計(jì)算機(jī)組成原理第三章3控制器的知識(shí)

3.7CPU模型CPU設(shè)計(jì)步驟：一.擬定指令系統(tǒng)

1.指令格式2.尋址方式3.操作類型二.確定總體結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通路

1.寄存器2.運(yùn)算部件3.總線（1組內(nèi)總線3組系統(tǒng)總線）13.7CPU模型4.傳送路徑1）指令信息的傳送2）地址信息的傳送3）數(shù)據(jù)信息的傳送

5.微命令設(shè)置三.安排時(shí)序四.擬定指令流程和微命令序列。五.形成控制邏輯組：列邏輯式，形成邏輯電路微：按微指令格式編寫(xiě)微程序23.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)一.指令格式

指令字長(zhǎng)16位，采用寄存器型尋址，指令中給出寄存器號(hào)。1.雙操作數(shù)指令格式操作碼寄存器號(hào)尋址方式寄存器號(hào)尋址方式目的地址源地址4333333.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)46332.單操作數(shù)指令格式：操作碼（可擴(kuò)展）寄存器號(hào)尋址方式目的地址3.轉(zhuǎn)移指令格式：151211986543210轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移條件操作碼寄存器號(hào)尋址方式方式

N′Z′V′C′43.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)二.尋址方式CPU可編程訪問(wèn)的寄存器：

編碼尋址方式助記符定義000通用寄存器R、指令計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP、程序狀態(tài)字PSW寄存器尋址R（R）為操作數(shù)001寄存器間址（R）（R）為操作數(shù)地址操作碼寄存器號(hào)尋址方式寄存器號(hào)尋址方式433335編碼尋址方式助記符定義010自減型寄存器間址-(R)-(SP)(R)-1為操作數(shù)地址(SP)-1為棧頂?shù)刂?11立即/自增型寄存器間址(R)+（R）為操作數(shù)地址，訪問(wèn)后(R)+1(SP)+(SP)為棧頂?shù)刂?，出棧?SP)+1(PC)+(PC)為立即數(shù)地址，取數(shù)后(PC)+1操作碼寄存器號(hào)尋址方式寄存器號(hào)尋址方式433336

編碼尋址方式助記符定義直接/自增型雙間址（R）為間接地址，100變址@(R)+PC指向有效地址，(R)+d為有效地址訪問(wèn)后(R)+1@(PC)+訪問(wèn)后(PC)+1101X(R)X(PC)(PC)+d為有效地址110跳步SKP跳過(guò)下條指令執(zhí)行操作碼寄存器號(hào)尋址方式寄存器號(hào)尋址方式4333373.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)三.指令類型操作碼助記符含義用于數(shù)傳、堆棧、I/O操作0000MOV傳送0001ADD加0101EOR異或雙操作數(shù)指令001000110100SUBANDOR減邏輯與邏輯或操作碼寄存器號(hào)尋址方式寄存器號(hào)尋址方式4333383.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)操作碼助記符含義0110COM求反0111NEG求補(bǔ)1011SR右移單操作數(shù)指令100010011010INCDECSL加1減1左移1101JSR轉(zhuǎn)子11001100JMPRST轉(zhuǎn)移返回可視為一條指令900000

543210轉(zhuǎn)移地址無(wú)條件轉(zhuǎn)JMP寄尋方式

N′Z′V′C′0

000

1

無(wú)進(jìn)位轉(zhuǎn)(C=0)0

00

1

0

無(wú)溢出轉(zhuǎn)(V=0)0

0

1

00

數(shù)非零轉(zhuǎn)(Z=0)0

1

000

數(shù)為正轉(zhuǎn)(N=0)1

000

1

有進(jìn)位轉(zhuǎn)(C=1)1

00

1

0

有溢出轉(zhuǎn)(V=1)1

0

1

00

數(shù)為零轉(zhuǎn)(Z=1)1

1

000

數(shù)為負(fù)轉(zhuǎn)(N=1)條件滿足，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移地址；條件不滿足，順序執(zhí)行。103.7.1模型機(jī)指令系統(tǒng)隱含約定：轉(zhuǎn)子時(shí)返回地址壓棧保存程序入口

RSTSP

（SP）+

JSR寄尋方式

N′Z′V′C′

543210113.7.2總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路1.寄存器設(shè)置（1）可編程寄存器（16位）通用寄存器：R0(000)、R1(001)、R2(010)、R3(011)堆棧指針：

SP(100)指令計(jì)數(shù)器：

PC(111)程序狀態(tài)字：

PSW(101)123.7.2總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路（2）非編程寄存器（16位）暫存器C:暫存來(lái)自主存的源地址或源數(shù)據(jù)。暫存器D:暫存來(lái)自主存的目的地址或目的數(shù)。指令寄存器IR:存放現(xiàn)行指令。地址寄存器MAR數(shù)據(jù)寄存器MBR實(shí)現(xiàn)CPU與主存的接口133.7.2總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通路2.運(yùn)算部件的設(shè)置ALU：74181選擇器A選擇器B移位器選擇數(shù)據(jù)來(lái)源：實(shí)現(xiàn)直送、左移、右移、字節(jié)交換3.數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)為了使數(shù)據(jù)傳送控制簡(jiǎn)單、集中，采用以ALU為中心的總線結(jié)構(gòu)。14

