第五章中央處理機

1、任課教師：任課教師：葉曉霞葉曉霞廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院計算機系廣東海洋大學(xué)信息學(xué)院計算機系E-mail:計算機組成原理計算機組成原理第5章 中央處理器 5.1 CPU5.1 CPU的組成和功能的組成和功能5.7 5.7 流水流水CPUCPU5.25.2 指令周期指令周期5.8 RISC CPU5.8 RISC CPU5.3 5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式5 5.4 .4 微程序控制器微程序控制器5.5 5.5 硬布線控制器硬布線控制器 當代主流計算機所遵循的仍然是當代主流計算機所遵循的仍然是馮馮. .諾依諾依曼曼的的“存儲程序、程序控制存儲程序、程序控制”思想思想 程序告訴計算

2、機：程序告訴計算機：應(yīng)該逐步執(zhí)行什么操作；應(yīng)該逐步執(zhí)行什么操作；在什么地方找到用來操作的數(shù)據(jù)，結(jié)果存到何在什么地方找到用來操作的數(shù)據(jù)，結(jié)果存到何處處等等 中央處理器中央處理器是控制計算機自動完成取出指是控制計算機自動完成取出指令和執(zhí)行指令任務(wù)的部件。令和執(zhí)行指令任務(wù)的部件。 它是計算機的核心部件，通常簡稱為它是計算機的核心部件，通常簡稱為CPU（Central Processing Unit）5.1 CPU的功能和組成的功能和組成5.1.1 CPU的功能的功能 指令控制指令控制 保證機器按程序規(guī)定的順序取出指令執(zhí)行保證機器按程序規(guī)定的順序取出指令執(zhí)行 操作控制操作控制 CPUCPU產(chǎn)生每條指令

3、所對應(yīng)的操作信號，并把各種操作信號送產(chǎn)生每條指令所對應(yīng)的操作信號，并把各種操作信號送往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作往相應(yīng)的部件，從而控制這些部件按指令的要求進行動作 時間控制時間控制 對各種操作的實施時間進行定時對各種操作的實施時間進行定時 數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)加工 對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯運算處理5.1.2 CPU5.1.2 CPU的基本組成的基本組成 控制器控制器完成對整個計算機系統(tǒng)操作的完成對整個計算機系統(tǒng)操作的協(xié)調(diào)與指揮協(xié)調(diào)與指揮。 (1) (1) 控制機器從內(nèi)存中控制機器從內(nèi)存中取出一條指令取出一條指令，并指出下一條指令在，并指出下一條指令

4、在內(nèi)存中的位置；內(nèi)存中的位置； (2) (2) 對指令進行對指令進行譯碼譯碼，并，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，送往相，送往相應(yīng)的部件，啟動規(guī)定的動作；應(yīng)的部件，啟動規(guī)定的動作； (3) (3) 指揮并控制指揮并控制CPUCPU、內(nèi)存與輸入、內(nèi)存與輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）設(shè)備之間數(shù)據(jù)）設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向流動的方向 運算運算器器是數(shù)據(jù)加工處理部件，所進行的全部操作由是數(shù)據(jù)加工處理部件，所進行的全部操作由控制器發(fā)出的控制信號指揮?？刂破靼l(fā)出的控制信號指揮。 (1)(1)執(zhí)行所有的算術(shù)運算；執(zhí)行所有的算術(shù)運算； (2)(2)執(zhí)行所有的邏輯運算，并進行邏輯測試執(zhí)行所有

5、的邏輯運算，并進行邏輯測試l CacheCache分為指令分為指令CacheCache和數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)CacheCache，是主存部分內(nèi)容的副本。，是主存部分內(nèi)容的副本。5.1.35.1.3CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器 1.1. 數(shù)據(jù)緩沖寄存器（數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DRDR）暫時存放由內(nèi)存讀出或?qū)懭氲闹噶罨驍?shù)據(jù)字暫時存放由內(nèi)存讀出或?qū)懭氲闹噶罨驍?shù)據(jù)字2.2. 指令寄存器（指令寄存器（IRIR）保存當前正在執(zhí)行的一條指令保存當前正在執(zhí)行的一條指令3.3. 程序計數(shù)器（程序計數(shù)器（PCPC）確定下一條指令的地址確定下一條指令的地址4.4. 地址寄存器（地址寄存器（ARAR）保存當前保存當前CP

6、UCPU所訪問的數(shù)據(jù)所在內(nèi)存單元的地址所訪問的數(shù)據(jù)所在內(nèi)存單元的地址5.5. 累加寄存器（累加寄存器（ACAC）最常使用的一個通用寄存器（為最常使用的一個通用寄存器（為ALU提供工作區(qū)）提供工作區(qū)）6.6. 狀態(tài)條件寄存器（狀態(tài)條件寄存器（PSWPSW）保存由算術(shù)和邏輯指令的結(jié)果建立的各種條件碼保存由算術(shù)和邏輯指令的結(jié)果建立的各種條件碼CPUCPU的基本模型的基本模型5.1.4 5.1.4 操作控制器與時序產(chǎn)生器操作控制器與時序產(chǎn)生器 操作控制器操作控制器在各寄存器之間建立在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路（傳送（傳送信息的通路）信息的通路）操作控制器的功能操作控制器的功能: : 就是根據(jù)指令

7、操作碼和時序信號，就是根據(jù)指令操作碼和時序信號，產(chǎn)生各種操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從產(chǎn)生各種操作控制信號，以便正確地建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。而完成取指令和執(zhí)行指令的控制。操作控制器分為操作控制器分為2 2種種：1. 硬布線控制器：采用時序邏輯技術(shù)實現(xiàn)硬布線控制器：采用時序邏輯技術(shù)實現(xiàn)2. 微程序控制器：采用存儲邏輯來實現(xiàn)微程序控制器：采用存儲邏輯來實現(xiàn)時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器產(chǎn)生并發(fā)出計算機所需要的時序控制產(chǎn)生并發(fā)出計算機所需要的時序控制信號，即對各種操作信號實施時間上的控制。信號，即對各種操作信號實施時間上的控制。5.2 指令周期指令周期讀取指令讀取指令指令地址

