第三章第三講微程序控制器的微程序設計ppt課件

1、第第3章章 第第3講講微程序控制器的微程序設計微程序控制器的微程序設計作業(yè)：作業(yè)： 1. 認真看懂認真看懂A、B、D組指令的執(zhí)行步驟，你能提出組指令的執(zhí)行步驟，你能提出什么改進或者變動的意見嗎？說明每組指令各步驟完什么改進或者變動的意見嗎？說明每組指令各步驟完成的主要功能。說明取指的兩個步驟的控制信號的控成的主要功能。說明取指的兩個步驟的控制信號的控制作用。制作用。 2. 認真看懂認真看懂ADD指令執(zhí)行步驟的控制信號的控制作指令執(zhí)行步驟的控制信號的控制作用，寫出用，寫出SUB、OR、AND指令執(zhí)行步驟的控制信號，指令執(zhí)行步驟的控制信號，指出它們和指出它們和 ADD 指令使用的控制信號的區(qū)別。指

2、令使用的控制信號的區(qū)別。 3. 寫出寫出 JR 和和 JRC 指令在執(zhí)行功能、執(zhí)行步驟和指令在執(zhí)行功能、執(zhí)行步驟和使用的控制信號方面的區(qū)別。使用的控制信號方面的區(qū)別。 4. 寫出寫出 PUSH DR 和和 POPF在指令格式、執(zhí)行功能在指令格式、執(zhí)行功能和執(zhí)行步驟中使用的控制信號方面的區(qū)別。和執(zhí)行步驟中使用的控制信號方面的區(qū)別。 5. 總結教學計算機中確定微指令下地址的方式和在總結教學計算機中確定微指令下地址的方式和在微指令字中的具體的控制辦法。微指令字中的具體的控制辦法?？刂破鞑考刂破鞑考傮w要求：控制器部件的功能、組成、設計與實現(xiàn)是課程教學總體要求：控制器部件的功能、組成、設計與實現(xiàn)是課

3、程教學中的重點難點內(nèi)容，應該學得好一點。中的重點難點內(nèi)容，應該學得好一點。設計控制器的基礎和依據(jù)是指令系統(tǒng)，包括指令的功能、格式、設計控制器的基礎和依據(jù)是指令系統(tǒng)，包括指令的功能、格式、選用的尋址方式等；選用的尋址方式等；控制器的功能和組成概述，指令的執(zhí)行步驟概述等內(nèi)容要非?？刂破鞯墓δ芎徒M成概述，指令的執(zhí)行步驟概述等內(nèi)容要非常清楚地理解，這是學習后續(xù)知識的指導性綱要；清楚地理解，這是學習后續(xù)知識的指導性綱要；依據(jù)指令系統(tǒng)和計算機組成的初步設計，完成不同類型指令的依據(jù)指令系統(tǒng)和計算機組成的初步設計，完成不同類型指令的執(zhí)行步驟設計分成幾步，各步驟的功能和接續(xù)關系是執(zhí)行步驟設計分成幾步，各步驟的功

4、能和接續(xù)關系是更為基礎一點的內(nèi)容；更為基礎一點的內(nèi)容；依據(jù)計算機的各功能部件的運行要求，設計控制器應該提供給依據(jù)計算機的各功能部件的運行要求，設計控制器應該提供給各功能部件的控制信號，是控制器設計的一個步驟；各功能部件的控制信號，是控制器設計的一個步驟；設計每條指令的每一個執(zhí)行步驟所用的控制信號是控制器設計設計每條指令的每一個執(zhí)行步驟所用的控制信號是控制器設計過程中最機械、費時、繁瑣的一個步驟；過程中最機械、費時、繁瑣的一個步驟；硬連線的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控制硬連線的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控制信號，并用不同的方法實現(xiàn)對自身的控制作用。信號，并用不同的