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯（1）組成：ALU部件、寄存器組、內(nèi)總線、CPU與系統(tǒng)總線的連接15

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯（2）特點(diǎn)ALU為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通路的中心；寄存器采用內(nèi)總線采用單向數(shù)據(jù)總線(16位)；分立結(jié)構(gòu)；16與系統(tǒng)總線的連接通過(guò)MAR、MBR實(shí)現(xiàn)。MBR輸出輸出至DB輸出至ALU的B門(mén)輸入從內(nèi)總線輸入從DB輸入(打入)(置入)

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯17

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

4.各類信息傳送途徑M（1）指令信息置入DBIR

MDB

IR（2）地址信息18

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

1）指令地址2）指令地址加1

PC

AALU移位器內(nèi)總線MARPC打入AALU移內(nèi)MARPCAALU移內(nèi)PCC0C0打入

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR19

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

3）轉(zhuǎn)移地址

M

IR寄存器尋址：

R0

BALU移位器內(nèi)總線

PCR0打入BALU移內(nèi)PC寄存器間址：R0打入BALU移內(nèi)MARABMDB置入MBRBMARMBR移、內(nèi)PCALU

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR20

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

IR

R0

BALU移位器內(nèi)總線4）操作數(shù)地址寄存器尋址：R0R1寄存器間址：R0打入BALU移內(nèi)MARMAR

R1

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR21

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

變址：

PC

AALU移位器內(nèi)總線MARR0PCAALU移內(nèi)MARABMDB移內(nèi)C

PC

MMMBRMBR

B

CMBRBALU

R0

R0

CALUCAB移內(nèi)MAR22

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯（3）數(shù)據(jù)信息

M

IR

R0

BALU移位器內(nèi)總線1）RR：R0打入BALU移內(nèi)R1DBMDBMBRBMBR移、內(nèi)R2ALU

R12）RM：R0打入BALU內(nèi)MBR3）MR：R2M

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR23

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

M

IR

R0

BALU移位器內(nèi)總線4）MM：M(源)R0MBRMBRDB內(nèi)I/OALU5）RI/O：

C打入DBMBR內(nèi)CALU(計(jì)算目的地址)DBMCALU內(nèi)MBR(目的)R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

AI/O

R0~R3R0~R3

CDCDSPPCPSWMBR

R0~R3R0~R3

CDCDSPPCPSWMBR24

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯

M

IR

R0

BALU移位器內(nèi)總線DBMBRMBRDBDMA方式：I/O6）I/OR打入I/OMBR內(nèi)R0ALUI/O7）I/OMM25

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯5.微命令設(shè)置(1)數(shù)據(jù)通路操作：ALU功能選擇：ALU輸入選擇：輸出移位選擇：結(jié)果分配：R0A、R0B、S3S2S1S0、M、C0DM、SL、SRCPR0、CPC、CPMAR、26(2)訪M、I/O

操作：讀R地址使能EMAR寫(xiě)W置入MBR

SMBR，1MAR向AB送地址000MBR與DB斷開(kāi),MAR與AB斷開(kāi)R=1讀

W=1寫(xiě)置入IR

SIRM

R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBR

A移位器

BALUR2

R0

R1

MI/OCB內(nèi)總線

C

R3

DMARMBR

IR

PC

SPPSWABDB控制邏輯273.8組合邏輯控制方式3.8.1時(shí)序系統(tǒng)一.工作周期劃分取指周期FT用于指令正常執(zhí)行源周期ST目的周期DT執(zhí)行周期ET中斷周期ITDMA周期DMAT用于I/O傳送控制283.8.1時(shí)序系統(tǒng)設(shè)置6個(gè)觸發(fā)器分別作為各周期狀態(tài)標(biāo)志1工作周期開(kāi)始0

工作周期結(jié)束在整個(gè)指令周期中，任何時(shí)候必須、且只能有一個(gè)工作周期狀態(tài)標(biāo)志為“1”。1.取指周期FT從M取出指令送入IR；公共操作修改PC。取指結(jié)束時(shí)，按操作碼和尋址方式(R/非R尋址)轉(zhuǎn)相應(yīng)工作周期。293.8.1時(shí)序系統(tǒng)3.目的周期DT4.執(zhí)行周期ET按尋址方式(非R尋址)形成源地址，從M取出源操作數(shù)，暫存于C。2.源周期ST按尋址方式(非R尋址)形成目的地址，或從M取出目的操作數(shù)，暫存于D。按操作碼完成相應(yīng)操作(傳送、運(yùn)算、取轉(zhuǎn)移地址送入PC、返回地址壓棧保存)；后續(xù)指令地址送入MAR。303.8.1時(shí)序系統(tǒng)5.中斷周期IT關(guān)中斷、保存斷點(diǎn)和PSW、轉(zhuǎn)服務(wù)程序入口。由硬件完成IT指CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，到執(zhí)行中斷服務(wù)程序前。6.DMA周期DMATDMAT指CPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求后，到傳送完一次數(shù)據(jù)。DMA控制器接管總線權(quán)，控制直傳。由硬件完成31控制流程(工作周期轉(zhuǎn)換)

