变换电路、机械式拨码定时电路、数字式触发器等六个单元电路组成。 时序控制器的电源控制电路根据机械式拨码（秒）定时电路和机械式拨码（分）定时电路输出的控制信号，输出 0~99秒内任意时间的电能或0~99分内任意时间的电能，你可以把供电和停电时间互换，电源变换电路把220v交流 电源变成12v直流电源，作为另五个单元电路的工作电源。时序控制器的机械式拨码定时电路输出两种控制信号。
时序产生器和控制方式剖析
读／写时序信号的译码逻辑表达式为 RD0=C2· RD’ WE0 ＝ C3· WE’ MREQ0 =C2· MREQ’ IORQ0 =C2· IORQ’ 其 RD0， WE0和 MREQ0信号配合后可进行存储器的读／写操作； 而 RD0， WE0和 IORQ0信号配合后可进行外围设备的读／写操 作、表达式右边带撇号的 RD’，WE’，MREQ’，IORQ’是来自 微程序控制器的控制信号，它们都是持续时间为一个CPU周期 的节拍电位信号．这就是说，读／写时序信号 RD0， WE0， MREQ0， IORQ0是受到控制的，它们只有在等式右边带撇号的 控制信号有效后才能产生，而不像节拍脉冲 T10- T40那样，一旦 加上电源后就会自动产生 . 在组合逻辑控制器中．节拍电位信号是由时序产生器本身通过 逻辑电路来产生的，一个节拍电位持续时间正好包容若干个节 拍脉冲 .然而在微程序设计的计算机中，节拍电位信号可由微程 序控制器提供．一个节拍电位持续时间，通常也是一个CPU周 期时间．例如，图 5.20中的RD’，WE’和MREQ’信号持续时间 均为800ns，而一个CPU周期也正好是 800ns.关于微程序控制器 如何产生节拍电位信号，将留在下一节介绍
4．启停控制逻辑 机器一旦接通电源，就会自动产生原始的节拍脉冲信号T10T40．然而．只有在启动机器运行的情况下，才允许时序产生器 发出 CPU工作所需的节拍脉冲T1－T4，为此需要由启停控制逻 辑来控制 T10一T40的发送。同样，对读／写时序信号也需要由 启停逻辑加以控制． 启停控制逻辑的核心是一个运行标志触发器（Cr），见图 5. 21当运行触发器为“ l”时，原始节拍脉冲T10- T40和读／ 写时序信号RDo ， WEo ， MREQo 通过门电路发送出去，变成 CPU真正需要的节拍脉冲信号T1－T4和读／写时序RD，WE， MREQ．反之，当运行触发器为” 0”时，就关闭时序产生器. 由于启动计算机是随机的，停机也是随机的，为此必须要求： 当计算机启动时，一定要从第一个节拍脉冲前沿开始工作．而 在停机时一定要在第四个节拍脉冲结束后关闭时序产生器 .只 有这样，才能使发送出去的脉冲都是完整的脉冲．图5.21中， 在Cr触发器下面加上一个 RS触发器，且用T4信号作Cr触发器的 时钟控制端，那么就可以保证在T1的前沿开启时序产生器，而 在T4的后沿关闭时序产生器．
时序控制器
时序控制器
时序控制器是一种用于控制特定任务在特定时序下执行的装置。
它在各种工程
和科学领域中都被广泛应用，例如在交通信号灯系统、工业自动化设备、数字电子电路等方面都可以看到时序控制器的身影。
概述
时序控制器的主要功能是根据预先设定的时间顺序来控制各种设备或系统的操作。
它通常由时钟模块、计时器、逻辑控制器等组成。
时序控制器能够准确地控制每个步骤的执行时间，并且可以根据需要进行灵活的调整和修改。
工作原理
时序控制器通过接收外部信号或内部时钟模块产生的时序信号来执行控制任务。
它会根据预设的逻辑控制程序依次执行各个步骤，确保任务按照既定的时间序列进行。
时序控制器通常包含多个独立的定时器，可以同时控制多个任务的执行。
应用领域
时序控制器在各种领域中都有广泛的应用。
在工业自动化领域，时序控制器可
以用于控制生产线上各种设备的协调运行，提高生产效率和质量。
在交通领域，时序控制器被用来控制交通信号灯的变换，确保车辆和行人的安全通行。
未来发展
随着科技的不断发展，时序控制器也在不断创新和完善。
未来的时序控制器可
能会更加智能化，能够根据外部环境和需求进行自动调整和优化。
同时，时序控制器的精准度和可靠性也将得到进一步提升，以应对更加复杂和多样化的任务需求。
结论
时序控制器作为一种重要的控制装置，在现代工程和科学应用中发挥着关键作用。