8、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)容送入指令寄存器讀主存，讀出內(nèi)容送入指令寄存器分析指令分析指令按指令規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行指令按指令規(guī)定內(nèi)容執(zhí)行指令不同指令的操作步驟數(shù)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無，則轉(zhuǎn)入下一條指令的執(zhí)行過程若無，則轉(zhuǎn)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 指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程取指令執(zhí)行指令5.2.1 5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念 指令周期指令周期 : : CPUCPU從內(nèi)存取出一條指令并執(zhí)行完從內(nèi)存取出一條指令并執(zhí)行完這條指令的時間總和這條指

9、令的時間總和 CPU CPU周期周期 : 又稱又稱機器周期機器周期（總線周期總線周期），），CPUCPU訪問訪問內(nèi)存所花的時間較長，因此用內(nèi)存所花的時間較長，因此用CPUCPU從內(nèi)存讀取一條指令從內(nèi)存讀取一條指令字的所需的最短時間來定義字的所需的最短時間來定義 時鐘周期時鐘周期 : : 通常稱為通常稱為節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖或或T T周期周期。一個。一個CPUCPU周期包含若干個時鐘周期周期包含若干個時鐘周期T T 相互關(guān)系相互關(guān)系： 1 1個指令周期個指令周期 = = 若干個若干個CPUCPU周期周期 1 1個個CPUCPU周期周期 = = 若干若干T T周期周期 取指時間執(zhí)行指令時間取指時間執(zhí)行

10、指令時間取指時間取指時間指令周期指令周期 CPU CPU周期周期 時鐘周期時鐘周期 任何一條指令任何一條指令 ，指令周期至少需要兩個，指令周期至少需要兩個CPUCPU周期周期 。020 020 CLACLA；累加器清；累加器清0 0021 021 ADD 30ADD 30；（ACAC）+ +（3030）ACAC022 022 STA 40STA 40；（ACAC）(40)(40)023 023 NOPNOP； 空操作空操作024 024 JMP 21JMP 21； 21 21 PC PC 030 000 006030 000 006; ; 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 040 040 存和數(shù)存和數(shù); ; 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

11、5 5條條典型指令構(gòu)成的簡單程序典型指令構(gòu)成的簡單程序一個一個CPU周期周期一個一個CPU周期周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段開始開始取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼執(zhí)行指令執(zhí)行指令取下條指取下條指令令PC+15.2.2 CLA指令的指令周期指令的指令周期020 CLA；累加器清；累加器清0取出取出CLA指令指令算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器狀態(tài)條件寄存器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC地址寄存器地址寄存器AR地址總線地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBUS累加器累加器AC緩沖寄存器緩沖寄存器DRCPUALU指令寄存器指令寄存器IR指令譯碼器指令譯碼器操作控制器操作控制

12、器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器時鐘時鐘狀態(tài)狀態(tài)反饋反饋取指取指控制控制執(zhí)行執(zhí)行控制控制cccc+1000 0202021222324303140CLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 020CLACLA000 021算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器狀態(tài)條件寄存器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC地址寄存器地址寄存器AR地址總線地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBUS累加器累加器AC緩沖寄存器緩沖寄存器DRCPUALU指令寄存器指令寄存器IR指令譯碼器指令譯碼器操作控制器操作控制器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器時鐘時鐘狀態(tài)狀態(tài)反饋反饋取指取指控制控制執(zhí)行執(zhí)行控制控制cccc+120212

13、22324303140CLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 020CLACLA000 021000 000執(zhí)行執(zhí)行CLA指令指令5.2.3ADD指令的指令周期 一個CPU周期 一個CPU周期取指令階段取指令階段執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段開始開始取指令取指令PC+1對指令對指令譯碼譯碼送操作送操作數(shù)地址數(shù)地址取下條指取下條指令令PC+1取出操取出操作數(shù)作數(shù)執(zhí)行加執(zhí)行加操作操作一個CPU周期021 ADD 30；（；（AC）+（30）AC算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器狀態(tài)條件寄存器程序計數(shù)器PC地址寄存器AR地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線DBUS累加器AC緩沖寄存器

14、DRCPUALU指令寄存器IR指令譯碼器指令譯碼器操作控制器操作控制器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器時鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+12021222324303140CLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 021ADDADD 30000 021000 022000 030000 0060+6=6000 006取出并執(zhí)行取出并執(zhí)行ADD指令指令5.2.4STA指令的指令周期指令的指令周期 022 STA 40；（；（AC）(40)算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器狀態(tài)條件寄存器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC地址寄存器地址寄存器AR地址總線地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線D

15、BUS累加器累加器AC緩沖寄存器緩沖寄存器DRCPUALU指令寄存指令寄存器器IR指令譯碼器指令譯碼器操作控制器操作控制器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器時鐘時鐘狀態(tài)狀態(tài)反饋反饋取指取指控制控制執(zhí)行執(zhí)行控制控制cccc+120212223243040CLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 022STASTA 40000 022000 023000 040000 006000 006000 006取出并執(zhí)行取出并執(zhí)行STA指令指令5.2.5 NOP指令和指令和JMP指令的指令周期指令的指令周期023 NOP ； 空操作空操作 024 JMP 21； 21 PC算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏

16、輯單元狀態(tài)條件寄存器狀態(tài)條件寄存器程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC地址寄存器地址寄存器AR地址總線地址總線ABUS數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線DBUS累加器累加器AC緩沖寄存器緩沖寄存器DRALU指令寄存器指令寄存器IR指令譯碼器指令譯碼器操作控制器操作控制器時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器時鐘時鐘狀態(tài)狀態(tài)反饋反饋取指取指控制控制執(zhí)行執(zhí)行控制控制cccc+120212223243040CLAADD 30STA 40NOPJMP 21000 006000 024JMP 21JMP 21000 024000 021000 006000 006000 025000 021取出并執(zhí)行取出并執(zhí)行JMP指令指令5.2.7 用方框圖語言表

17、示指令周期 在進行計算機設(shè)計時，可以采用方框圖語言來表示指令周在進行計算機設(shè)計時，可以采用方框圖語言來表示指令周期。一個方框代表一個期。一個方框代表一個CPU周期，方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)周期，方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)通路的操作或某種控制操作。菱形符號表示某種判別或測通路的操作或某種控制操作。菱形符號表示某種判別或測試，時間上依附于緊接它的前面一個方框的試，時間上依附于緊接它的前面一個方框的CPU 周期。周期。“”符號表示一條指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入公操作。符號表示一條指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入公操作。 所有指令的取指周期都是一個所有指令的取指周期都是一個CPU周期，但執(zhí)行周期因為周期，但執(zhí)行周期因為每條指

