时序信号

计算机术语

时序信号是一个用来确定时段执行哪些微操作的标志。它规定这个微操作在什么时候发出去。时序信号是横轴为时间的信号，即时域内的信号，观察信号时域的特征。每一条计算机指令都可以再分为更细的操作，我们称之为微操作（或原子操作，它是最基本的不可再分割的操作）。

信号简介

每个操作都会占用一定的cpu时间，我们称之为工作周期（注意工作周期与指令周期的区别），又称之为机器周期或基本周期。

cpu在把各指令分成微操作时，各微操作的执行是有顺序的（即一个微操作必须要等待另一个微操作执行完才可以执行）。但是控制器只会发出微操作指令，叫各个部件去完成，它要怎么知道这个操作什么时候完成。

控制方式

控制方式即控制不同操作序列时序信号的方法。常用的有同步控制、异步控制、联合控制三种方式，其实质反映了时序信号的定时方式。

同步控制方式

在任何情况下，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。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。

(2)采用不定长机器周期。

(3)中央控制与局部控制结合。

异步控制方式

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。这意味着每条指令的指令周期可由多少不等的机器周期数组成；也可以是当控制器发出某一操作控制信号后，等待执行部件完成操作后发“回答”信号，再开始新的操作。显然，用这种方式形成的操作控制序列没有固定的CPU周期数(节拍电位)或严格的时钟周期(节拍脉冲)与之同步。

联合控制方式

此为同步控制和异步控制相结合的方式。

情况（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；

情况（2）机器周期的节拍脉冲数固定，但是各条指令周期的机器周期数不固定。

作用

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、有节奏地指挥机器各个部件按规定时间动作，规定在这个脉冲到来时做什么，在那个脉冲到来时又做什么，给计算机各部分提供工作所需的时间标志。为此，需要采用多级时序体制。

指令系统分为取指指令和执行指令，从时间上来说，取指令事件发生在指令周期的第一个CPU周期中，即发生在取指阶段，而取指令所需操作数发生在指令周期的后面几个CPU周期中，即发生在执行指令阶段。从空间上来说，如果取出的代码是指令，那么一定送往指令寄存器，如果取出的代码是数据，那么一定送往运算器。

时间控制对计算机来说是极为重要，不仅如此，在一个CPU周期中，又把时间分为若干个小段，以便规定在这一小段时间内CPU干什么，在那一小段时间内CPU又干什么，时间进度既不能来得太早，也不能来得太晚，如果各部件在时间操作上不同步，否则就可能造成丢失信息或导致错误的结果，这种时间约束对CPU是非常重要的。

计算机的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。一般来说，操作控制器发出的各种控制信号都是时间因素(时序信号)和空间因素(部件位置)的函数。如果忽略了时间因素，那么我们学习计算机硬件时往往就会感到难以理解。

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。用这种体制实现寄存器之间的数据传送时，数据加在触发器的电位输入端，而将打入数据的控制信号加在触发器的时钟输入端。电位的高低，表示数据是1还是0。为保证打入到寄存器中的数据可靠，必须先建立信号，并且要求电位信号在加入的数据控制信号到来之前必须已经稳定。计算机中有些部件，例如算术逻辑运算单元ALU只用电位信号工作就可以了。

尽管如此，运算结果还是要送入累加寄存器，所以最终还是需要脉冲信号来配合。组合逻辑控制器或硬布线控制器中，时序信号往往采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲三级体制。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；在一个节拍电位中又包含若干个节拍脉冲，以表示较小的时间单位；一个节拍电位包含若干个节拍脉冲，节拍脉冲表示最小的时间单位。

在微程序控制器中，时序信号比较简单，一般采用节拍电位-节拍脉冲二级体制。就是说，在一个节拍电位中包含若干个节拍脉冲，即时钟周期。节拍电位表示一个CPU周期的时间，而节拍脉冲把一个CPU周期划分成几个较小的时间间隔。根据需要，这些时间间隔可以相等，也可以不相等。

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