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文檔簡介
1、本章主要討論:本章主要討論:運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程CPUCPU組成組成CPUCPU工作原理工作原理5.1 組合邏輯控制器原理組合邏輯控制器原理5.1.1 控制器組成控制器組成微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼.PSPS 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCOPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼.PSPS 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成
2、PCPCOPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器1.1.微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器功能:功能: 產(chǎn)生全機(jī)所需的各種產(chǎn)生全機(jī)所需的各種微命令微命令控制最基本的操作控制最基本的操作( (微操作微操作) )的命令的命令電位型電位型脈沖型脈沖型微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼.PSPS 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCOPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC功能:功能: 指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PC+1PC+1順序執(zhí)行:
3、順序執(zhí)行:PCPC先先+1+1,再用轉(zhuǎn)移地址修改,再用轉(zhuǎn)移地址修改PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC轉(zhuǎn)移執(zhí)行:轉(zhuǎn)移執(zhí)行:3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR功能:功能:存放現(xiàn)行指令。從存儲(chǔ)器取出的當(dāng)前要執(zhí)行的指令存放現(xiàn)行指令。從存儲(chǔ)器取出的當(dāng)前要執(zhí)行的指令決定操作決定操作性質(zhì)性質(zhì)操作碼字段操作碼字段操作數(shù)地址操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼.PSPS 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR
4、地址碼字段地址碼字段譯碼器譯碼器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器地址形成部件地址形成部件尋尋D4.4.程序狀態(tài)寄存器程序狀態(tài)寄存器PSPS功能:功能: 指示程序運(yùn)行方式,反映程序運(yùn)行結(jié)果。運(yùn)指示程序運(yùn)行方式,反映程序運(yùn)行結(jié)果。運(yùn)算型指令執(zhí)行后,要根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果來設(shè)置算型指令執(zhí)行后,要根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果來設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志,狀態(tài)標(biāo)志,狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志就反映了程序的運(yùn)行結(jié)就反映了程序的運(yùn)行結(jié)果。果。PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送
5、M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IRPSPS5.5.時(shí)序線路時(shí)序線路功能:功能: 控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻。PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IRPSPS 時(shí)序時(shí)序計(jì)算機(jī)的操作都是和時(shí)間有關(guān)系的,在哪一段時(shí)計(jì)算機(jī)的操作都是和時(shí)間有關(guān)系的,在哪一段時(shí)間做什么操作,或者在哪一個(gè)時(shí)刻完成什么操作,間做什么操作,或者在哪一個(gè)時(shí)刻完成什么操作,都是
6、有嚴(yán)格的時(shí)間限制的。都是有嚴(yán)格的時(shí)間限制的。1.1.取指令:把指令從存儲(chǔ)器取出來送到取指令:把指令從存儲(chǔ)器取出來送到IRIR中中PCPCPCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IRPSPS 時(shí)序時(shí)序5.1.2 控制器工作過程控制器工作過程地址地址M M指令指令I(lǐng)RIR 、譯碼、譯碼( (OPOP、尋址方式、尋址方式) )PC+1PC+1PCPC2.2.取數(shù)取數(shù)PCPC微命令微
7、命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成OPOPD尋尋來自來自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IRPSPS 時(shí)序時(shí)序按尋址方式,或從寄存器取數(shù),或從存儲(chǔ)器按尋址方式,或從寄存器取數(shù),或從存儲(chǔ)器取數(shù)。取數(shù)。3.3.執(zhí)行執(zhí)行按操作碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。按操作碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。1.1.組合邏輯控制器的時(shí)序劃分組合邏輯控制器的時(shí)序劃分5.1.3 時(shí)序控制方式時(shí)序控制方式即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系。即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系。 采用三級時(shí)序系統(tǒng):采用三級時(shí)序
