控制器v2

1、教學(xué)目標(biāo),掌握中央處理器的基本工作原理掌握程序控制基本思想,教學(xué)重點(diǎn),中央處理器的總體結(jié)構(gòu)指令的執(zhí)行與時(shí)序產(chǎn)生器微程序設(shè)計(jì)技術(shù)和微程序控制器,,6.1 CPU的功能和組成,什么是CPU？ 所謂中央處理器是控制計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)完成取出指令和執(zhí)行指令任務(wù)的部件。它是計(jì)算機(jī)的核心部件，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為CPU。,CPU的基本組成 中央處理器由兩個(gè)主要部分——控制器和運(yùn)算器組成。,控制器 由程序計(jì)數(shù)器(PC)、指令

2、寄存器(IR)、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。 控制器的主要功能有：從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，指揮并控制CPU，內(nèi)存和I/O之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。,運(yùn)算器 由算術(shù)邏輯單位（ALU）、累加寄存器（AC）、數(shù)據(jù)緩沖寄存器(DR)和狀態(tài)條件寄存器(PSW)

3、組成，它是數(shù)據(jù)加工處理部件。 相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接受控制器的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)指揮的，所以它是執(zhí)行部件。 運(yùn)算器的主要功能：執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算。執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試。,CPU的功能,（4）數(shù)據(jù)加工： 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算處理。完成數(shù)據(jù)的加工處理，這是CPU的根本的任務(wù)。,（1）指令控制 ：程序是指令的有序集合，保證機(jī)器按規(guī)定的順序執(zhí)行程序。,

4、（2）操作控制：CPU管理并產(chǎn)生由內(nèi)存取出的每條指 令的操作信號(hào)，并把各種操作信號(hào)送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進(jìn)行動(dòng)作。,（3）時(shí)間控制： 對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制，計(jì)算機(jī)中各種指令的操作信號(hào)均受到時(shí)間的嚴(yán)格控制。,控制器的功能,計(jì)算機(jī)的功能是執(zhí)行程序程序是依次排列起來(lái)的指令代碼 控制器的功能就在于正確且自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令正確地分步完成每一條指令規(guī)定的功能再進(jìn)一步說(shuō)，就是向計(jì)算機(jī)各功能部件發(fā)出

5、協(xié)調(diào)運(yùn)行每一個(gè)步驟所需要的控制信號(hào),指令的執(zhí)行過(guò)程,馮. 諾依曼 結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī) 即存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，設(shè)置內(nèi)存，存放程序和數(shù)據(jù)，在程序運(yùn)行之前存入。執(zhí)行程序： 正確從程序首地址開(kāi)始； 正確分步執(zhí)行每一條指令， 并形成下條待執(zhí)行指令的地址； 正確并自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令，

6、 直到程序的最后一條指令。,指令周期,程序的執(zhí)行過(guò)程：,馮.諾依曼結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的順序： 1. 從程序首地址開(kāi)始。2. 分步執(zhí)行每一條指令，并形成下條待執(zhí)行指令的地址。3. 自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令，直到程序的最后一條指令。,指令周期,—讀取指令指令地址送入主存地址寄存器讀主存，讀出內(nèi)容送入指定的寄存器—分析指令—按指令規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行指令不同指令的操作步驟數(shù)和具體操作

7、內(nèi)容差異很大—檢查有無(wú)中斷請(qǐng)求若無(wú)，則轉(zhuǎn)入下一條指令的執(zhí)行過(guò)程,形成下一條指令地址,,,,,,,指令的執(zhí)行過(guò)程,指令周期的基本概念,指令周期：CPU每取出并執(zhí)行一條指令，都要完成一系列的操作，這一系列操作所需用的時(shí)間通常叫做一個(gè)指令周期。,微周期：微周期也稱(chēng)為CPU周期。通常用內(nèi)存中讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來(lái)規(guī)定CPU周期。指令周期常常用若干個(gè)CPU周期數(shù)來(lái)表示，,時(shí)鐘周期：一個(gè)CPU周期時(shí)間又包含有若干個(gè)時(shí)鐘周期（通常稱(chēng)為節(jié)拍脈沖

8、或T周期，它是處理操作的最基本單位）。這些時(shí)鐘周期的總和則規(guī)定了一個(gè)CPU周期的時(shí)間寬度。,微程序控制器——基本概念,微程序控制器的優(yōu)點(diǎn)： 由于微程序控制方法規(guī)整性好，靈活方便，通用性強(qiáng)，因此在大型復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用，成為控制器的主流設(shè)計(jì)方法,微程序控制器——基本概念,微程序控制器的基本思想： 將微操作控制信號(hào)按一定規(guī)則進(jìn)行信息編碼（代碼化）形成控制字（微指令），一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段“程序”，該程序存放在控制存