18、令的功能不同而各不相同。每條指令的功能不同而各不相同。 框圖中框圖中DBUS數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線，ABUS(D)數(shù)存地址總線，數(shù)存地址總線，ABUS(I)指存地址總線，指存地址總線，RD(D)數(shù)存讀命令，數(shù)存讀命令，WE(D)數(shù)存數(shù)存寫命令，寫命令，RD(D)指存讀命令指存讀命令 5條典型指令方框圖條典型指令方框圖如下所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，如下所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，IR為指令寄存器，為指令寄存器，PC為為程序計數(shù)器程序計數(shù)器(具有自增功能具有自增功能)，M為主存為主存(受受R/W信號控制信號控制)，AR為地址寄存為地址寄存器，器，DR為數(shù)據(jù)緩沖寄存器，為數(shù)據(jù)緩沖寄存器， AL

19、U由加、減控制信號決定完成何種操作，由加、減控制信號決定完成何種操作，控制信號控制信號G控制的是一個門電路。另外，線上標注有小圈表示有控制信號，控制的是一個門電路。另外，線上標注有小圈表示有控制信號，例中例中yi表示表示y寄存器的輸入控制信號，寄存器的輸入控制信號，R1o為寄存器為寄存器R1的輸出控的輸出控制信號，未標字符的線為直通線，不受控制。制信號，未標字符的線為直通線，不受控制。 (1)“ADD R2，R0”指令完成指令完成(R0)+(R2)R0的功能操作，畫出其指令的功能操作，畫出其指令 操作流程圖，假設(shè)該指令的地址已放入操作流程圖，假設(shè)該指令的地址已放入PC中。并列出相應(yīng)的微操作中。

20、并列出相應(yīng)的微操作 控制信號序列?？刂菩盘栃蛄小?(2)“SUB R1，R3”指令完成指令完成(R3)-(R1)R3的操作，畫出其指令操作的操作，畫出其指令操作流程圖，并列出相應(yīng)的微操作控制信號序列。流程圖，并列出相應(yīng)的微操作控制信號序列。 解：解：譯碼譯碼PCO，G ，ARiDRO ，G ，IRi R / W = 0 (讀讀)R2O ，G ，Yi R0O , G , Xi +, G, R0i PCAR等待讀等待讀 PC+1 DRIR R2Y R0X R/W（讀）（讀）R0+R2 R0譯碼譯碼 PCAR等待讀等待讀 PC+1 DRIR R3Y R1X R/W（讀）（讀）R3-R1 R3R3O

21、，G ，Yi R1O , G , Xi , G, R0i 例：例：參見下圖數(shù)據(jù)通路，畫出數(shù)據(jù)指參見下圖數(shù)據(jù)通路，畫出數(shù)據(jù)指令令“STA (R2) R1”的指令操作流程圖，的指令操作流程圖，其含義是將寄存器其含義是將寄存器R1的內(nèi)容傳送至的內(nèi)容傳送至（R2）為地址的貯存單元中。標出）為地址的貯存單元中。標出各微操作信號序列。各微操作信號序列。解：解：譯碼譯碼PCO，G ，ARiDRO ，G ，IRi R / W = 0 (讀讀)R2O ，G ，ARi R1O , G , DRi R / W = 1 (寫寫) PCAR等待讀等待讀 PC+1 DRIR R2AR R1DR 等待寫等待寫 R/W（讀）

22、（讀） R/W（寫）（寫）5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 用二進制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那么用二進制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那么CPU是怎樣識別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢是怎樣識別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢? 從時間上來說從時間上來說: 取指令事件發(fā)生在指令周期的第一取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個個CPU周期中，即發(fā)生在周期中，即發(fā)生在“取指令取指令”階段，而取數(shù)據(jù)階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令周期的后面幾個事件發(fā)生在指令周期的后面幾個CPU周期中，即發(fā)生周期中，即發(fā)生在在“執(zhí)行指令執(zhí)行指令”階段。階段。 從空間上來說從空間上來說: 如果取出的代碼是指令，那么一定如

23、果取出的代碼是指令，那么一定經(jīng)經(jīng)DR送往指令寄存器送往指令寄存器IR，如果取出的代碼是數(shù)據(jù)，那，如果取出的代碼是數(shù)據(jù)，那么一定送往么一定送往運算器運算器。 時間控制對計算機來說是非常重要的！時間控制對計算機來說是非常重要的！思考思考n時序部件時序部件作用作用：用來產(chǎn)生執(zhí)行機器指令過程中的各種時序信號，用來產(chǎn)生執(zhí)行機器指令過程中的各種時序信號， 在各條不同指令的不同機器周期的不同節(jié)拍中應(yīng)產(chǎn)在各條不同指令的不同機器周期的不同節(jié)拍中應(yīng)產(chǎn) 生什么微操作控制信號是由指令操作流程圖嚴格地生什么微操作控制信號是由指令操作流程圖嚴格地 規(guī)定的，所以時序部件實質(zhì)上只需要產(chǎn)生各個機器規(guī)定的，所以時序部件實質(zhì)上只需

24、要產(chǎn)生各個機器 周期中的節(jié)拍信息。周期中的節(jié)拍信息。n時序信號時序信號：它由時序信號產(chǎn)生器產(chǎn)生，類似它由時序信號產(chǎn)生器產(chǎn)生，類似“作息時間作息時間”的東的東 西，西， 使計算機可以準確、迅速、有條不紊地工作。使計算機可以準確、迅速、有條不紊地工作。就利用定時脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條就利用定時脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條 理、有節(jié)奏地指揮機器的動作，規(guī)定在這個脈理、有節(jié)奏地指揮機器的動作，規(guī)定在這個脈 沖到來沖到來 時做什么，在那個脈沖到來時又做什么，給計算機各時做什么，在那個脈沖到來時又做什么，給計算機各 部分提供工作所需的時間標志。部分提供工作所需的時間標志。5.3.1時序信號的