8、系統(tǒng):指令周期指令周期工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期n n時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期1 1時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期2 2時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期m m.工作脈沖工作脈沖1 1工作脈沖工作脈沖2 2工作脈沖工作脈沖k k.( (節(jié)拍節(jié)拍1)1)( (節(jié)拍節(jié)拍2)2)( (節(jié)拍節(jié)拍m)m) 時(shí)序關(guān)系:時(shí)序關(guān)系:工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期3 3時(shí)鐘時(shí)鐘T1T1工作脈沖工作脈沖P P時(shí)鐘時(shí)鐘T2T2指令周期指令周期控制不同階段操作時(shí)間控制不同階段操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間對微操作定時(shí)對微操作定時(shí)取指取指執(zhí)行執(zhí)行取數(shù)取數(shù)取出指令取出指令修改修改PC打入
9、打入IR打入打入PC時(shí)鐘周期用來控制一步操作,在一個(gè)工作周期中要安排若干步。現(xiàn)在假設(shè)安排兩時(shí)鐘周期用來控制一步操作,在一個(gè)工作周期中要安排若干步?,F(xiàn)在假設(shè)安排兩步,需要有兩個(gè)時(shí)鐘周期步,需要有兩個(gè)時(shí)鐘周期T1和和T2,兩者相差一個(gè)相位。兩個(gè)時(shí)鐘周期組成一個(gè),兩者相差一個(gè)相位。兩個(gè)時(shí)鐘周期組成一個(gè)工作周期。工作周期。本例中,一個(gè)指令周期包括本例中,一個(gè)指令周期包括3個(gè)工作周期,每個(gè)工作周期用來完成一個(gè)階段的操作。比個(gè)工作周期,每個(gè)工作周期用來完成一個(gè)階段的操作。比如工作周期如工作周期1用來控制取指這段時(shí)間,工作周期用來控制取指這段時(shí)間,工作周期2用來控制取數(shù)這個(gè)階段,工作周期用來控制取數(shù)這個(gè)階段
10、,工作周期3用來控制執(zhí)行這段時(shí)間。所以一條指令通過這用來控制執(zhí)行這段時(shí)間。所以一條指令通過這3個(gè)階段,取指、取數(shù)和執(zhí)行就完成了。個(gè)階段,取指、取數(shù)和執(zhí)行就完成了。一個(gè)工作周期中又包含兩個(gè)時(shí)鐘,包含兩步操作,用兩個(gè)時(shí)鐘來控制每一步的操作時(shí)一個(gè)工作周期中又包含兩個(gè)時(shí)鐘,包含兩步操作,用兩個(gè)時(shí)鐘來控制每一步的操作時(shí)間。比如在取指階段中分為兩步,第一步是把指令取出來送到指令寄存器中;第二步間。比如在取指階段中分為兩步,第一步是把指令取出來送到指令寄存器中;第二步就是修改就是修改PC,讓,讓PC+1然后結(jié)果再送然后結(jié)果再送PC。取數(shù)和執(zhí)行也分成兩步。取數(shù)和執(zhí)行也分成兩步。在每一步操作中要通過工作脈沖對微
11、操作進(jìn)行定時(shí),在每一個(gè)時(shí)鐘結(jié)束的時(shí)候都設(shè)置在每一步操作中要通過工作脈沖對微操作進(jìn)行定時(shí),在每一個(gè)時(shí)鐘結(jié)束的時(shí)候都設(shè)置了一個(gè)工作脈沖。比如在取指階段,第一步把指令從存儲(chǔ)器取出來送到指令寄存器就了一個(gè)工作脈沖。比如在取指階段,第一步把指令從存儲(chǔ)器取出來送到指令寄存器就需要定時(shí),用脈沖前沿來定時(shí)把取出的指令送入指令寄存器,打入需要定時(shí),用脈沖前沿來定時(shí)把取出的指令送入指令寄存器,打入IR;第二步在結(jié)束;第二步在結(jié)束的時(shí)候設(shè)置一個(gè)工作脈沖,用脈沖前沿把已經(jīng)修改后的的時(shí)候設(shè)置一個(gè)工作脈沖,用脈沖前沿把已經(jīng)修改后的PC內(nèi)容打入到內(nèi)容打入到PC里面。里面。2.2.時(shí)序控制方式時(shí)序控制方式(1 1)同步控制)
12、同步控制各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。定義:定義:特點(diǎn):特點(diǎn): 有明顯時(shí)序時(shí)間劃分,有明顯時(shí)序時(shí)間劃分,優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)缺點(diǎn): 時(shí)序關(guān)系簡單,時(shí)序劃分規(guī)整,時(shí)序關(guān)系簡單,時(shí)序劃分規(guī)整,控制不復(fù)雜;控制不復(fù)雜;時(shí)間安排不合理。時(shí)間安排不合理。應(yīng)用場合:應(yīng)用場合: 用于用于CPUCPU內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系統(tǒng)總線操作統(tǒng)總線操作 控制邏輯易于集中,便于管理??刂七壿嬕子诩?,便于管理。 ( (各掛接部件速度相近,傳送時(shí)間確各掛接部件速度相近,傳送時(shí)間確定,傳送距離較近定,傳送距離較近) )。 時(shí)鐘周期時(shí)時(shí)鐘周期時(shí)間固定,間固定, 各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)各步操作的銜接
13、、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。各項(xiàng)操作受各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序統(tǒng)一時(shí)序控制??刂?。由由CPUCPU或或其他設(shè)備其他設(shè)備提供提供(2 2)異步控制)異步控制 各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間,不各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間,不受統(tǒng)一時(shí)序控制。受統(tǒng)一時(shí)序控制。按需安排時(shí)間按需安排時(shí)間定義:定義:特點(diǎn):特點(diǎn): 無統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分,無統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分,例例. .異步傳送操作異步傳送操作 主設(shè)備:主設(shè)備:申請并掌握總線權(quán)的設(shè)備。申請并掌握總線權(quán)的設(shè)備。 各操作間的各操作間的銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答方式。方式??偩€總線主主從從