5、方法實現(xiàn)對自身的控制作用。指令執(zhí)行過程的流水線控制是提高指令執(zhí)行速度的有效措施，指令執(zhí)行過程的流水線控制是提高指令執(zhí)行速度的有效措施，這些內(nèi)容不作為基本教學要求。這些內(nèi)容不作為基本教學要求。 控制器的組成控制器的組成程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC：存放指令地址，有：存放指令地址，有+1或接收或接收新值功能。新值功能。指令寄存器指令寄存器IR：存放指令內(nèi)容：操作碼與操作：存放指令內(nèi)容：操作碼與操作數(shù)地址。數(shù)地址。主脈沖源與啟停控制線路，按需要給出主脈沖信主脈沖源與啟?？刂凭€路，按需要給出主脈沖信號。號。指令執(zhí)行步驟標記線路：指令執(zhí)行步驟標記線路： 指明每條指令的執(zhí)行指明每條指令的執(zhí)行步驟。步驟?？刂菩?/p>

6、號記憶或產(chǎn)生線路：給出計算機各功能控制信號記憶或產(chǎn)生線路：給出計算機各功能部件部件協(xié)同運行所需要的控制信號。部件部件協(xié)同運行所需要的控制信號。運算器部件運算器部件主存儲器部件主存儲器部件總線及輸入總線及輸入/輸出接口輸出接口(輸入輸入/輸出設備輸出設備)控制器部件控制器部件各部件包括各部件包括也包括也包括設計中的難點，在于解決對運算器、控制器的控制設計中的難點，在于解決對運算器、控制器的控制 每條指令的執(zhí)行步驟每條指令的執(zhí)行步驟讀取指令讀取指令指令地址送入主存地址寄存器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讀主存，讀出內(nèi)容送入指定的寄存器分析指令分析指令按指令規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行指

7、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)，不同指令的操作步驟數(shù)， 和具體操作內(nèi)容差異很大和具體操作內(nèi)容差異很大, 檢查有無中斷請求檢查有無中斷請求若有，則響應中斷并轉中斷處理若有，則響應中斷并轉中斷處理若無，則轉入下一條指令的執(zhí)行過程若無，則轉入下一條指令的執(zhí)行過程形成下一條指令地址形成下一條指令地址R_R類型指令類型指令讀寫內(nèi)存類型指令讀寫內(nèi)存類型指令輸入輸出類型指令輸入輸出類型指令其他類型指令其他類型指令 可能執(zhí)行 一次或多次 是一次讀是一次讀內(nèi)存操作內(nèi)存操作公共操作公共操作公共操作公共操作是每一條指令的特定操作是每一條指令的特定操作控制控制存儲器存儲器映射映射IRPC接口接口輸出輸

8、出設備設備 主主 存存儲儲 器器運算器運算器部件部件下地址下地址啟停啟停地址寄存器地址寄存器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線控制總線控制總線.控制條件控制條件微指令寄存器微指令寄存器主振主振微程序微程序方案的方案的控制器控制器接口接口輸入輸入設備設備微程序控制器實驗微程序控制器實驗 Am2910MAPROM微下微下地址地址CI SCC30 30SCC Gal控制存儲器（控制存儲器（ ROM）指令操作碼指令操作碼微指令轉移微指令轉移的控制條件的控制條件/SCC微指令寄存器微指令寄存器0MRW SA I86 B口口 0SST DC2 0 I20 SB I53 A口口 SSHSCI DC1CP/G讀

9、命令讀命令1. 確定指令功能與格式確定指令功能與格式 2. 劃分指令執(zhí)行步驟劃分指令執(zhí)行步驟 3. 設計微指令內(nèi)容設計微指令內(nèi)容 4. 分配微指令地址分配微指令地址5. 把新微指令寫入控存把新微指令寫入控存 6. 需要時修改需要時修改 MAPROM 和和 SCC Gal等等 7. 調(diào)試并且運行調(diào)試并且運行B 口二選一口二選一A 口二選一口二選一IR.SRIR.DRAM2910273377GAL1GAL2GAL3GAL5GAL7GAL4GAL6接 插 件 連 接D7D0D7 D0A7 A0D7 D08 9 11 1219 17 4 2 40 38 36 349 6 5 219 16 15 122