9、儲(chǔ)器中，因?yàn)椤俺绦颉钡闹噶罱Y(jié)果是實(shí)現(xiàn)一條機(jī)器指令的功能，所以稱(chēng)為“指令的微程序”。,微程序控制器——基本概念,微命令：控制部件通過(guò)控制線(xiàn)向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令稱(chēng)為微命令。微操作：執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，稱(chēng)為微操作。,微程序控制器——基本概念,微指令：在機(jī)器的一個(gè)CPU周期中，一組實(shí)現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。一條微指令中包含若干個(gè)微命令，它們分頭并行地控制執(zhí)行部件進(jìn)行相應(yīng)的微操作。

10、微程序：計(jì)算機(jī)的程序由指令序列構(gòu)成，而計(jì)算機(jī)每條指令的功能均由微指令序列解釋完成，這些微指令序列的集合就叫做微程序。,微程序控制器——基本概念,,程序,機(jī)器指令1,,,機(jī)器指令2,機(jī)器指令i,機(jī)器指令n,……..,………,微指令2,微指令1,微指令i,微指令n,,,……..,……..,,,,微程序,微程序控制器——基本概念,控制存儲(chǔ)器：微程序是存放在存儲(chǔ)器中的，由于該存儲(chǔ)器主要存放控制命令(信號(hào))與下一條執(zhí)行的微指令地址(簡(jiǎn)稱(chēng)為下址

11、)，所以被叫做控制存儲(chǔ)器。一般計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)是固定的，所以實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)的微程序也是固定的，于是控制存儲(chǔ)器可以用只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行一條指令實(shí)際上就是執(zhí)行一段存放在控制存儲(chǔ)器中的微程序。,控制器的組成,1.程序計(jì)數(shù)器PC:存放指令地址，有+1或接收新值功能。2.指令寄存器IR:存放指令內(nèi)容：操作碼與操作數(shù)地址。主脈沖源與啟?？刂凭€(xiàn)路，按需要給出主脈沖信號(hào)。3.指令執(zhí)行步驟標(biāo)記線(xiàn)路: 指明每條指令的執(zhí)行步驟。4.控制信號(hào)記憶或產(chǎn)生

12、線(xiàn)路:給出計(jì)算機(jī)各功能部件部件協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號(hào)。,運(yùn)算器部件,主存儲(chǔ)器部件,總線(xiàn)及輸入/輸出接口(輸入/輸出設(shè)備),控制器部件,各部件包括,也包括,設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，在于解決對(duì)運(yùn)算器、控制器的控制,控制存儲(chǔ)器,映射,IR,PC,,,,輸出設(shè)備,輸入設(shè)備,主存,運(yùn)算器部件,,,,,,,,下地址,,,,,,,,,,,,,,,啟停,地址寄存器械,,,,,,,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),控制總線(xiàn),,,,,,,,,,,,,,,,,….,,控

13、制條件,,,微指令寄存器,,,主振,,,,,,,,,,,,,,,微程序方案的控制器,圖 微程序控制器簡(jiǎn)框圖,微程序控制器——組成,微地址： 人們常把全部指令的控制字存放在一個(gè)高速存儲(chǔ)器中，即控制存儲(chǔ)器中（簡(jiǎn)稱(chēng)控存），控存的一個(gè)單元的內(nèi)容即控制字代表了某一個(gè)節(jié)拍的一組微操作控制信號(hào)的信息，而把控存單元的地址稱(chēng)為“微地址”。微指令寄存器： 用來(lái)存放由控制存儲(chǔ)器讀出的一條微指令信息。微地址轉(zhuǎn)移邏輯： 自動(dòng)完成

14、修改微地址的任務(wù)。,測(cè)試判別字段,微指令除給出微命令信息和下址信息外，還應(yīng)給出測(cè)試判別信息。一旦出現(xiàn)此信息，執(zhí)行這條微指令時(shí)要對(duì)系統(tǒng)的有關(guān)標(biāo)志進(jìn)行測(cè)試，從而實(shí)現(xiàn)控制算法流程圖中出現(xiàn)的條件分支。,微程序控制器原理框圖,,控制存儲(chǔ)器（ROM）    ROM中存放微程序，也就是全部的微指令。ROM的容量取決于微指令的總數(shù)。 微指令寄存器    微指令寄存器暫存由控制存儲(chǔ)器中讀出