14、從設(shè)備:從設(shè)備:響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。從設(shè)備不掌握總線權(quán)。響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。從設(shè)備不掌握總線權(quán)。發(fā)發(fā)/接接接接/發(fā)發(fā)答:不對。主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換不是單向的,而是雙向的。主設(shè)備既可以答:不對。主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換不是單向的,而是雙向的。主設(shè)備既可以是發(fā)送部件,也可以是接收部件,即可以發(fā)送數(shù)據(jù),也可以接收數(shù)據(jù);同樣從設(shè)備也是發(fā)送部件,也可以是接收部件,即可以發(fā)送數(shù)據(jù),也可以接收數(shù)據(jù);同樣從設(shè)備也是如此。所以,區(qū)別主是如此。所以,區(qū)別主/從設(shè)備并不是看它是發(fā)送還是接收部件,而是看由哪一個(gè)設(shè)備從設(shè)備并不是看它是發(fā)送還是接收部件,而是看由哪一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)了這次總線傳送,是否獲得總線權(quán)
15、。啟動(dòng)了這次總線傳送,是否獲得總線權(quán)。問題:主設(shè)備僅僅是發(fā)送設(shè)備,從設(shè)備僅僅是接收設(shè)備,這樣說對不對?問題:主設(shè)備僅僅是發(fā)送設(shè)備,從設(shè)備僅僅是接收設(shè)備,這樣說對不對?主設(shè)備獲得總線控制權(quán)主設(shè)備獲得總線控制權(quán) 操作流程:操作流程: 主設(shè)備詢問從設(shè)備主設(shè)備詢問從設(shè)備主設(shè)備發(fā)送主設(shè)備發(fā)送/ /接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)主設(shè)備釋放總線控制權(quán)主設(shè)備釋放總線控制權(quán) 從設(shè)備準(zhǔn)備好?從設(shè)備準(zhǔn)備好?YN主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線斷開主設(shè)備輸出端與總線斷開時(shí)間安排緊湊、合理;時(shí)間安排緊湊、合理;控制復(fù)雜??刂茝?fù)雜。優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)缺點(diǎn):應(yīng)用場合:應(yīng)用場合: 用于異步總線操作用于異步總線操作(
16、(各掛接部各掛接部件速度差異大,傳送時(shí)間不確定,傳送距離件速度差異大,傳送時(shí)間不確定,傳送距離較遠(yuǎn)較遠(yuǎn)) )。(3 3)聯(lián)合控制方式)聯(lián)合控制方式 是介于同步和異步之間的一種折中。對是介于同步和異步之間的一種折中。對于大多數(shù)需要節(jié)拍數(shù)相近的指令,用相同的于大多數(shù)需要節(jié)拍數(shù)相近的指令,用相同的節(jié)拍數(shù)來完成,即采用同步控制;而對于少節(jié)拍數(shù)來完成,即采用同步控制;而對于少數(shù)需要節(jié)拍數(shù)多或節(jié)拍數(shù)不固定的指令,給數(shù)需要節(jié)拍數(shù)多或節(jié)拍數(shù)不固定的指令,給予必要的延長,即采用異步控制。予必要的延長,即采用異步控制。1.1.組合邏輯控制方式組合邏輯控制方式5.1.4 組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用組合邏輯控制方
17、式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用 綜合化簡產(chǎn)生微命令的條件綜合化簡產(chǎn)生微命令的條件( (包括產(chǎn)生這包括產(chǎn)生這個(gè)微命令的指令信息、狀態(tài)信息以及時(shí)間信個(gè)微命令的指令信息、狀態(tài)信息以及時(shí)間信息息) ),形成邏輯式,用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn);,形成邏輯式,用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn); 執(zhí)行指令時(shí),由組合邏輯電路執(zhí)行指令時(shí),由組合邏輯電路( (微命令發(fā)微命令發(fā)生器生器) )在相應(yīng)時(shí)間發(fā)出所需微命令,控制有關(guān)在相應(yīng)時(shí)間發(fā)出所需微命令,控制有關(guān)操作。操作。 產(chǎn)生微命令的速度較快。產(chǎn)生微命令的速度較快。2.2.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)不規(guī)整,設(shè)計(jì)效率較低;設(shè)計(jì)不規(guī)整,設(shè)計(jì)效率較低;因?yàn)槲⒚钍怯山M合邏輯電路來產(chǎn)生的,只要有關(guān)條件因?yàn)槲⒚钍怯山M
18、合邏輯電路來產(chǎn)生的,只要有關(guān)條件穩(wěn)定提供在組合邏輯電路的輸入端,最后就會(huì)獲得相應(yīng)穩(wěn)定提供在組合邏輯電路的輸入端,最后就會(huì)獲得相應(yīng)的微命令,那么微命令很快產(chǎn)生之后就把它送到相應(yīng)部的微命令,那么微命令很快產(chǎn)生之后就把它送到相應(yīng)部件去控制有關(guān)操作。所以,采用組合邏輯控制方式的計(jì)件去控制有關(guān)操作。所以,采用組合邏輯控制方式的計(jì)算機(jī)它的工作速度是比較快的。算機(jī)它的工作速度是比較快的。設(shè)計(jì)過程是把產(chǎn)生微命令的條件進(jìn)行綜合化簡,那么不設(shè)計(jì)過程是把產(chǎn)生微命令的條件進(jìn)行綜合化簡,那么不同的微命令產(chǎn)生的條件不同,最后獲得的邏輯式也可能同的微命令產(chǎn)生的條件不同,最后獲得的邏輯式也可能不同,所以實(shí)現(xiàn)的邏輯電路是不規(guī)整