10、5Y7 Y020 18 3 1 39 37 35 331915 131113111816IRH7 IRH03101915 1311 SA I8I6 SB I5I3 SST SSH SCIDC2320 DC1310I2I0 /MIO REQ /WE610I2I0A3A0 B3B0SST SCI SSH25 693 4 5 7 8 925 693525 69SST SCI SSH1518 19221618 20 22151819221618 19221518 1922A3A015 16 21 2215 16 21 22B3B0/PL/OE61/MAP7/OE22IRH4IRH023 1816 14

11、142113CI30I3I01C Z /INT S /Reset18 17 14 13 8 7 4 3201/CLRCLK11CLK11CLK20202020202020252525252525 圖6-3 16位微程序控制器線路邏輯圖8個燈8個燈8個燈/OE/OE/OE131313/OE/OE13CLKCLK11CLKCLK11CLK111915 13111915 1311A7 A0310A7 A0310310A7 A0310A7 A0310310A7 A03101915 13111915 131120/CE/CE/CE/CE/CE/CE/CE13C_/M25IRLDRV 244IRL 377

12、2 4 6 8 11 13 15 17 IRL7IRL0 IBL7IBL018 17 14 13 8 7 4 319 16 15 12 9 6 5 218 16 14 12 9 7 5 3MPROM2MPROM3VCC A8 GNDQ7Q019 16 15 12 9 6 5 29 6 5 219 16 15 1218 17 14 13 8 7 4 318 17 14 13 8 7 4 3DC2 DC1DC2 DC1 69/MIO REQ /WE SA I8I6 SB I5I3SCC30.下地址MPROM1 CI30 SCC30A8A8A8A8A8A8MPROM6MPROM7 SA I8I6 S

13、B I5I3MPROM4MPROM5A7 A0 B3B0 A3A0/CEA825MAPROM/CC31CP1.A7 A0374Q7Q0Q7Q0D7D0D7D0GAL20V8D7D0D7D0D6D0D7D0D7D0CK /MIO REQ /WEI2I0710710/GAL_OE.下地址CI SCC當前地址C Z /INT S/ResetIRH7IRH0NewInsMicroP這些插針在微程序時應將每排右邊兩個短接兩個一排/列的插針微程序時不要短接.1A11A4 2A12A41Y11Y4 2Y12Y4Q7Q0D7D0CLK11CK1/OE/GIR1D7D01915 1311D7D0IRHDRV 2

14、44IRH 3772 4 6 8 11 13 15 17 IBH7IBH018 17 14 13 8 7 4 319 16 15 12 9 6 5 218 16 14 12 9 7 5 31A11A4 2A12A41Y11Y4 2Y12Y4Q7Q0D7D0CLK11/OE125CK1/GIRG1G2119/ETOIB IRH7IRH0 IRL7IRL4IRL3IRL0 微程序控制器部件微程序控制器部件56位的微指令字長，位的微指令字長， 微下地址字段微下地址字段16位，位， 控制命令字段控制命令字段40位，位，7 片片 28C64 組成控存。組成控存。1 片片 28C65，從指令操，從指令操

15、作碼產(chǎn)生微地址，作碼產(chǎn)生微地址，1 片片 374 存存 8 位下地址，位下地址，1 片片 273 存存 8 位條件碼，位條件碼，1 片片377存存8位現(xiàn)微地址。位現(xiàn)微地址。1 片片Am2910給出下一給出下一條條 微指令地址，微指令地址，1 片片GAL 按判斷條件按判斷條件產(chǎn)產(chǎn) 生微指令轉移信號生微指令轉移信號/CC；5 片片GAL用作為用作為 5 片片 8位位 的的 D 觸發(fā)器的寄存觸發(fā)器的寄存器，器，2 片片GAL 實現(xiàn)兩個實現(xiàn)兩個4 位位的的 2 選選 1 芯片功能。芯片功能。8 或或 16位的指令寄存器。位的指令寄存器。 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR) /MAP寄存器之