15、的當(dāng)前微指令中控制字段與測(cè)試判別字段信息。微地址寄存器    微地址寄存器暫存由控制存儲(chǔ)器讀出的當(dāng)前微指令的下址字段信息。 地址轉(zhuǎn)移邏輯    微指令由ROM讀出后直接給出下一條微指令的地址，這個(gè)地址就放在微地址寄存器中。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)通過(guò)地址轉(zhuǎn)移邏輯去修改微地址寄存器內(nèi)容，并按修改好的微地址讀出下條微指令。,微程序控制器的工作過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是在微程序控制器的控制下，

16、計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)器指令的過(guò)程。 從控存中取出一段“取機(jī)器指令”用的微程序，稱(chēng)為取指微程序，這是一段公用的微操作，其首址通常放在“0”號(hào)微地址單元。該微程序完成從主存中讀取機(jī)器指令并送往指令寄存器。 機(jī)器指令操作碼通過(guò)微地址形成部件，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的微程序入口地址，并送入微地址寄存器。 逐條取出對(duì)應(yīng)的微指令，每一條微指令提供一個(gè)微命令序列，控制有關(guān)的微操作。 執(zhí)行完對(duì)應(yīng)于一條機(jī)器指令的一段微程序后，返回到取指微程序的

17、入口，以便取出下一條機(jī)器指令。不斷重復(fù)，直至程序執(zhí)行完畢。,機(jī)器指令和微指令的關(guān)系：,程序計(jì)數(shù)器pc,地址寄存器,緩沖寄存器,指令寄存器,微地址寄存器,微指令寄存器,主存儲(chǔ)器,控制存儲(chǔ)器,,,,,,,,,,,,,,,,,,,微命令,地址譯碼器,地址譯碼,,+1,取機(jī)器指令，取微指令，它們之間是什么關(guān)系?1.一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序，這個(gè)微程序是由若干條微指令序列組成的。因此，一條機(jī)器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)言

18、之，一條機(jī)器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來(lái)完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。 2.從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看，前者與內(nèi)存儲(chǔ)器有關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān)。3. 每一個(gè)CPU周期對(duì)應(yīng)一條微指令。,下地址字段的內(nèi)容,得到下地址的方法： 由指令操作碼得到 微指令順序執(zhí)行 微指令必轉(zhuǎn)或條件轉(zhuǎn)移 多路微地址轉(zhuǎn)移 微子程序調(diào)用和返回

19、 按次數(shù)循環(huán)一段微程序 其他：如特定入口微地址,在微指令下地址字段中表示清楚：使用哪種方法，哪個(gè)(些)判斷條件，要用的有關(guān)地址等，并用專(zhuān)門(mén)電路完成必要支持和處理，微指令的下地址是微程序設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一,在教學(xué)計(jì)算機(jī)中，解決下地址使用了 Am2910 器件,返回,微堆桟指針?SP,5字 * 12位 微堆桟 F,微程序計(jì)數(shù)器 ?PC,寄存器/計(jì)數(shù)器R / C,D R F ?PC多路選擇器

20、,命令譯碼器,增 量 器,,,,,,,,,零檢測(cè),,,,,D11~D0,Y11~Y0,CP,,/FULL,,CI,,,,/CC,/CCEN,I3~I0,,,,/PL /MAP /VECT,,/RLD,,,/OE,,出棧/入棧保持/清零,裝數(shù)減量保持,清零選擇,R為零,,,,,,,,,,Am2910器件,返回,控制命令字段,給出計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)同運(yùn)行所需要的控制信號(hào) 劃分成若干字段，分別用于控制各部件 控制運(yùn)

21、算器部件 如：運(yùn)算功能，數(shù)據(jù)來(lái)源，結(jié)果處理等 控制總線(xiàn) 主存 入出接口(設(shè)備) 如: 指出是主存讀、寫(xiě)還是入出設(shè)備讀、寫(xiě) 把什么數(shù)據(jù)送到有關(guān)總線(xiàn)等,控制控制器部件 （下地址字段） 主要是正確給出下條微指令的地址,,,返回,微程序設(shè)計(jì)技術(shù),設(shè)計(jì)微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求的目標(biāo)是：1、有利于縮短微指令長(zhǎng)度；2、有利于減小控制存儲(chǔ)器的容量；3、有