19、的。不規(guī)整導(dǎo)致不不同,所以實(shí)現(xiàn)的邏輯電路是不規(guī)整的。不規(guī)整導(dǎo)致不容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化,所以設(shè)計(jì)的效率比較低。容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動(dòng)化,所以設(shè)計(jì)的效率比較低。2.2.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 不易修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能。不易修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能。3.3.應(yīng)用場合應(yīng)用場合 用于高速計(jì)算機(jī),或小規(guī)模計(jì)算機(jī)。用于高速計(jì)算機(jī),或小規(guī)模計(jì)算機(jī)。組合邏輯控制器的核心電路組合邏輯控制器的核心電路邏輯門電路,要用硬聯(lián)線邏輯門電路,要用硬聯(lián)線連接起來,所以稱這種邏輯電路為硬聯(lián)電路。所以,修連接起來,所以稱這種邏輯電路為硬聯(lián)電路。所以,修改起來非常麻煩,原因就是硬聯(lián)邏輯限制了指令功能的改起來非常麻煩,原因就是硬聯(lián)邏輯限制了指令功
20、能的擴(kuò)展。擴(kuò)展。例例1.1.若某機(jī)主頻為若某機(jī)主頻為200MHz200MHz,每個(gè)指令周期平均為,每個(gè)指令周期平均為2.52.5個(gè)機(jī)個(gè)機(jī)器周期,每個(gè)機(jī)器周期平均包括器周期,每個(gè)機(jī)器周期平均包括2 2個(gè)主頻周期。問:個(gè)主頻周期。問:(1 1)該機(jī)平均指令執(zhí)行速度為多少)該機(jī)平均指令執(zhí)行速度為多少M(fèi)IPSMIPS?(2 2)若主頻不變,但每條指令平均包括)若主頻不變,但每條指令平均包括5 5個(gè)機(jī)器周期,個(gè)機(jī)器周期,每個(gè)機(jī)器周期又包含每個(gè)機(jī)器周期又包含4 4個(gè)主頻周期,平均指令執(zhí)行速度又個(gè)主頻周期,平均指令執(zhí)行速度又為多少為多少M(fèi)IPSMIPS?(3 3)由此可得出什么結(jié)論?)由此可得出什么結(jié)論?例
21、例2.2.假設(shè)某機(jī)平均執(zhí)行一條指令需要兩次訪問主存,平假設(shè)某機(jī)平均執(zhí)行一條指令需要兩次訪問主存,平均需要均需要3 3個(gè)機(jī)器周期,每個(gè)機(jī)器周期平均包含個(gè)機(jī)器周期,每個(gè)機(jī)器周期平均包含4 4個(gè)節(jié)拍,個(gè)節(jié)拍,若機(jī)器主頻為若機(jī)器主頻為240MHz240MHz。(1 1)若主頻為)若主頻為“0 0等待等待”(即不需要插入等待時(shí)間),(即不需要插入等待時(shí)間),執(zhí)行一條指令的平均時(shí)間為多少?執(zhí)行一條指令的平均時(shí)間為多少?(2 2)若每次訪問主存需要插入)若每次訪問主存需要插入2 2個(gè)等待周期,執(zhí)行一條個(gè)等待周期,執(zhí)行一條指令的平均時(shí)間又為多少?指令的平均時(shí)間又為多少?5.2 微程序控制方式微程序控制方式5.
22、2.1 微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想 1.1.若干微命令編制成一條微指令,控制實(shí)現(xiàn)一步若干微命令編制成一條微指令,控制實(shí)現(xiàn)一步操作;操作;2.2.若干微指令組成一段微程序,解釋執(zhí)行一條機(jī)若干微指令組成一段微程序,解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令;器指令;3.3.微程序事先存放在控制存儲(chǔ)器中,執(zhí)行機(jī)器指微程序事先存放在控制存儲(chǔ)器中,執(zhí)行機(jī)器指令時(shí)再取出。令時(shí)再取出。4.4.對于整個(gè)指令系統(tǒng),需要編制出一套完整的微對于整個(gè)指令系統(tǒng),需要編制出一套完整的微程序,事先存入控制存儲(chǔ)器中,執(zhí)行機(jī)器指令的程序,事先存入控制存儲(chǔ)器中,執(zhí)行機(jī)器指令的過程就是執(zhí)行對應(yīng)的微程序的過程。過程就是執(zhí)行對應(yīng)的微程序的過程
23、。1.1.若干微命令編制成若干微命令編制成一條微指令一條微指令,控制實(shí)現(xiàn),控制實(shí)現(xiàn)一步一步操作操作;2.2.若干微指令組成若干微指令組成一段微程序一段微程序,解釋執(zhí)行,解釋執(zhí)行一條機(jī)一條機(jī)器指令器指令;4.4.對于整個(gè)指令系統(tǒng),需要編制出一套完整的微對于整個(gè)指令系統(tǒng),需要編制出一套完整的微程序,事先存入控制存儲(chǔ)器中,程序,事先存入控制存儲(chǔ)器中,執(zhí)行機(jī)器指令的執(zhí)行機(jī)器指令的過程就是執(zhí)行對應(yīng)的微程序的過程過程就是執(zhí)行對應(yīng)的微程序的過程。具體做法:具體做法: 微程序控制就是用微程序控制就是用“程序設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)”的思想來的思想來代替組合邏輯控制方式中代替組合邏輯控制方式中“硬聯(lián)邏輯硬聯(lián)邏輯”的思的思想
24、。想。 1. 1.主要部件主要部件(1 1)控制存儲(chǔ)器)控制存儲(chǔ)器CMCM(控存)(控存)功能:功能: 微地址微地址形成電路形成電路 IRPS PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放微程序存放微程序。就是我們前面說的存儲(chǔ)邏輯。就是我們前面說的存儲(chǔ)邏輯。5.2.2 組成原理組成原理(1 1)控制存儲(chǔ)器)控制存儲(chǔ)器CMCM(控存)(控存)(2 2)微指令寄存器)微指令寄存器 IR功能:功能: 微地址微地址形成電路形成電路 IRPS PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼
25、器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放現(xiàn)行微指令存放現(xiàn)行微指令。微命令字段:微命令字段:提供一步操作所需的微命令。提供一步操作所需的微命令。微地址字段:微地址字段:指明后續(xù)微地址的形成方式。指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。提供微地址的給定部分。( (微操作控制字段微操作控制字段) )( (順序控制字段順序控制字段) )微程序、微指令都是放在控存中的,微程序、微指令都是放在控存中的,當(dāng)執(zhí)行到某一步的時(shí)候,再把微指令當(dāng)執(zhí)行到某一步的時(shí)候,再把微指令從控存取出來,取出來以后放到寄存從控存取出來,取出來以后放到寄存器存放起來。器存放起來。(3 3
26、)微地址形成電路)微地址形成電路功能:功能: 微地址微地址形成電路形成電路 IRPS PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR提供兩類微地址提供兩類微地址。微程序入口地址:微程序入口地址:由機(jī)器指令由機(jī)器指令操作碼操作碼形成。形成。后續(xù)微地址:后續(xù)微地址:由由微地址字段微地址字段、現(xiàn)行微地現(xiàn)行微地址址、運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)(PSW)(PSW)等形成。等形成。根據(jù)機(jī)器指令要找到相應(yīng)的微程序段,根據(jù)機(jī)器指令要找到相應(yīng)的微程序段,也就是說一段微程序應(yīng)該和一條機(jī)器也就是說一段微程序應(yīng)該和一條機(jī)器指令是對應(yīng)的,
27、所以機(jī)器指令不同微指令是對應(yīng)的,所以機(jī)器指令不同微程序入口地址也不同。程序入口地址也不同。微地址寄存器微地址寄存器(AR):用來存放準(zhǔn)備:用來存放準(zhǔn)備要訪問控制存儲(chǔ)器的微地址,根據(jù)微要訪問控制存儲(chǔ)器的微地址,根據(jù)微地址寄存器的內(nèi)容就可以找到馬上要地址寄存器的內(nèi)容就可以找到馬上要取出執(zhí)行的微指令。取出執(zhí)行的微指令。2.2.工作過程工作過程2.2.工作過程工作過程(1 1)取機(jī)器指令)取機(jī)器指令CMCM取指取指微指令微指令I(lǐng)RIR微命令字段微命令字段譯碼器譯碼器微命令微命令主存主存機(jī)器指令機(jī)器指令I(lǐng)RIR 微地址微地址形成電路形成電路 IRPS PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)
28、器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列取指微指令:取機(jī)器指令的微指令。取指微指令:取機(jī)器指令的微指令。公用的,放在控存的某一個(gè)固定單元。公用的,放在控存的某一個(gè)固定單元。(2 2)轉(zhuǎn)微程序入口)轉(zhuǎn)微程序入口IRIR操作碼操作碼微地址形微地址形成電路成電路入口入口ARAR微命令字段微命令字段CMCM首條微指令首條微指
29、令(3 3)執(zhí)行首條微指令)執(zhí)行首條微指令I(lǐng)RIRIRIR譯碼器譯碼器 微地址微地址形成電路形成電路 IRPS PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列 IR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列 微地址微地址形成電路形成電路 IR微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)
30、器微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段微命令微命令操作部件操作部件(4 4)取后續(xù)微指令)取后續(xù)微指令微地址字段微地址字段現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)微地址形微地址形成電路成電路后續(xù)微地址后續(xù)微地址ARARCMCM后續(xù)微指令后續(xù)微指令I(lǐng)RIR 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器
31、 微地址微地址形成電路形成電路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段PS微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微地址寄存器微地址寄存器(5 5)執(zhí)行后續(xù)微指令)執(zhí)行后續(xù)微指令同(同(3 3) 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段PS微地址寄存器微地址寄存器微地址寄
32、存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微地址寄存器微地址寄存器(6 6)返回)返回微程序執(zhí)行完,返回微程序執(zhí)行完,返回CMCM ( (存放存放取指微指令取指微指令的的固定單元固定單元) )。機(jī)器指令的讀取與執(zhí)行:機(jī)器指令的讀取與執(zhí)行: 一條機(jī)器指令的讀取與執(zhí)行就是其對應(yīng)的一段微一條機(jī)器指令的讀取與執(zhí)行就是其對應(yīng)的一段微程序的讀取與執(zhí)行,可以分為程序的讀取與執(zhí)行,可以分為4步:步: (1) 從從CM中讀取中讀取“取指微指令取指微指令”并執(zhí)行,該微并執(zhí)行,該微指令的執(zhí)行就完成從主存取出一條機(jī)器指令(公操指令的執(zhí)行就完成從主存取出一條機(jī)器指令(公操作)。作)。 (2) 由取出的機(jī)器指令的由取
33、出的機(jī)器指令的操作碼操作碼,經(jīng),經(jīng)“微地址形微地址形成電路成電路”,產(chǎn)生,產(chǎn)生 該指令對應(yīng)的該指令對應(yīng)的微程序的入口地址微程序的入口地址。 (3)由該入口地址,)由該入口地址,逐條取出微指令執(zhí)行逐條取出微指令執(zhí)行,產(chǎn)生,產(chǎn)生該機(jī)器指令的執(zhí)行所需要的微操作命令序列。該機(jī)器指令的執(zhí)行所需要的微操作命令序列。 (4) 該段微程序執(zhí)行結(jié)束,又該段微程序執(zhí)行結(jié)束,又回到回到“取指微指取指微指令令”,開始下一條機(jī)器指令的取指與執(zhí)行。,開始下一條機(jī)器指令的取指與執(zhí)行。直接控制法直接控制法例例. . 某微指令某微指令不需譯碼,產(chǎn)生微命令的速度快;不需譯碼,產(chǎn)生微命令的速度快;信息的表示效率低。信息的表示效率低