它的准确性、稳定性和灵活性使其成为各种系统中不可或缺的组成部分。
随着技术的进步，时序控制器将不断演进和完善，为人类创造更多便利和效率。
时序触发器专业知识讲座
公用时钟
USC 4Q 4Q 4D 3D 3Q 3Q 时钟
CLR
CP D
CP D CLR
Q
Q
CLR D CP
D CP CLR
Q
Q
清零 1Q 1Q 1D 2D 2Q 2Q GND
公用清零
74LS175管脚图 26
+5V
0
D1
Q1
Q1
D2
Q2
D3
Q2 Q3
D4
Q3 Q4
CLR CP Q4
&2
5
输入RD=1, SD=0时 原状态： Q 0 Q 1
置“1” ！ 原状态： Q 1 Q 0
Q1 0
& a
0Q 1
& b
Q0 0
& a
1Q 1 &
b
1 RD 1
0 SD 0
1 RD 1
0 SD 0
输出变为：Q 1 Q 0 输出保持：Q 1 Q 0
6
输入RD=1, SD=1时
保持！
3
&G
1
Q
R
&G
& 2
Q
4
R’
C
P
G
9
15
§3 触发器按逻辑功能旳分类
输入端数目 输入/出逻辑关系
RS, JK, D, T,T’
特征方程/功能表
16
一、D 触发器 功能表
特征方程
Qn1 D
D Qn+1
00 11
逻辑符号
Q
Q
RD D C SD
例：画出D触发器旳输出波形。
注意：表达触发 方式旳符号！
第五章控制器原理与CPU组织—5.4时序产生器和控制方式
异步方式。
11
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器 用组合逻辑电路实现时序。 微程序控制器中使用的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。
指令时序信号最基本的体制是 电位---脉冲制
②特点： 无统一时钟周期划分， 各操作间的
衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答
方式。
例.异步传送操作
总线
● 主设备：
申请并掌握总线权的设备。 主
从
● 从设备： 响应主设备请求的设备。
发/接
接/发
4
● 操作流程：
主设备输出端与总线连接
主设备获得总线控制权
主设备询问从设备
从设备准备好？ N
Y
主设备发送/接收数据
例.一个总线周期包含4个时钟周期
时钟
T1 T2 T3 T4
送地址 读/写数据 结束
总线周期(4T)
同步方式
时钟
T1 T2 T3 Tw4
送地址
读/写数据
总线周期(5T)
T4
结束
扩展同步方式
9
③同步方式引入异步应答 以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思 想。
例.8088最大模式，用一根总线请求/应答线 实现总线权的转移。
12
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器
（2）微程序控制器设计的计算机的多级时序体制是两级体制： 节拍电位—节拍脉冲 节拍电位对应CPU周期， 节拍脉冲对应时钟周期
12
5.4 时序产生器和控制方式
5.4.2 时序信号产生器 1. 时钟源 2. 环形脉冲发生器 3. 时序
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硬布线控制器中的时序信号
主状态周期
节拍电位1
节拍电位2 节拍脉冲
二 时序信号的体制
2 微程序控制器的时序体制是节拍电位－节拍脉
冲二级制。
cpu1 cpu2 cpu3
说明：
与上一节内容的关系：节拍电位=CPU周期=机器周 期；节拍脉冲=时钟周期。时序信号是硬件决定的， 不依赖软件，指令周期是由软硬件决定的。
2 时序信号产生器(时序发生器)
时序图说明 了如何根据
时钟产生节
拍脉冲。
四 控制方式
同步控制方式 ：系统具备统一时钟信号，在任来自情况下，已定的指令在执行时所需的机
器周期数和时钟周期数都固定不变。
异步控制方式：无统一时钟信号，应答式。
其特点是：每条指令、每个操作控制信号需 要多少时间就占用多少时间。
二 时序信号的体制
引理 最基本时序体制：由计算机硬件的器件特