25、作用和體制時序信號的作用和體制 計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標志，而且需要采計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標志，而且需要采用多級時序體制。而時間標志則用用多級時序體制。而時間標志則用時序信號時序信號來體來體現(xiàn)。時序信號最基本的體制是現(xiàn)。時序信號最基本的體制是電位電位- -脈沖脈沖制。制。 硬布線控制器硬布線控制器中，時序信號往往采用中，時序信號往往采用主狀態(tài)周主狀態(tài)周期期- -節(jié)拍電位節(jié)拍電位- -節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖三級體制。三級體制。主狀態(tài)周期（指令周期）：主狀態(tài)周期（指令周期）：包含若干個節(jié)拍周期，可以用一個觸發(fā)器包含若干個節(jié)拍周期，可以用一個觸發(fā)器的狀態(tài)持續(xù)時間來表示的狀態(tài)持續(xù)時間來表示節(jié)拍電位（機

26、器周期）：節(jié)拍電位（機器周期）：表示一個表示一個CPU 周期的時間，包含若干個節(jié)周期的時間，包含若干個節(jié)拍脈沖拍脈沖節(jié)拍脈沖（時鐘周期）：節(jié)拍脈沖（時鐘周期）：表示較小的時間單位表示較小的時間單位 微程序控制器微程序控制器中，時序信號則一般采用中，時序信號則一般采用節(jié)拍電節(jié)拍電位位- -節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖二級體制。二級體制。節(jié)拍脈沖節(jié)拍電位1主狀態(tài)周期主狀態(tài)周期節(jié)拍電位2主狀態(tài)周期主狀態(tài)周期-節(jié)拍電位節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖數(shù)據(jù)準備好后，以電位的方式送觸發(fā)器數(shù)據(jù)準備好后，以電位的方式送觸發(fā)器控制信號來到后，用一個脈沖信號把數(shù)據(jù)裝入觸發(fā)器控制信號來到后，用一個脈沖信號把數(shù)據(jù)裝入觸發(fā)器數(shù)據(jù)：電位數(shù)

27、據(jù)：電位控制信號：脈沖控制信號：脈沖節(jié)拍電位節(jié)拍電位-節(jié)拍脈沖節(jié)拍脈沖RD WE T1 T2 T3 T4 RD WE T1 T2 T3 T4RDWR提供頻率穩(wěn)定且電平匹配的方波時鐘提供頻率穩(wěn)定且電平匹配的方波時鐘脈沖信號，由石英晶體振蕩器組成脈沖信號，由石英晶體振蕩器組成產(chǎn)生一組有序的間隔相產(chǎn)生一組有序的間隔相等或不等的脈沖序列等或不等的脈沖序列啟動停機5.3.2時序信號產(chǎn)生器 啟停控制邏輯啟?？刂七壿嫻?jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯環(huán)形脈沖發(fā)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器時鐘脈沖源時鐘脈沖源只有通過啟停邏輯部件將機只有通過啟停邏輯部件將機器啟動起來，時序部件才開器啟動起來，時序部件才

28、開始產(chǎn)生節(jié)拍信息（節(jié)拍電位始產(chǎn)生節(jié)拍信息（節(jié)拍電位和節(jié)拍脈沖），以控制全機和節(jié)拍脈沖），以控制全機開始工作。開始工作。DCPQRSDCQQ 當當R端端有效有效時時(即為低即為低)，將，將觸發(fā)器觸發(fā)器置置0當當S端端有效有效時，將時，將觸發(fā)器觸發(fā)器置置1當當R、S都無效都無效且且CP在在上升沿上升沿時，時， 將將信息從信息從D打入觸發(fā)器打入觸發(fā)器5.3.3控制方式 控制不同操作序列時序信號的方法叫做控制器的控制方式控制不同操作序列時序信號的方法叫做控制器的控制方式1. 1. 同步控制方式同步控制方式已定的指令在執(zhí)行時所需的已定的指令在執(zhí)行時所需的CPU周期（機器周期）數(shù)和時鐘周期（機器周期）數(shù)和

29、時鐘周期數(shù)都固定不變。例如采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不周期數(shù)都固定不變。例如采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令，同的指令，特點特點:時序關(guān)系簡單時序關(guān)系簡單,但以犧牲速度為代價但以犧牲速度為代價.2. 2. 異步控制方式異步控制方式控制器發(fā)出某一操作控制信號后，等待執(zhí)行部件完成操作后控制器發(fā)出某一操作控制信號后，等待執(zhí)行部件完成操作后發(fā)發(fā)“回答回答”信號，再開始新的操作。用這種方式形成的操作控信號，再開始新的操作。用這種方式形成的操作控制序列沒有固定的制序列沒有固定的CPU周期數(shù)（節(jié)拍電位）或嚴格的時鐘周期周期數(shù)（節(jié)拍電位）或嚴格的時鐘周期（節(jié)拍脈沖）與之同步。（節(jié)拍脈沖）與之同步。

30、特點特點:無時間浪費無時間浪費,但時序控制比較復(fù)但時序控制比較復(fù)雜雜.3. 3. 聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式 同步控制和異步控制相結(jié)合的方式同步控制和異步控制相結(jié)合的方式CPU周期周期取指周期取指周期CPU周期周期取源數(shù)取源數(shù)CPU周期周期取目標數(shù)取目標數(shù)CPU周期周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期P0P1P2W0W1完全同步控制方式W0W1Wi第第N條指令條指令結(jié)束應(yīng)答結(jié)束應(yīng)答W0W1Wj第第N+1條指令條指令結(jié)束應(yīng)答結(jié)束應(yīng)答啟動啟動下一條下一條W0W1Wk第第N+2條指令條指令結(jié)束應(yīng)答結(jié)束應(yīng)答異步控制方式啟動啟動下一條下一條i、j、k不一定相等不一定相等一般采用兩條定時控制線：一般采用兩條定時控制線：“請

31、求請求”線和線和“回答回答”線線5.4 微程序控制器微程序控制器 微程序控制器同硬布線控制器相比較，具有微程序控制器同硬布線控制器相比較，具有規(guī)規(guī)整性整性、靈活性靈活性、可維護性可維護性等一系列優(yōu)點等一系列優(yōu)點 它利用它利用軟件方法軟件方法（微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)）來設(shè)計硬件）來設(shè)計硬件 微程序控制的微程序控制的基本思想基本思想就是把操作控制信號編成就是把操作控制信號編成所謂的所謂的“微指令微指令”，存放到一個只讀存儲器里（控，存放到一個只讀存儲器里（控制存儲器制存儲器CM）。當機器運行時，一條又一條地讀）。當機器運行時，一條又一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機所需要的各種操作控出這些微

