時序信號

每個操作都會佔用一定的cpu時間，我們稱之為工作週期（注意工作週期與指令週期的區別），又稱之為機器週期或基本週期。

cpu在把各指令分成微操作時，各微操作的執行是有順序的（即一個微操作必須要等待另一個微操作執行完才可以執行）。但是控制器只會發出微操作指令，叫各個部件去完成，它要怎麼知道這個操作什麼時候完成 ^[1]  。

控制方式 即控制不同操作序列時序信號的方法。常用的有同步控制、異步控制、聯合控制三種方式，其實質反映了時序信號的定時方式。

在任何情況下，已定的指令在執行時所需的機器週期數和時鐘週期數都固定不變。根據不同情況，同步控制方式可選取如下方案：

(1)採用完全統一的機器週期執行各種不同的指令。

(2)採用不定長機器週期。

(3)中央控制與局部控制結合。

其特點是：每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就佔用多少時間。這意味着每條指令的指令週期可由多少不等的機器週期數組成；也可以是當控制器發出某一操作控制信號後，等待執行部件完成操作後發“回答”信號，再開始新的操作。顯然，用這種方式形成的操作控制序列沒有固定的CPU週期數(節拍電位)或嚴格的時鐘週期(節拍脈衝)與之同步。

此為同步控制和異步控制相結合的方式。

情況（1） 大部分操作序列安排在固定的機器周 期中，對某些時間難以確定的操作則以執行部件的“回答”信號作為本次操作的結束；

情況（2） 機器週期的節拍脈衝數固定，但是各條指令週期的機器週期數不固定。

CPU中也有一個類似"作息時間表"的東西，它稱為時序信號。計算機所以能夠準確、迅速、有條不紊地工作，正是因為在CPU中有一個時序信號產生器。計算機一旦被啓動，在時鐘脈衝的作用下，CPU開始取指令並執行指令，操作控制器就利用定時脈衝的順序和不同的脈衝間隔，有條理、有節奏地指揮機器各個部件按規定時間動作，規定在這個脈衝到來時做什麼，在那個脈衝到來時又做什麼，給計算機各部分提供工作所需的時間標誌。為此，需要採用多級時序體制。

指令系統分為取指指令和執行指令，從時間上來説，取指令事件發生在指令週期的第一個CPU週期中，即發生在取指階段，而取指令所需操作數發生在指令週期的後面幾個CPU週期中，即發生在執行指令階段。從空間上來説，如果取出的代碼是指令，那麼一定送往指令寄存器，如果取出的代碼是數據，那麼一定送往運算器。

時間控制對計算機來説是極為重要，不僅如此，在一個CPU週期中，又把時間分為若干個小段，以便規定在這一小段時間內CPU幹什麼，在那一小段時間內CPU又幹什麼，時間進度既不能來得太早，也不能來得太晚，如果各部件在時間操作上不同步，否則就可能造成丟失信息或導致錯誤的結果，這種時間約束對CPU是非常重要的。

計算機的協調動作需要時間標誌，而時間標誌則是用時序信號來體現的。一般來説，操作控制器發出的各種控制信號都是時間因素(時序信號)和空間因素(部件位置)的函數。如果忽略了時間因素，那麼我們學習計算機硬件時往往就會感到難以理解 ^[1]  。

組成計算機硬件的器件特性決定了時序信號最基本的體制是電位-脈衝制。用這種體制實現寄存器之間的數據傳送時，數據加在觸發器的電位輸入端，而將打入數據的控制信號加在觸發器的時鐘輸入端。電位的高低，表示數據是1還是0。為保證打入到寄存器中的數據可靠，必須先建立信號，並且要求電位信號在加入的數據控制信號到來之前必須已經穩定。計算機中有些部件，例如算術邏輯運算單元ALU只用電位信號工作就可以了。

儘管如此，運算結果還是要送入累加寄存器，所以最終還是需要脈衝信號來配合。 組合邏輯控制器或硬佈線控制器中，時序信號往往採用主狀態週期-節拍電位-節拍脈衝三級體制。主狀態週期包含若干個節拍電位，是最大的時間單位，主狀態週期可以用一個觸發器的狀態持續時間來表示；在一個節拍電位中又包含若干個節拍脈衝，以表示較小的時間單位；一個節拍電位包含若干個節拍脈衝，節拍脈衝表示最小的時間單位。

在微程序控制器中，時序信號比較簡單，一般採用節拍電位-節拍脈衝二級體制。就是説，在一個節拍電位中包含若干個節拍脈衝，即時鐘週期。節拍電位表示一個CPU週期的時間，而節拍脈衝把一個CPU週期劃分成幾個較小的時間間隔。根據需要，這些時間間隔可以相等，也可以不相等 ^[2]  。