34、。 C C0 0 R W R W1 1 11 1 1C C0=0=0 0 進(jìn)位初值為進(jìn)位初值為0 01 1 進(jìn)位初值為進(jìn)位初值為1 1R R= =0 0 不讀不讀1 1 讀讀0 0 不寫不寫1 1 寫寫W W= =微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。舉例說明舉例說明隨著命令的增多占據(jù)微指令的空間就比較多。所以,隨著命令的增多占據(jù)微指令的空間就比較多。所以,這種直接控制法它表示的命令很少,表示效率低。這種直接控制法它表示的命令很少,表示效率低。為了提高信息表示效率就應(yīng)該采用編碼的方法。為了提高信息表示效率就應(yīng)該采用編碼的方法。字段直接編碼法字段直接編碼法
35、微命令由字段編碼直接給出。微命令由字段編碼直接給出。譯碼器譯碼器譯碼器微指令寄存器微命令微命令微命令操作控制字段順序控制字段各字段都可以獨(dú)立地定義本字段的微命令,而和各字段都可以獨(dú)立地定義本字段的微命令,而和其他字段無關(guān)。這種方法縮短了微指令字,因此其他字段無關(guān)。這種方法縮短了微指令字,因此得到了廣泛的應(yīng)用。得到了廣泛的應(yīng)用。字段間接編碼法字段間接編碼法例例. . C C = C A C A 設(shè)置解釋位或解釋字段設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位解釋位1 1 A A為某類命令為某類命令0 0 A A為常數(shù)為常數(shù) 以上介紹了幾種在微程序編制中常用的一些以上介紹了幾種在微程序編制中常用的一些微指令的編碼方
36、法。它的基本思想是:要使微指微指令的編碼方法。它的基本思想是:要使微指令編碼比較簡單,但是還要能夠表示豐富的含義。令編碼比較簡單,但是還要能夠表示豐富的含義。指令操作碼指令操作碼 1.1.微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成 微程序入口微程序入口 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移(1 1)一級功能轉(zhuǎn)移)一級功能轉(zhuǎn)移各操作碼的位置、位數(shù)固定,一次轉(zhuǎn)換成功。各操作碼的位置、位數(shù)固定,一次轉(zhuǎn)換成功。 入口地址入口地址= =頁號(hào),操作碼頁號(hào),操作碼 執(zhí)行機(jī)器指令要找到它對應(yīng)的微程序段,首先要獲得這執(zhí)行機(jī)器指令要找到它對應(yīng)的微程序段,首先要獲得這段微程序的入口地址,而入口地址是由這條機(jī)器指令的段微程序的入口地址,而
37、入口地址是由這條機(jī)器指令的操作碼操作碼轉(zhuǎn)換而成的。這種轉(zhuǎn)換我們稱為轉(zhuǎn)換而成的。這種轉(zhuǎn)換我們稱為功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移。只轉(zhuǎn)換一次就可以由機(jī)器指令操作碼獲得微程序的只轉(zhuǎn)換一次就可以由機(jī)器指令操作碼獲得微程序的入口地址。入口地址。 拼裝方法:把微程序的入口地址放在拼裝方法:把微程序的入口地址放在同一個(gè)頁面區(qū)間,就可以把同一個(gè)頁面區(qū)間,就可以把頁面的頁頁面的頁號(hào)作為入口地址的高位部分號(hào)作為入口地址的高位部分,而把,而把機(jī)機(jī)器指令的操作碼作為入口地址的低位器指令的操作碼作為入口地址的低位部分部分,這樣兩個(gè)部分拼裝起來就可以,這樣兩個(gè)部分拼裝起來就可以得到一個(gè)完整的入口地址。得到一個(gè)完整的入口地址。例例. .
38、 機(jī)器指令機(jī)器指令1 0F(8 0F(8位位) ) 入口地址入口地址= =00000FH 0FH CM機(jī)器指令機(jī)器指令2 10(8 10(8位位) ) 入口地址入口地址= =000010H 10H 000F000F00100010無條件轉(zhuǎn)無條件轉(zhuǎn) 微地址微地址1 1微地址微地址1 1微程序微程序1 1無條件轉(zhuǎn)無條件轉(zhuǎn) 微地址微地址2 2微地址微地址2 2微程序微程序2 2 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移0 0頁頁當(dāng)我們獲得機(jī)器指令當(dāng)我們獲得機(jī)器指令1的微程序段的第一條微指令的微程序段的第一條微指令之后還要轉(zhuǎn)到后續(xù)的微程序段去,因此之后還要轉(zhuǎn)到后續(xù)的微程序段去,因此000F這個(gè)這個(gè)單元里放的
39、微指令應(yīng)該是一條轉(zhuǎn)移微指令。單元里放的微指令應(yīng)該是一條轉(zhuǎn)移微指令。也就是說,當(dāng)執(zhí)行這條微指令之后就要無條件轉(zhuǎn)到也就是說,當(dāng)執(zhí)行這條微指令之后就要無條件轉(zhuǎn)到微地址微地址1上去,在這個(gè)區(qū)間里放的程序段各條微指上去,在這個(gè)區(qū)間里放的程序段各條微指令用來具體完成機(jī)器指令令用來具體完成機(jī)器指令1的有關(guān)操作。的有關(guān)操作。之所以要轉(zhuǎn)移是因?yàn)橹砸D(zhuǎn)移是因?yàn)闄C(jī)器指令的操作碼機(jī)器指令的操作碼是連續(xù)的是連續(xù)的,既然用機(jī)器指令的操作碼來,既然用機(jī)器指令的操作碼來作為入口地址的低位部分,那么指令系作為入口地址的低位部分,那么指令系統(tǒng)所有的微程序段的入口地址都是連續(xù)統(tǒng)所有的微程序段的入口地址都是連續(xù)的,那么這些入口地
40、址對應(yīng)的起始地址的,那么這些入口地址對應(yīng)的起始地址必定都是無條件轉(zhuǎn)移微指令。必定都是無條件轉(zhuǎn)移微指令。約定:把入口地址集中放在控存的約定:把入口地址集中放在控存的0號(hào)頁面號(hào)頁面(2 2)二級功能轉(zhuǎn)移)二級功能轉(zhuǎn)移各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定,各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定,需兩需兩次轉(zhuǎn)換。次轉(zhuǎn)換。 分類轉(zhuǎn):分類轉(zhuǎn): 指令類型標(biāo)志指令類型標(biāo)志 區(qū)分指令類型區(qū)分指令類型 功能轉(zhuǎn):功能轉(zhuǎn): 指令操作碼指令操作碼 區(qū)分操作類型區(qū)分操作類型 分類轉(zhuǎn):在一個(gè)指令系統(tǒng)中,在同類操作分類轉(zhuǎn):在一個(gè)指令系統(tǒng)中,在同類操作中指令操作碼位置、位數(shù)都是相同的。中指令操作碼位置、位數(shù)都是相同的。 功能轉(zhuǎn):在同類指