16、間寄存器之間運算與傳送運算與傳送 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存AR地址地址 AR地址地址 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存 或或 I/O 接口接口 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存 PC地址地址（2） 16 位機的基本指令、擴展指令執(zhí)行流程圖位機的基本指令、擴展指令執(zhí)行流程圖A組組B組組C組組D組組/ResetB、C、D組組 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR) /MAP寄存器之間寄存器之間運算與傳送運算與傳送 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存AR地址地址 AR地址地址 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存 或或 I/O 接口接口 讀、寫內(nèi)存讀、寫內(nèi)存 PC地址地址（2） 16 位機的基本指令、擴展指令執(zhí)行流程圖位機的基本指令、擴展指令執(zhí)行流

17、程圖A組組B組組C組組D組組/ResetB、C、D組組把原來完成讀取指令的那一把原來完成讀取指令的那一條微指令中的下地址字段的條微指令中的下地址字段的 CI3CI0 從從14h 修改為修改為 02h,則它還同時完成了依據(jù)指令則它還同時完成了依據(jù)指令操作碼讀出對應的微指令。操作碼讀出對應的微指令。0PC、關中斷PCAR、PC+1PCMEMIR/MAP12151719131416181A1C2024DR+SRDR0405060708090A0B0C0D0E0F1011DR-SRDRDR and SRDRDR xor SRDRDR-SRDR or SRDRDR and SRSRDRDR+1DRDR-

18、1DRSHL DRSHR DR判斷是否轉移PC+OFFSETPCSP-1SP、ARSPAR、SP+1SPDRARSRARPCAR、PC+1PCPCAR、PC+1PCPCAR、PC+1PCSPAR、SP+1SPPORTARR0IOIOR0FLAGMEMMEMFLAGMEMDRSRMEMMEMQMEMPCSP-1SP、ARPCMEM、QPC轉移不轉移加電啟動,按RESET按鈕0001020330STRQ、判中斷31PCAR、PC+1PC偽中斷處理，空操作3A無中斷1B1D1E1F232122有中斷A組B、D組D組B組圖7-4 16位機微程序基本指令流程框圖加電啟動時，加電啟動時，執(zhí)行執(zhí)行 0PC接

19、下來的兩步，接下來的兩步，完成取指操作完成取指操作按指令操作碼，按指令操作碼，讀出相應微指令讀出相應微指令按指令具體功能按指令具體功能,再分別用再分別用 1、2、3、4 步完成不同步完成不同指令組的中各條指令組的中各條指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程最后檢查中斷請最后檢查中斷請求信號，有請求求信號，有請求時則響應中斷，時則響應中斷，否則開始下一條否則開始下一條指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 D

20、C1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0指令執(zhí)行流程表舉例指令執(zhí)行流程表舉例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 1 條微指令和第條微指令和第 2 條微指令用于完成讀取指令，具體操作條微指令用于完成讀取指令，具體操作功能是：功能是： PCAR ，PC+1PC；PC 是是 R5，A口口 和和 B口口 均選均選5， B口內(nèi)容口內(nèi)容+1 送送 B口；輸出口；輸出A口的內(nèi)容送口的內(nèi)容送

21、AR寄存器。讀主存，寄存器。讀主存， 讀讀出內(nèi)容出內(nèi)容 IR ; 微指令都是順序執(zhí)行，故微指令都是順序執(zhí)行，故 2910選選 14# 命令。命令。 第第 3 條微指令按讀出的指令的操作碼，形成相應微指令的地條微指令按讀出的指令的操作碼，形成相應微指令的地址，讀出該條微指令并將其寫入微指令寄存器，址，讀出該條微指令并將其寫入微指令寄存器， 2910選選 2# 命令，命令，控制運算器的控制運算器的 I8I6 選選 001 碼，保證運算器的各寄存器內(nèi)容不變碼，保證運算器的各寄存器內(nèi)容不變化?；?。 無存儲器和無存儲器和IO讀寫，故讀寫，故/MIO REQ /WE 選選 100 碼。碼。下址下址 CI3