32、指令，從而產(chǎn)生全機所需要的各種操作控制信號，使相應(yīng)部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。制信號，使相應(yīng)部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。1、微命令和微操作、微命令和微操作 處理器內(nèi)部可以分為：處理器內(nèi)部可以分為：控制部件控制部件和和執(zhí)行部件執(zhí)行部件微命令：微命令：控制部件控制部件向向執(zhí)行部件執(zhí)行部件發(fā)出的控制命令發(fā)出的控制命令微操作：微操作：執(zhí)行部件執(zhí)行部件接受接受微命令微命令后所進行的操作后所進行的操作（微操作在執(zhí)行部件中是最基本的操作）（微操作在執(zhí)行部件中是最基本的操作）微指令微指令：實現(xiàn)一定操作功能的一組微命令：實現(xiàn)一定操作功能的一組微命令微程序微程序：實現(xiàn)一條機器指令功能的微指令序列：實現(xiàn)一條機器指令功能的微指令

33、序列指令系統(tǒng)所有指令，指令微程序指令系統(tǒng)所有指令，指令微程序微程序若干微指令，微指令一組微命令微程序若干微指令，微指令一組微命令微命令微命令微操作微操作機器指令與微指令機器指令與微指令 程序機器指令機器指令1機器指令機器指令2機器指令機器指令i機器指令機器指令n.微指令微指令2微指令微指令1微指令微指令i微指令微指令n.微程序微操作 微操作在執(zhí)行部件中是最基本的操作，可分為兩種微操作在執(zhí)行部件中是最基本的操作，可分為兩種: 相容性相容性的微操作：指在同時或同一個的微操作：指在同時或同一個CPU周期內(nèi)可以并行周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微操作。執(zhí)行的微操作。 相斥性相斥性的微操作：指不能在同時或不能在同

34、一個的微操作：指不能在同時或不能在同一個CPU周期周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。 在簡單運算器模型中，在簡單運算器模型中，R1、R2、R3三個寄存器通過多路三個寄存器通過多路開關(guān)輸入開關(guān)輸入ALU,ALU的結(jié)果可以同時送往三個寄存器。多的結(jié)果可以同時送往三個寄存器。多路開關(guān)的每個開關(guān)門有控制器中相應(yīng)的微命令（路開關(guān)的每個開關(guān)門有控制器中相應(yīng)的微命令（4、5、6、7、8、9）來控制，）來控制，R1R2R3的時鐘輸入端由的時鐘輸入端由1、2、3加以加以控制。假定只有控制。假定只有+、-、M（傳送）三種操作。則（傳送）三種操作。則1、2、3是相容的微操作可以同時進行，是相容的微操作可以

35、同時進行，4、6、8是相斥的微操作。是相斥的微操作。簡單運算器數(shù)據(jù)通路圖2、微指令和微程序 微指令的基本格式由兩部分組成：微指令的基本格式由兩部分組成： 操作控制部分：用來發(fā)出管理和指揮全集工作的操作控制部分：用來發(fā)出管理和指揮全集工作的控制信號，每一位表示一個微命令?？刂菩盘?，每一位表示一個微命令。 順序控制部分：用來確定產(chǎn)生下一條微指令的地順序控制部分：用來確定產(chǎn)生下一條微指令的地址。址。 微指令格式舉例微指令格式舉例微程序控制器組成：主要由微程序控制器組成：主要由控制存儲器控制存儲器、微指令寄存器、微指令寄存器（微地址寄存器微地址寄存器和和微命令寄存器）微命令寄存器）及及地址轉(zhuǎn)移邏輯地址

36、轉(zhuǎn)移邏輯三大部三大部分組成。分組成?？刂拼鎯ζ骺刂拼鎯ζ鰿M: 用來存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它用來存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀存儲器。一旦微程序固化，機器運行時則只讀不是一種只讀存儲器。一旦微程序固化，機器運行時則只讀不寫。其工作過程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；寫。其工作過程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；接著又讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令接著又讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令。讀出。讀出一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令周期。一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令周期?？刂拼鎯ζ鞯淖珠L就是微指令字的長度，其存儲容量視機器

37、控制存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量視機器指令系統(tǒng)而定，即取決于微程序的數(shù)量。對控制存儲器的要指令系統(tǒng)而定，即取決于微程序的數(shù)量。對控制存儲器的要求是速度快，讀出周期要短。求是速度快，讀出周期要短。 用來存放由控制存儲器讀出的一條微命令信用來存放由控制存儲器讀出的一條微命令信息。息。微程序出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時，自動修改微地址。微程序出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時，自動修改微地址。“十進制加法十進制加法”指令：用指令：用BCD碼完成十進制的加法運算。碼完成十進制的加法運算。壓縮的壓縮的BCD碼：用碼：用 4 位二進制數(shù)表示位二進制數(shù)表示 1 位十進制數(shù)位十進制數(shù) 例：例：( 59 )10 ( 0101 1001 )

38、BCD非壓縮的非壓縮的BCD碼：用碼：用 8 位二進制數(shù)表示位二進制數(shù)表示 1 位十進制數(shù)位十進制數(shù) 例：例：( 59 )10 ( 0000 0101 0000 1001 )BCD數(shù)字的數(shù)字的 ASCII 碼是一種碼是一種 非壓縮的非壓縮的 BCD 碼（高碼（高4位沒有意義）位沒有意義） DIGIT ASCII BCD030H0011 0000131H0011 0001232H0011 0010 939H0011 10014、微程序舉例采用采用BCD碼后，在二數(shù)相加的和數(shù)小于等于碼后，在二數(shù)相加的和數(shù)小于等于9時，十進制運算的結(jié)果是正確的；時，十進制運算的結(jié)果是正確的；而當二數(shù)相加的和數(shù)大于而

39、當二數(shù)相加的和數(shù)大于9時，結(jié)果不正確，必須加時，結(jié)果不正確，必須加6修正后才能得到正確結(jié)果。修正后才能得到正確結(jié)果。十進制加法指令十進制加法指令19 壓縮壓縮BCD: 0001 1001 27 0010 0001 + 110 + 08 + 0000 1000 (0010 0111)BCD AF=1 16 壓縮壓縮BCD: 0001 0110 30 0010 1010 + 110 + 14 + 0001 0100 (0011 0000)BCD 十進制加法微程序 假定指令存放在指存中，數(shù)據(jù)假定指令存放在指存中，數(shù)據(jù)a,b及常數(shù)及常數(shù)6已存放在已存放在R1、R2、R3三個寄存器中，因此完成十進制加法