22、利于提高微程序的執(zhí)行速度；4、有利于對(duì)微指令的修改；5、有利于提高微程序設(shè)計(jì)的靈活性；,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),微命令編碼微地址的形成方法微指令格式微程序控制的設(shè)計(jì)方法,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),微命令編碼直接編碼法 字段直接編譯法字段間接編譯法,直接編碼法 在微指令的操作控制字段中每一個(gè)微命令都用一位信息表示，對(duì)應(yīng)于一種微操作。設(shè)計(jì)微指令時(shí)，選用或不選用某個(gè)微命令，只要將表示該微命令的相應(yīng)位設(shè)置成“1”或“0

23、”就可以了。因此，微命令的產(chǎn)生不必經(jīng)過(guò)譯碼，所需的控制信號(hào)直接送到相應(yīng)的控制點(diǎn)。特點(diǎn)：直觀、不必譯碼、速度快 微指令的長(zhǎng)度太長(zhǎng)，不好記憶，占用空間大,,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),,,,,LT,ALU,LA,,,,,,,,1 1 0 0 0 1 0 0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,LT→BUS,ALU→LT,LA→ALU,BUS→LA,0位：LT→BUS1位：BUS→LA

24、2位：LA→ALU3位：DIV4位：MUL5位：SUB6位：ADD7位：ALU→LT,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀、執(zhí)行速度快，微命令的并行控制能力強(qiáng)，編制的微程序短；缺點(diǎn)是微指令字長(zhǎng)。,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),字段直接編譯法 將微指令的控制字段分為若干個(gè)小字段，每個(gè)字段分別編碼，每種編碼代表一種微命令。 把一組相斥性的微命令信號(hào)組成一個(gè)小組(即一個(gè)字段)，然后通過(guò)小組(字段）譯碼器對(duì)每一個(gè)微命令

25、信號(hào)進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為操作控制信號(hào)，其微指令結(jié)構(gòu)如下圖所示。,采用字段譯碼的編碼方法，可以用較小的二進(jìn)制信息位表示較多的微命令信號(hào)。例如3位二進(jìn)位譯碼后可表示8個(gè)微命令，4位二進(jìn)制位譯碼后可表示16個(gè)微命令。與直接控制法相比，字譯碼控制法可使微指令字大大縮短，但由于增加譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度稍稍減慢。,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),例如，某機(jī)器指令系統(tǒng)總共需要256個(gè)微命令，采用直接編碼法，微指令的操作控制字段需256位，采用編譯

26、表示法，如將控制字段分成4位一段，共16段，每個(gè)字段經(jīng)一個(gè)譯碼器輸出，可獲得16個(gè)微命令，總共16段就可獲得256個(gè)微命令。微指令的操作控制字段僅64位。,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),編碼表示法的分段原則：相斥性微命令分在同一字段內(nèi)，相容性命令分在不同的字段內(nèi)。前者可提高信息位的利用率，縮短微指令字長(zhǎng)；后者有利于實(shí)現(xiàn)并行操作，加快指令的執(zhí)行速度。一般將同類(lèi)操作中互斥的微命令劃分在同一個(gè)字段中。每個(gè)小字段包含的信息位不能太多，一般不超

27、過(guò)6位，否則將增加譯碼線(xiàn)路的復(fù)雜性和譯碼時(shí)間。,微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù),混合表示法　　這種方法是把直接表示法與字段編碼法混合使用，以便能綜合考慮指令字長(zhǎng)、靈活性、執(zhí)行微程序速度等方面的要求。 另外,在微指令中還可附設(shè)一個(gè)常數(shù)字段E。該常數(shù)可作為操作數(shù)送入ALU運(yùn)算，也可作為計(jì)數(shù)器初值用來(lái)控制微程序循環(huán)次數(shù)。,微指令控制信號(hào)字段編碼,為每一條微指令各項(xiàng)微操作確定 其所要求的控制信號(hào) 如: 使 IR，AR 等

28、寄存器接收的信號(hào) 控制 PC 增量和接收的信號(hào) 讀寫(xiě)主存，讀寫(xiě)外設(shè)的信號(hào) 控制運(yùn)算器操作的信號(hào) 等這要看被控制的具體對(duì)象的具體要求,返回,為每一條微指令分配微地址,需要為每一條微指令在控存中 分配一個(gè)合適的地址這是合理地組織微程序的重要工作首先確定微指令中下地址字段的組成，再按每一條微指令在控存中的位置 來(lái)安排下地址字段的各部分的編