22、0 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 DC1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 030 3 0 4 1 B 8 0 0 1 0 0 0 3 0 4 4 B 8 0 0 0 0 0 0指令執(zhí)行流程表舉例指令執(zhí)行流程表舉例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-P

23、ORT CALA ADR 第第 3 條微指令和第條微指令和第 4 條微指令條微指令 用于完成兩個累加器之間的用于完成兩個累加器之間的相加和傳送操作。具體操作是：相加和傳送操作。具體操作是：2 累加器相加，累加器相加，DR+SRDR，A口和口和B口口 編碼來自指令寄存器，故編碼來自指令寄存器，故SA 和和 SB都給都給 1 值；下微指值；下微指令轉判中斷請求令轉判中斷請求, 故故 2910選選 3# 命令且命令且 SCC 為為 0000, 必轉必轉 30。 第第 4 條微指令，完成兩個累加器之間的數(shù)據(jù)傳送，累加器條微指令，完成兩個累加器之間的數(shù)據(jù)傳送，累加器SR的內(nèi)容和的內(nèi)容和 0相加，存入相加

24、，存入DR寄存器中，不保存標志位的值，故寄存器中，不保存標志位的值，故SST為為000，無存儲器和，無存儲器和 IO讀寫。這兩條微指令內(nèi)容有些類似。讀寫。這兩條微指令內(nèi)容有些類似。下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC1 14 3 6 4 7 1 0 0 0 0 0 3 230 3 0 3 7 3 0 0 0 0 0 0 0指令執(zhí)行流程表舉例指令執(zhí)行流程表舉例ADD DR,

25、SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 5、6 兩條微指令完成讀串行接口，具體操作是：先送兩條微指令完成讀串行接口，具體操作是：先送 IO 端口地址端口地址（ 在在 IR 的低的低 8位到地址寄存器位到地址寄存器AR，DC1 為為 2 選選 IR 的低的低 8位送內(nèi)部總線，位送內(nèi)部總線，經(jīng)經(jīng) ALU ( 送出送出 D+0 )到到 AR （DC2 為為 3 是是 AR 接收）；接收）；IN 指令時轉指令時轉14# 微指微指令下地址令下地址 3 個字段為個字段為 14 3 6）；）； 下一微指令完成讀串口輸入到內(nèi)部總線，把下一微指令完成讀串口輸入到內(nèi)部總線，把D

26、+0 送到送到 ALU并寫進并寫進 R0（ B 口選口選 0000）；轉判中斷請求）；轉判中斷請求, 故故 CI 選選 3# 且且 SCC 為為 0000, 必轉必轉 30。 下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 DC1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 7 0 0 0 0 0 0 0 000 E 0 4 3 3 1 4 0 0 0 3 0 3

27、 0 0 2 2 0 5 5 0 0 0 1指令執(zhí)行流程表舉例指令執(zhí)行流程表舉例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 后后 4 條微指令之間順序執(zhí)行，前條微指令之間順序執(zhí)行，前 3 條的條的 CI 都是都是 E，依次完，依次完成：成：1. PCAR，PC+1 PC；(控制命令同讀取指令的第控制命令同讀取指令的第1步步) ; 2. 讀內(nèi)存讀內(nèi)存 (MRW=001) 送送 Q (D+0 Q) (子程序入口子程序入口)； 3. 修改堆棧指針并送修改堆棧指針并送AR， SP-1 SP,AR；SP 是是 R4，即，即R4 的內(nèi)容的內(nèi)容-1 R4 和和 AR ( DC2 為為 3 是是 AR 接收接收); 4. 寫斷點（寫斷點（ PC的內(nèi)容到堆棧的內(nèi)容到堆棧 , 即即 A 口指定的寄存器口指定的寄存器 (R5)的內(nèi)容經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到內(nèi)存并寫入；子程序的入口地址的內(nèi)