40、的微程序中，三個寄存器中，因此完成十進制加法的微程序中，執(zhí)行周期要求先進行執(zhí)行周期要求先進行a+b+6運算，然后判斷結(jié)果有無進位：運算，然后判斷結(jié)果有無進位： 當進位標志當進位標志Cy=1,不減不減6； 當當Cy=0，減去，減去6，從而獲得正確結(jié)果。，從而獲得正確結(jié)果。例例：跟：跟據(jù)下列微程序流程圖和微指令的格式，請設(shè)計十進據(jù)下列微程序流程圖和微指令的格式，請設(shè)計十進制加法指令制加法指令“ADD R2,R1”的微程序。的微程序。微程序流程圖微程序流程圖：微指令的格式：微指令的格式：解：解： 該十進制加法指令的微程序為：該十進制加法指令的微程序為：0000 0000 0000 1111 1000

41、1 00000 00000101 0010 0100 0000 00000 00000 1001 0100 0100 11000000 00000 10000 0000 0100 0100 1001 0000 00000 00000 0000(10)(01)5、CPU周期與微指令周期的關(guān)系 在串行方式的微程序控制器中，微指令周期等于在串行方式的微程序控制器中，微指令周期等于讀出微指令的時間加上執(zhí)行該條微指令的時間。讀出微指令的時間加上執(zhí)行該條微指令的時間。為了保證整個機器控制信號的同步，可以將一個為了保證整個機器控制信號的同步，可以將一個微指令周期時間設(shè)計得恰好和微指令周期時間設(shè)計得恰好和CP

42、U周期時間相等。周期時間相等。 比如，一個比如，一個CPU周期包含四個節(jié)拍脈沖周期包含四個節(jié)拍脈沖T1T4，可用可用T4作為讀取微指令的時間，用作為讀取微指令的時間，用T1+T2+T3時時間作為執(zhí)行微指令的時間。間作為執(zhí)行微指令的時間。程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC地址寄存器地址寄存器AR緩沖寄存器緩沖寄存器DR指令寄存器指令寄存器IR微地址寄存器微地址寄存器AR微指令寄存器微指令寄存器IR主存儲器主存儲器控制存儲器控制存儲器CM微命令微命令地址譯碼器地址譯碼器地址譯碼地址譯碼機器指令級機器指令級微指令級微指令級6、機器指令與微指令的關(guān)系、機器指令與微指令的關(guān)系一條機器指令對應(yīng)一個微程序，微程序由若

43、干條微指令序一條機器指令對應(yīng)一個微程序，微程序由若干條微指令序列組成。前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)。列組成。前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)。5.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù) 如何確定微指令的結(jié)構(gòu)是微程序設(shè)計的關(guān)鍵如何確定微指令的結(jié)構(gòu)是微程序設(shè)計的關(guān)鍵 設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)追求的目標：（設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)追求的目標：（1）有利于縮短）有利于縮短微指令字長度；（微指令字長度；（2）有利于減少控制存儲器的）有利于減少控制存儲器的容量；（容量；（3）有利于提高微程序的執(zhí)行速度；（）有利于提高微程序的執(zhí)行速度；（4）有利于對微指令的修改；（有利于對微指令的修改；（5）有利于提高微程）

44、有利于提高微程序設(shè)計的靈活性。序設(shè)計的靈活性。 1、微命令編碼、微命令編碼 就是對微指令中的操作控制字段采用的表示方法。就是對微指令中的操作控制字段采用的表示方法。通常有以下三種方法：通常有以下三種方法：1、微命令編碼 （1）直接表示法（不譯法）直接表示法（不譯法）：特點是操作控制字段中的：特點是操作控制字段中的每一位代表一個微命令。優(yōu)點：簡單直觀，其輸出直接用每一位代表一個微命令。優(yōu)點：簡單直觀，其輸出直接用于控制；缺點：微指令字較長，使控制存儲器容量較大。于控制；缺點：微指令字較長，使控制存儲器容量較大。 （2）編碼表示法編碼表示法：把一組相斥性的微命令信號組成一個：把一組相斥性的微命令信

45、號組成一個小組（即一個字段），然后通過小組譯碼器對每一個微命小組（即一個字段），然后通過小組譯碼器對每一個微命令信號進行譯碼，譯碼輸出作為操作控制信號。優(yōu)點：可令信號進行譯碼，譯碼輸出作為操作控制信號。優(yōu)點：可使微指令字長大大縮短；缺點：由于增加譯碼電路，使微使微指令字長大大縮短；缺點：由于增加譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度稍稍減慢。程序的執(zhí)行速度稍稍減慢。 （3）混合表示法混合表示法：把直接表示法與字段編碼法混合使用。：把直接表示法與字段編碼法混合使用。2、微地址的形成方法 （1）計數(shù)器法：計數(shù)器法：在順序執(zhí)行微指令時，后繼微地址由現(xiàn)行在順序執(zhí)行微指令時，后繼微地址由現(xiàn)行微地址加上一個增量來產(chǎn)

46、生；發(fā)生轉(zhuǎn)移時使現(xiàn)行微指令執(zhí)微地址加上一個增量來產(chǎn)生；發(fā)生轉(zhuǎn)移時使現(xiàn)行微指令執(zhí)行后轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定后繼微地址的下一條微指令。這種方法行后轉(zhuǎn)去執(zhí)行指定后繼微地址的下一條微指令。這種方法中微地址寄存器改為計數(shù)器，順序執(zhí)行的微指令序列必須中微地址寄存器改為計數(shù)器，順序執(zhí)行的微指令序列必須安排在控制存儲器的連續(xù)單元中。安排在控制存儲器的連續(xù)單元中。優(yōu)點：微指令的順序控優(yōu)點：微指令的順序控制字段較短，微地址產(chǎn)生機構(gòu)簡單；制字段較短，微地址產(chǎn)生機構(gòu)簡單；缺點：多路轉(zhuǎn)移功能缺點：多路轉(zhuǎn)移功能弱，速度慢，靈活性差。弱，速度慢，靈活性差。 （2）多路轉(zhuǎn)移方式：多路轉(zhuǎn)移方式：按順序控制字段給出的按順序控制字段給出的“