29、碼這與控制器的 具體線(xiàn)路與方案 有關(guān),返回,,,程序計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,,,運(yùn)算器,控制器,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,主存儲(chǔ)器,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,,,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),,ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,,,

30、操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,,微程序定序器,,主振 脈沖,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,9CFB,AC00,800,807,,返回,3041,四、教學(xué)計(jì)算機(jī)的微程序控制器信息流圖示部分,典型指令的執(zhí)行過(guò)程舉例：800 0401 ADD r0, r1801 2090 MOV r9, r0

31、,返回,讀取指令 ① AR ? PC（注） ② 讀主存，IR ? 讀出內(nèi)容 PC ? PC + 1 ③ 由操作碼找微地址，讀控存執(zhí)行指令 ④ ALU ? R0 A

32、LU ? R1 執(zhí)行 + R0 ? ALU，記憶結(jié)果特征結(jié)束，判中斷,加法指令 ADD R0， R1,,,返回,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,,,運(yùn)算器,控制器,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/出設(shè)備,主存儲(chǔ)器,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2090,,CZV

33、S,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,,微程序定序器,,主振 脈沖,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,800

34、,801,0401,,0401,,,,,4275,42 75,AR ?PC,讀內(nèi)存，IR?讀出內(nèi)容,R0 ? R0 + R1,PC ? PC+1,+,,,ADD R0,R1,返回,,,寄存器內(nèi)容傳送指令MOV R9， R0,讀取指令 ① AR ? PC（注） ② 讀主存，IR ? 讀出內(nèi)容 P

35、C ? PC + 1 ③ 由操作碼找微地址，讀控存執(zhí)行指令 ④ ALU ? 0 ALU ? R1 執(zhí)行 + R0 ? ALU結(jié)束，判中斷,,,返回,程序 計(jì)數(shù)

36、器,,,,,,,,,,,,,,,運(yùn)算器,控制器,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/出設(shè)備,主存儲(chǔ)器,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2090,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,,微程序定序器,,主振

37、 脈沖,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,4725,801,807,,,,,,801,802,2090,,2090,,,4275,4275,AR ? PC,讀內(nèi)存，IR ?讀出內(nèi)容,R9 ? R0 + 0,PC ? PC+1,0,,,,+,,MOV R9, R0,返回,典型指令的執(zhí)行過(guò)程 使用到的微指令內(nèi)容,典型指令的執(zhí)行過(guò)程舉例：800 040

38、1 ADD r0, r1801 2090 MOV r9, r0,返回,對(duì)運(yùn)算器的控制,24位控制信號(hào)，同24位微型開(kāi)關(guān)內(nèi)容， A口地址，B口地址，I8~I6，I5~I3，I2~I0 SST， SSH， SCi多出兩位SA、SB，用于選擇A口、B口地址來(lái)源 SA=1 A口地址來(lái)

39、自IR的 SR字段 ，=0 來(lái)自微碼A口字段 SB=1 B口地址來(lái)自IR的 DR字段 ，=0 來(lái)自微碼B口字段寄存器使用分配： R4: SP R5: PC R6: IP 約定用法：R0：I/O指令約定使用 R0、R1：乘、除指令約定指令用,返回,/MIO（0：有內(nèi)存和串口讀寫(xiě)，1：無(wú)） REQ （0：讀寫(xiě)內(nèi)存，1：讀寫(xiě)串行口） /WE （0

40、：寫(xiě)操作， 1：讀操作）,000 寫(xiě)內(nèi)存,001 讀內(nèi)存,010 寫(xiě)串口,011 讀串口,10X 無(wú)內(nèi)存和串口的讀寫(xiě)操作,11X 特殊用法，寫(xiě)控存,對(duì)內(nèi)存和 I/O 接口的讀寫(xiě),返回,對(duì)內(nèi)部總線(xiàn)和特定寄存器的控制,3 位 DC1的控制功能 3 位 DC2的控制功能 DC1編碼 送內(nèi)部總線(xiàn)的數(shù)據(jù) DC2編碼 接受的寄存器 000 開(kāi)關(guān)手撥數(shù)據(jù)

41、 000 未使用（NC） 001 運(yùn)算器的輸出 001 指令寄存器IR 010 指令的低 8 位 010 地址寄存器AR 011 狀態(tài)寄存器 011

42、 中斷優(yōu)先級(jí) 100 中斷向量 100 LDR6 LDR5 101 未使用（NC） 101 LDR4 LDR3 110 轉(zhuǎn)用于開(kāi)中斷 110 LDR2