41、令中再轉(zhuǎn)到相應(yīng)不同操作功能轉(zhuǎn):在同類指令中再轉(zhuǎn)到相應(yīng)不同操作(3 3)用可編程邏輯陣列)用可編程邏輯陣列PLAPLA實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址入口地址 1 1 PLAPLA IR IR入口地址入口地址 2 2 2.2.后續(xù)微地址的形成后續(xù)微地址的形成 (1 1)增量方式)增量方式以順序執(zhí)行為主,輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。以順序執(zhí)行為主,輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。 把轉(zhuǎn)移有關(guān)的條件統(tǒng)統(tǒng)都送到一個(gè)可編碼譯碼的邏輯器把轉(zhuǎn)移有關(guān)的條件統(tǒng)統(tǒng)都送到一個(gè)可編碼譯碼的邏輯器件,叫做件,叫做可編程邏輯陣列可編程邏輯陣列,從這個(gè)邏輯的輸出端就可以,從這個(gè)邏輯的輸出端就可以獲得相應(yīng)的入口地址,這樣入口地址形成就比較方
42、便。獲得相應(yīng)的入口地址,這樣入口地址形成就比較方便。順序:順序:現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址+1+1。 跳步:跳步:現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址+2+2。 無條件轉(zhuǎn)移:無條件轉(zhuǎn)移:現(xiàn)行微指令現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。給出轉(zhuǎn)移微地址。 CMAA+1A+2BB條件轉(zhuǎn)移:條件轉(zhuǎn)移:現(xiàn)行微指令給現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。 B 轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件 CC( (條件滿足條件滿足) )( (條件不滿足條件不滿足) )轉(zhuǎn)微子程序:轉(zhuǎn)微子程序:現(xiàn)行微指令現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。給出微子程序入口。 轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件 C DD微子程序微子程序返回微主程序:返回微主程序:現(xiàn)行微指現(xiàn)行微指令給出寄存器
43、號(hào)。令給出寄存器號(hào)。 A+1RR增量方式增量方式優(yōu)點(diǎn):后續(xù)微地址形成簡單。優(yōu)點(diǎn):后續(xù)微地址形成簡單。缺點(diǎn):只能實(shí)現(xiàn)微程序的兩類分支轉(zhuǎn)缺點(diǎn):只能實(shí)現(xiàn)微程序的兩類分支轉(zhuǎn)移,不能靈活的實(shí)現(xiàn)微程序的多路分移,不能靈活的實(shí)現(xiàn)微程序的多路分支轉(zhuǎn)移。支轉(zhuǎn)移。微指令微指令 給定后續(xù)微地址給定后續(xù)微地址高位部分高位部分 (2 2)斷定方式)斷定方式由直接給定和測試斷定相結(jié)合形成微地址。由直接給定和測試斷定相結(jié)合形成微地址。 給定部分給定部分 斷定條件斷定條件指明后續(xù)微地址低位部分的形成方式,指明后續(xù)微地址低位部分的形成方式,不是低位微地址本身不是低位微地址本身 例例. .微指令微指令 D D(給定)(給定) A
44、 A(條件)(條件)2位位位數(shù)可變位數(shù)可變微地址微地址1010位,位, 約定:約定:A=A=01011010微地址低微地址低4 4位為操作碼,位為操作碼,D D給定高給定高 位;位;微地址低微地址低3 3位為機(jī)器指令目的尋址方式位為機(jī)器指令目的尋址方式微地址低微地址低3 3位為機(jī)器指令源尋址方式位為機(jī)器指令源尋址方式6 67 71111編碼,編碼,D D給定高給定高 位;位;編碼,編碼,D D給定高給定高 位。位。7 716路路分支分支8路分支路分支8路分支路分支 在現(xiàn)行微指令執(zhí)行結(jié)束以后,它可以在多個(gè)后續(xù)微地址之間進(jìn)行選擇,而不是兩個(gè)微在現(xiàn)行微指令執(zhí)行結(jié)束以后,它可以在多個(gè)后續(xù)微地址之間進(jìn)行
45、選擇,而不是兩個(gè)微地址,也就是說它的后續(xù)微地址是可以變化的。地址,也就是說它的后續(xù)微地址是可以變化的。 為了既使它能靈活的選擇,又能減少選擇的范圍,往往使后續(xù)微地址分成兩個(gè)部分,為了既使它能靈活的選擇,又能減少選擇的范圍,往往使后續(xù)微地址分成兩個(gè)部分,一個(gè)部分是給定的(不能變化),另一部分(少數(shù)幾位)可以變化。一個(gè)部分是給定的(不能變化),另一部分(少數(shù)幾位)可以變化。5.2.4 微程序控制方式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用微程序控制方式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用1.1.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) (1 1)設(shè)計(jì)規(guī)整,設(shè)計(jì)效率高;)設(shè)計(jì)規(guī)整,設(shè)計(jì)效率高;(2 2)易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能;)易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能;(3 3)結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡
46、潔,可靠性高;)結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡潔,可靠性高;(4 4)性價(jià)比高。)性價(jià)比高。2.2.缺點(diǎn)缺點(diǎn) (1 1)速度慢)速度慢訪存頻繁訪存頻繁轉(zhuǎn)移較多轉(zhuǎn)移較多(2 2)執(zhí)行效率不高)執(zhí)行效率不高3.3.應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 用于速度要求不高、功能較復(fù)雜的機(jī)器中。用于速度要求不高、功能較復(fù)雜的機(jī)器中。特別適用于系列機(jī),因?yàn)橄盗袡C(jī)涉及到指令系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展,特別適用于系列機(jī),因?yàn)橄盗袡C(jī)涉及到指令系統(tǒng)的不斷擴(kuò)展,可以通過改寫微程序很容易實(shí)現(xiàn)??梢酝ㄟ^改寫微程序很容易實(shí)現(xiàn)。未充分發(fā)揮數(shù)據(jù)通路本身具未充分發(fā)揮數(shù)據(jù)通路本身具有的并行能力。本來微程序有的并行能力。本來微程序包含命令較多,使數(shù)據(jù)通路包含命令較多,使數(shù)據(jù)通路并
47、行程度能夠得到很好體現(xiàn)。并行程度能夠得到很好體現(xiàn)。但為了簡化微程序編制,就但為了簡化微程序編制,就使一條微指令包含的命令不使一條微指令包含的命令不是很多。是很多。5.3.1.5.3.1.寄存器設(shè)置寄存器設(shè)置 1. 1.通用寄存器通用寄存器計(jì)算機(jī)為了減少訪問存儲(chǔ)器的次數(shù),提高運(yùn)算速度,在計(jì)算機(jī)為了減少訪問存儲(chǔ)器的次數(shù),提高運(yùn)算速度,在CPUCPU內(nèi)部設(shè)置大量的通用寄存器,少則幾個(gè),多達(dá)上百個(gè)。內(nèi)部設(shè)置大量的通用寄存器,少則幾個(gè),多達(dá)上百個(gè)。 2. 2.專用寄存器專用寄存器程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器PCPC指令寄存器指令寄存器IR:IR:存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PSW
48、PSW主存地址寄存器主存地址寄存器MARMAR:接受來自:接受來自PCPC的指令地址,或的指令地址,或來自地址形成部件的操作數(shù)地址。來自地址形成部件的操作數(shù)地址。主存數(shù)據(jù)寄存器主存數(shù)據(jù)寄存器MDRMDR:用來存放來自主存的讀出數(shù):用來存放來自主存的讀出數(shù)據(jù)或?qū)懭胫鞔娴臄?shù)據(jù)。據(jù)或?qū)懭胫鞔娴臄?shù)據(jù)。5.3.2.CPU5.3.2.CPU數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)為了使數(shù)據(jù)傳送控制簡單、集中,采用為了使數(shù)據(jù)傳送控制簡單、集中,采用以以ALUALU為中心的總線結(jié)構(gòu)為中心的總線結(jié)構(gòu)。 1. 1.組成組成包括四個(gè)部分:包括四個(gè)部分:ALUALU部件、寄存器組、內(nèi)總線、部件、寄存器組、內(nèi)總線、CPUCPU與系統(tǒng)總
49、與系統(tǒng)總線的連接線的連接所有數(shù)據(jù)都要送所有數(shù)據(jù)都要送ALU,經(jīng)過算邏部件對,經(jīng)過算邏部件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,然后要處理的進(jìn)行這些數(shù)據(jù)進(jìn)行收集,然后要處理的進(jìn)行處理,不處理的就直接傳送出去,再把處理,不處理的就直接傳送出去,再把它送到總線上,由總線把算邏部件處理它送到總線上,由總線把算邏部件處理的結(jié)果送到目的地址去。的結(jié)果送到目的地址去。數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu):主要討論數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu):主要討論數(shù)據(jù)在CPUCPU內(nèi)部寄存內(nèi)部寄存器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件之間的傳送,以及器和算術(shù)邏輯運(yùn)算部件之間的傳送,以及CPUCPU和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的一些情況。和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的一些情況??刂七壿嫞嚎刂破骺刂七壿嫞嚎刂破魑?/p>
50、命令發(fā)生器微命令發(fā)生器控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB內(nèi)總線內(nèi)總線 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制邏輯邏輯 2. 2.特點(diǎn)特點(diǎn) R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB內(nèi)總線內(nèi)總線 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制邏輯邏輯 (4)CPU(4)CPU內(nèi)部與外部的連接:內(nèi)部與外部的連接:CPUCPU與系統(tǒng)總線與系統(tǒng)總線的連接通過的連接通過MARM
51、AR、MDRMDR實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)。 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB內(nèi)總線內(nèi)總線 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制邏輯邏輯 3.3.各類信息傳送途徑各類信息傳送途徑M M(1 1)指令信息)指令信息DBDBIRIR(2 2)地址信息)地址信息 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB內(nèi)總線內(nèi)總線 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制邏輯邏輯 1 1)指令地址)指令地址2 2)指令地址加)指令地址加1 1PCPC打入打入A AALUALU移移內(nèi)內(nèi)MARMARPCPCA AALUALU移移內(nèi)內(nèi)PCPCC C0 0打入打入 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B
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