47、判別測試判別測試”標志和標志和“狀態(tài)條件狀態(tài)條件”信息來選擇轉(zhuǎn)移分支。信息來選擇轉(zhuǎn)移分支?！盃顟B(tài)條件狀態(tài)條件”有有n位標志，可實現(xiàn)微程序位標志，可實現(xiàn)微程序2n路轉(zhuǎn)移。路轉(zhuǎn)移。優(yōu)點：能以較短的順優(yōu)點：能以較短的順序控制字段配合，實現(xiàn)多路并行轉(zhuǎn)移，靈活性好，速度較序控制字段配合，實現(xiàn)多路并行轉(zhuǎn)移，靈活性好，速度較快?？?。缺點：轉(zhuǎn)移地址邏輯需要用組合邏輯方法設(shè)計。缺點：轉(zhuǎn)移地址邏輯需要用組合邏輯方法設(shè)計。舉例微地址寄存器有微地址寄存器有6位（位（A5-A0）,當需要修改其內(nèi)容時，可通過某一位當需要修改其內(nèi)容時，可通過某一位觸發(fā)器的強置端觸發(fā)器的強置端S將其置將其置“1”?，F(xiàn)有三種情況?，F(xiàn)有三種情況

48、：（1）執(zhí)行）執(zhí)行“取指取指”微指令后，微程序按微指令后，微程序按IR的的OP字段（字段（IR3-IR0）進行）進行16路分支；路分支；（2）執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進位標志）執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進位標志C的狀態(tài)進行的狀態(tài)進行2路分支；路分支；（3）執(zhí)行控制臺指令微程序時，按）執(zhí)行控制臺指令微程序時，按IR4,IR5的狀態(tài)進行的狀態(tài)進行4路分支。請按路分支。請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。解：我們知道，微地址的形成由解：我們知道，微地址的形成由“判別測試判別測試”標志和標志和“狀態(tài)條件狀態(tài)條件”信信息來選擇，在考慮時間（假設(shè)在息來選擇，在考慮時間

49、（假設(shè)在T4上升沿修改）。設(shè)有三個判別測試上升沿修改）。設(shè)有三個判別測試為為P1、P2、P3，分別對應(yīng)狀態(tài)條件（，分別對應(yīng)狀態(tài)條件（IR3-IR0）、）、C、(IR5-IR4)。則轉(zhuǎn)。則轉(zhuǎn)移邏輯表達式為：移邏輯表達式為： A5=P3IR5T4 A4=P3IR4T4 A3=P1IR3T4 A2= P1IR2T4 A1= P1IR1T4 A0= P1IR0T4+P2CT4斷定方式 為了實現(xiàn)多路分支，將微地址的若干低位作為可斷定的部為了實現(xiàn)多路分支，將微地址的若干低位作為可斷定的部分，高位部分直接給定，相應(yīng)地在微指令的順序控制字段分，高位部分直接給定，相應(yīng)地在微指令的順序控制字段中設(shè)置或注明斷定條件

50、。中設(shè)置或注明斷定條件。給定部分給定部分 斷定條件斷定條件高位部分高位部分 低位部分低位部分微指令微指令微地址微地址 比如，微地址有比如，微地址有10位，斷定條件位，斷定條件A有有2位，給定部分字段的位數(shù)由位，給定部分字段的位數(shù)由斷定條件確定。設(shè)：斷定條件確定。設(shè)： A=01-低位字段為操作碼（有低位字段為操作碼（有操作碼有操作碼有4位，則給定位，則給定6位，可實位，可實現(xiàn)現(xiàn)16路分支）路分支） A=10-為源尋址方式（若有為源尋址方式（若有3位則可實現(xiàn)位則可實現(xiàn)8路分支）路分支） A=11-為目的尋址方式為目的尋址方式微指令根據(jù)編譯方法不同分成微指令根據(jù)編譯方法不同分成水平型水平型和和垂直型

51、垂直型兩種格式兩種格式（1）：是指能是指能并行產(chǎn)生多個微命令并行產(chǎn)生多個微命令的微指令，的微指令，又有直接控制和編碼控制兩種具體格式又有直接控制和編碼控制兩種具體格式的的水平型微指令水平型微指令的格式：的格式： 的的水平型微指令水平型微指令的格式：的格式： ：是完全是完全仿照機器指令的格式，仿照機器指令的格式，不具有不具有并并行性，行性，即每條微指令即每條微指令只能產(chǎn)生只能產(chǎn)生一、二個微命令一、二個微命令。 可看出：可看出：控制字段控制字段包含包含微操作微操作碼、源部件地址和目標部件地址碼、源部件地址和目標部件地址等三個字段，任何時候只能由微等三個字段，任何時候只能由微操作碼字段經(jīng)譯碼后產(chǎn)生操

52、作碼字段經(jīng)譯碼后產(chǎn)生一個微一個微命令命令C C，它完全，它完全不具有并行性不具有并行性，但，但是由于增設(shè)了源部件地址和目標是由于增設(shè)了源部件地址和目標部件地址字段，使得一個微命令部件地址字段，使得一個微命令可對不同的源和目標部件進行操可對不同的源和目標部件進行操作，這對于作，這對于減少微命令的個數(shù)減少微命令的個數(shù)是是有效的。但是由于每條微指令的有效的。但是由于每條微指令的功能簡單功能簡單，實現(xiàn)一條機器指令對，實現(xiàn)一條機器指令對應(yīng)的微程序就應(yīng)的微程序就要長得多要長得多。這種方。這種方法是采用法是采用較長的微程序較長的微程序結(jié)構(gòu)去換結(jié)構(gòu)去換取取較短的微指令較短的微指令結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。例：某機采用微程序

53、控制方式，已知全機有例：某機采用微程序控制方式，已知全機有50個微命令，個微命令，控制存儲器共控制存儲器共128字，條件測試字段占字，條件測試字段占3位。解答下述問位。解答下述問題：題：(1)若采用直接控制的水平型微指令，請設(shè)計微指令的若采用直接控制的水平型微指令，請設(shè)計微指令的具體格式。具體格式。(2)若采用編碼控制的水平型微指令，已知若采用編碼控制的水平型微指令，已知50個微命令個微命令構(gòu)成構(gòu)成4個相斥類，分別包含個相斥類，分別包含4個、個、18個、個、22個和個和6個微命令，個微命令，其他條件不變，請設(shè)計微指令的具體格式。其他條件不變，請設(shè)計微指令的具體格式。 解：解：(1)由于控制存儲