性决定的电位－脉冲二级体制。 1.说明：节拍电位信 当无时钟脉冲作 用时，控制电路 号是信息的载体， 而脉冲信号是起 被封锁，无论 D为 何值，触发器状 定时触发作用的， 一般要求脉冲信 态保持不变 2. 当时钟脉冲作用 号到来之前，电 位信号必须已稳 时，若 D=0，触发 定，以保证数据 器状态被置 0；若 D=1 的有效稳定。 ，触发器状态 被置1。
T1
T2节拍电位可以包含n个节拍脉冲(n≥1)
3
。
节拍脉冲可以把 1个节拍电位划分为相等或不相等的 T 时间间隔。 T4
P
补充(5.4节微程序控制器)
3 现代机器的控制器
核心部件是微操作产生部件，微操作产
生部件采用的是组合逻辑设计思想，
输入信号是指令译码器的输出，时序发
生器的时序信号以及程序运行的结果特 征及状态。
输出是一组带有时间标志的微操作控制 信号。
三 时序信号产生器(时序发生器)
基本组成：时钟系统，环形脉冲发生器，节 拍脉冲，读写时序译码逻辑，启停控制逻辑。 说明：
各种计算机的时序发生器不尽相同，硬
布线逻辑控制器的时序发生器电路比微程序
控制器的要复杂。
三 时序信号产生器(时序发生器)
RD WE
联合控制方式
控制方式的实质是 反映了时序信号的 定时方式。
相关计算
例 若某主机主频为200MHz，每个指令周期平均
为2.5个机器周期，每个机器周期平均包含2个
主频周期，问：
1. 2.
该机平均指令执行速度为多少MIPS？ 若主频不变，但每个指令平均包含5个机器周 期，每个机器周期又包含4个主频周期，平均 指令执行速度又为多少MIPS？
RD=C2· RD′ WE=C3· WE′
环形脉冲发生器波形
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Φ Φ
C4 C1 C2 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 0 0 逻辑电路
C3
启停控制电路
启停控制电路的核心是运行标志触发器， 当运行标志触发器为1时，允许节拍脉冲 T10-T40发出，为0时，节拍脉冲信号被封锁。 在运行标志触发器下面加了一个R-S触发 器，并用C4作为运行触发器的时钟信号， 保证时序信号发生器启动时从第一个节拍 脉冲信号的前沿开始工作，停止在第四个 节拍脉冲信号的后沿终止工作，
T1 T2 T3
T4
启动 停机
启停控制逻辑
节拍脉冲和读写时序译码逻辑
RD’
WE’
环形脉冲发生器
时钟脉冲源
时钟源用来为环形脉冲发生器提供频率稳定且电 环形脉冲发生器是产生一组有序的间隔相等或不等的脉 启停控制逻辑:只有在启动机器运行的情况下，才允 平匹配的方波时钟脉冲信号。 冲序列，通过译码电路来产生最后所需的节拍脉冲。 许时序产生器发出CPU工作所需的节拍脉冲T1-T4
二 时序信号的体制
1 硬件布线控制器采用的三级时序系统。 主状态周期－节拍电位－节拍脉冲
主状态周期：一个触发器的状态持续时间。
节拍电位：表示一个CPU周期的时间。
节拍脉冲：在一个节拍电位内设置一个或几
个具有一定宽度的工作脉冲，以保证触发器
稳定的翻转。
1个主状态周期包含若干节拍电位；1个节拍 电位包含若干节拍脉冲。
3.
由此可以得出什么结论？
小结
时序产生器的设计与学习需要数字逻辑电路
设计的基础，所以学习的重点不是电路的设 计，只需分析电路的时序产生即可。
了解时序系统体制，对时序的三级体制有深 刻的理解。
能进行相关的计算。
5.3 时序产生器和控制方式
第5章中央处理器
教学内容
时序信号。
时序体制 环形脉冲发生器。 控制方式
教学要求
了解时序信号的作用。
掌握各种技术所使用的时序信号体制。
了解环形脉冲发生器的原理。
了解计算机的多种控制方式。
教学难点
环形脉冲发生器
一 时序信号的作用
A.
时序信号的作用：区分数据与指令， 严格 控制 时序发生器是自动产生
等长脉冲信号的部件(类 各个分操作的顺序。协调计算机的动作。
似摆动的时钟)。 操作控制器发出的各种 信号是时序信号(时间)和 部件位置 (空间 )的函数。 B. 控制器的组成： IR,PC, 译码器，时序产生器和
操作控制器。
C.
操作控制器的三种设计方法：硬布线控制器， 微程序存储设计，组合与存储相结合的方式。