43、LDR1 111 轉(zhuǎn)用于關(guān)中斷 111 LDR0,,,,,返回,,對(duì)控制器部件的控制：下地址字段,分成 3 個(gè)子字段，總共使用18位碼。,返回,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口

44、,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,ADD R0, R1,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1

45、,3. /MAP,檢查中斷,無(wú)請(qǐng)求,開(kāi)始下條指令,4. R0 ? R0 + R1,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,

46、,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST M

47、I8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,ADD R0, R1,1. AR ? PC,000 E 0 1 0 1 0 3 0 3 5 6 0 0 0 0 0 2 不用 順序執(zhí)行 不用 無(wú)讀寫(xiě) 保持

48、 B? 加 A,0 PC IP ?0 無(wú) 微碼段 / AR,返回,程序計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,

49、寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,ADD R0, R1,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,000 E 0 0 0 1 0 3 0 3

50、 0 5 1 0 0 0 0 1 不用 順序執(zhí)行 不用 讀內(nèi)存 保持 B? 加 B,0 / PC ?1 無(wú) 微碼段 / IR,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,

51、,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3

52、409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,ADD R0, R1,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,000 2 0 1 0 1 0 １ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 不用 順序執(zhí)行 不用

53、 不讀寫(xiě) 保持 不送 加 B,0 / / ?1 無(wú) 微碼段 / /,3. /MAP,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091

54、,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,ADD R0,

55、 R1,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,3. /MAP,檢查中斷,無(wú)請(qǐng)求,開(kāi)始下條指令,290 3 0 1 0 1 1 3 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 不用 順序執(zhí)行 必轉(zhuǎn) 無(wú)讀寫(xiě) 接收 B

56、? 加 A,B / / ?0 無(wú) 指令段 / /,4. R0 ? R0 + R1,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,

57、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,MOV R9, R0,1. AR ? PC

58、,000 E 0 1 0 1 0 3 0 3 5 6 0 0 0 0 0 2 不用 順序執(zhí)行 不用 無(wú)讀寫(xiě) 保持 B? 加 A,0 PC IP ?0 無(wú) 微碼段 / AR,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/W

59、E SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序 計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,

60、操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,MOV R9, R0,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,000 E 0 0 0 1 0 3

61、0 3 0 5 1 0 0 0 0 1 不用 順序執(zhí)行 不用 讀內(nèi)存 保持 B? 加 B,0 / PC ?1 無(wú) 微碼段 / IR,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序計(jì)數(shù)器,,

62、,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,

63、,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,,,,MOV R9, R0,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,000 2 0 1 0 1 0 １ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 不用

64、 順序執(zhí)行 不用 不讀寫(xiě) 保持 不送 加 B,0 / / ?1 無(wú) 微碼段 / /,3. /MAP,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,程序計(jì)數(shù)器,,,,,,,,,,,,,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入/輸出設(shè)備,控制總線(xiàn),0 401,

65、,78BD,2091,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,6688,1234,R9,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,指令寄存器,微程序定序器,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,800,3409,0807,A480,98FB,AC00,3041,800,807,,,

66、,,,MOV R9, R0,1. AR ? PC,2. IR ? （AR ），PC? CP+1,3. /MAP,檢查中斷,無(wú)請(qǐng)求,開(kāi)始下條指令,290 3 0 1 0 1 0 3 0 4 0 0 0 0 1 1 0 0 不用 順序執(zhí)行 必轉(zhuǎn) 無(wú)讀寫(xiě)

67、 保持 B? 加 A,B / / ?0 無(wú) 指令段 / /,4. R9 ? R0 + 0,返回,下地址 CI3~0 SCCSC /MIO REQ/WE SST MI8~6 MI5~3 MI2~0 A口 B口 SCi SSH SA SB DC1 DC2,,,,,,,,,,,,,,,,運(yùn)算器,控制器,控制 存儲(chǔ)器,用于運(yùn)算器,輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,主存儲(chǔ)器,控制總線(xiàn),0 單元,,n單元,

68、1單元,,,CZVS,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,接口,,,,.,,,,,,,,,PC,AR,IR,數(shù)據(jù)總線(xiàn),地址總線(xiàn),,ALU,,,,,,乘商寄存器,,,,R1,R0,Rn,,,,,操作數(shù)地址,操作碼,寄存器組,映射,,,地址寄存器,程序計(jì)數(shù)器,指令寄存器,,微程序定序器,,主振 脈沖,微指令寄存器,,下地址字段內(nèi)容,,,,,,,,,,R2,,,返回,6.7 流水線(xiàn)工作原理1.