54、器共由于控制存儲器共128字，則微地址需要位，條件測試字，則微地址需要位，條件測試字段位，采用直接控制的水平型微指令時需控制字段位，字段位，采用直接控制的水平型微指令時需控制字段位，故它的微指令的格式為：故它的微指令的格式為：C1C2 C50 P1 P2 P3微地址微地址(2)若采用編碼控制的水平型微指令若采用編碼控制的水平型微指令,它的微指令的格式為：它的微指令的格式為：3 P1 P2 P3 微地址微地址A組組組組組組組組 例：某例：某32位機共有微操作控制信號位機共有微操作控制信號52個，構(gòu)成個，構(gòu)成5個相斥類的個相斥類的微命令組，微命令組， 各組分別包含各組分別包含4個個, 5個個,8個

55、個, 15個和個和20個微命令。個微命令。已知可判定的外已知可判定的外 部條件有部條件有CY和和ZF兩個，微指令字長兩個，微指令字長29位。位。 (1)給出采用水平型微指令格式。給出采用水平型微指令格式。 (2)控制存儲器的容量應(yīng)為多少位？控制存儲器的容量應(yīng)為多少位？(1)微指令的格式如下所示：微指令的格式如下所示：(2)控存容量為：控存容量為：2829=256 29解解:例例:處理機邏輯框圖中，有兩條獨立的總線和兩個獨立的存儲器。已知指處理機邏輯框圖中，有兩條獨立的總線和兩個獨立的存儲器。已知指令存儲器令存儲器IM最大存儲容量為最大存儲容量為16384字（字長字（字長18位），數(shù)據(jù)存儲器位）

56、，數(shù)據(jù)存儲器DM最大最大存儲容量為存儲容量為65536字（字長字（字長16位）。各寄存器均有位）。各寄存器均有“打入打入”和和“送出送出”控控制命令，但圖中未標注出。寫出下列各寄存器的位數(shù)：制命令，但圖中未標注出。寫出下列各寄存器的位數(shù)：PC； IR；累加寄；累加寄存器存器 AC0和和AC1；通用寄存器；通用寄存器R0R3；IAR；IDR；DAR；DDR。 PC=14位位 IR=18位位AC0=AC1=16位位 R0R3=16位位IAR=14位位 IDR=18位位DAR=16位位 DDR=16位位解解：指令存儲器指令存儲器IM的容量的容量:1638418=21418數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器:655

57、3616=21616 5.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù) 1.1.靜態(tài)微程序設(shè)計靜態(tài)微程序設(shè)計對應(yīng)于一臺計算機的機器指令只有一組微程序，而且這對應(yīng)于一臺計算機的機器指令只有一組微程序，而且這一組微程序設(shè)計好之后，一般無須改變而且也不好改變一組微程序設(shè)計好之后，一般無須改變而且也不好改變2.2.動態(tài)微程序設(shè)計動態(tài)微程序設(shè)計采用采用E E2 2PROMPROM（電擦除可編程只讀存儲器）作為控制存儲（電擦除可編程只讀存儲器）作為控制存儲器，可以通過改變微指令和微程序來改變機器的指令系統(tǒng)器，可以通過改變微指令和微程序來改變機器的指令系統(tǒng)采用動態(tài)微程序設(shè)計，微指令和微程序可以根據(jù)需要加采用動態(tài)微程

58、序設(shè)計，微指令和微程序可以根據(jù)需要加以改變，因而可在一臺機器上以改變，因而可在一臺機器上仿真仿真其它機器指令系統(tǒng)其它機器指令系統(tǒng)5.6硬布線控制器硬布線控制器 硬布線控制器是早期設(shè)計計算機的一種方法，硬布線控制器是早期設(shè)計計算機的一種方法，把控制部件看作為產(chǎn)生專門固定時序控制信號的邏把控制部件看作為產(chǎn)生專門固定時序控制信號的邏輯電路（以輯電路（以使用最少元件和取得最高操作速度使用最少元件和取得最高操作速度為設(shè)為設(shè)計目標）這種邏輯電路是一種由計目標）這種邏輯電路是一種由門電路門電路和和觸發(fā)器觸發(fā)器構(gòu)構(gòu)成的復(fù)雜樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)成的復(fù)雜樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)硬布線控制的優(yōu)點：速度較快；缺點：不容易硬布線控制的優(yōu)點

59、：速度較快；缺點：不容易修改添加新功能修改添加新功能微程序控制的優(yōu)點：具有規(guī)整性、靈活性、可微程序控制的優(yōu)點：具有規(guī)整性、靈活性、可維護性等；缺點：采用存儲程序原理，需要執(zhí)行多維護性等；缺點：采用存儲程序原理，需要執(zhí)行多條微指令，速度較慢條微指令，速度較慢Ci=f(Im,Mi,Tk,Bj)硬布線控制器的指令周期流程圖 在硬連線實現(xiàn)的操作控制器中，通常時序產(chǎn)生器除了產(chǎn)生在硬連線實現(xiàn)的操作控制器中，通常時序產(chǎn)生器除了產(chǎn)生節(jié)拍脈沖信號外，還應(yīng)當產(chǎn)生節(jié)拍電位信號。節(jié)拍脈沖信號外，還應(yīng)當產(chǎn)生節(jié)拍電位信號。 在微程序控制器中，微操作控制信號由微指令產(chǎn)生；而在在微程序控制器中，微操作控制信號由微指令產(chǎn)生；而

60、在硬連線控制器中，某一微操作控制信號由布爾代數(shù)表達式硬連線控制器中，某一微操作控制信號由布爾代數(shù)表達式描述的輸出函數(shù)產(chǎn)生。描述的輸出函數(shù)產(chǎn)生。：LDA 、STA 、ADD、AND、 JMP、JMPZ 、 COM 、HALT ：就是就是根據(jù)指令操作流程圖根據(jù)指令操作流程圖的安排的安排，將將需要產(chǎn)需要產(chǎn) 生生同一個微操作同一個微操作 控制信號的條件控制信號的條件集中起來形集中起來形 成一個邏輯表達式成一個邏輯表達式，顯然該模型機中應(yīng)形成顯然該模型機中應(yīng)形成 20個邏輯表達式，例如：個邏輯表達式，例如： 傳統(tǒng)傳統(tǒng)CPUIntel 8088CPUIntel 8088CPU Intel 8088Inte