FT雙單轉(zhuǎn)SR

STDR

DT

ET

DMATDMA請(qǐng)求？中斷請(qǐng)求？

ITSRDRYNYN323.8.1時(shí)序系統(tǒng)二.時(shí)鐘周期（節(jié)拍）T1.時(shí)鐘周期時(shí)間：即：1微秒完成一步操作。機(jī)器主要有兩種操作：CPU內(nèi)部、訪問(wèn)主存為簡(jiǎn)化，時(shí)鐘周期（節(jié)拍）的寬度定義為：主存訪問(wèn)周期的時(shí)間。335.5.1時(shí)序系統(tǒng)2.時(shí)鐘周期數(shù)：T=0：本工作周期結(jié)束，新工作周期開(kāi)始。每開(kāi)始一個(gè)新節(jié)拍T計(jì)數(shù)，工作周期結(jié)束時(shí)T清0。如需延長(zhǎng)，發(fā)命令：T+1：表示本工作周期沒(méi)結(jié)束，T繼續(xù)計(jì)數(shù)。一個(gè)工作周期中的時(shí)鐘（節(jié)拍）數(shù)可變。一個(gè)工作周期包含若干節(jié)拍，設(shè)置一個(gè)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)器T表示。343.8.1時(shí)序系統(tǒng)每個(gè)時(shí)鐘結(jié)束時(shí)設(shè)置一個(gè)脈沖。三.工作脈沖PTP打入寄存器進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換（周期狀態(tài)設(shè)置/清除時(shí)鐘T計(jì)數(shù)/清除）353.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表這是控制器的核心。將CPU執(zhí)行指令的工作機(jī)制分為二層：擬定指令流程：確定各工作周期中每拍完成的具體操作（寄存器傳送級(jí)）。列操作時(shí)間表：列出每一步操作所需的微命令及產(chǎn)生條件。363.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表1.取指周期FT（1）進(jìn)入FT的方式和條件初始化時(shí)置入FTFTSRDCQQ總清1程序正常運(yùn)行時(shí)同步打入FT1FTCPFT1FT=ET(1DMAT1IT)DMAT(1DMAT1IT)+IT+373.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表（2）取指流程MIRPC+1PC上述操作占1個(gè)節(jié)拍。383.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表（3）操作時(shí)間表FTCPPCCPT（P）CPFT（P）CPST（P）CPDT（P）CPET（P）PEMAR//讓MAR的內(nèi)存地址輸出到地址總線R//從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線SIR//將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)置入IR，完成MIRPCA//PC的值選入ALU的A端S3S2S1S0MC0//算術(shù)加，低位有進(jìn)位DM//直傳到內(nèi)總線，完成PC+1PC1ST（邏輯式）//決定下一個(gè)工作周期是什么1DT（邏輯式）1ET（邏輯式）FT0393.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表操作時(shí)間表說(shuō)明：1）最左邊一列FT0表示在FT的第1個(gè)節(jié)拍2）第二列表示本拍中應(yīng)發(fā)的電平型微命令，維持1拍，含邏輯式的在條件滿足時(shí)發(fā)。3）最右邊一列表示脈沖型微命令，在表中中下位置，示意是在節(jié)拍快結(jié)束時(shí)發(fā)。2.MOV指令（1）指令流程圖（課本P132)圖3-39）40R(R)-(R)(R)+@(R)+X(R)

SR.DRSR.DRSR.DRSR.DRMIR,PC+1PCRiMARMMBRCRiMARRiMARPCMARRi-1Ri和MARMMBRCMMBRCMMBRCMMBRCRi+1RiRi+1RiPC+1PCCMARC+RiMARMMBRCMMBRCRjMARRjMARRjMARPCMARRj-1Rj和MARRj+1RjRj+1RjPC+1PCMMBRMARMMBRDRiRjRiMBRMBRMPCMARCRjCMBRMBRMMOV指令FTST0ST1ST2ST3ST4DT0DT1DT2DT3ET0ET1ET2D+RjMARR(R)-(R)(R)+@(R)+X(R)

41指令流程舉例：MOVR0，@（R1）+解：FTMIRPC+1PC

ST0R1MAR

ST1MMBRCST2R1+1R1ST3CMAR

ST4MMBRCET0CR0ET1PCMAR（2）操作時(shí)間表42CPCCPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）PEMARRSMBRMBRBS3S2S1S0MDM1ST[（R）V-（R）]1DT[（R）V-（R）]DR1ET[（R）V-（R）]DRT+1[（R）V-（R）]ST1CPMARCPR0[同R0A條件]CPR1[同R1A條件]CPR2[同R2A條件]CPR3[同R3A條件]CPSP[同SPA條件]CPT（P）PR0A[IR5IR4IR3X]R1A[IR5IR4IR3X]R2A[IR5IR4IR3X]R3A[IR5IR4IR3X]SPA[IR5IR4IR3X]PCA[IR5IR4IR3+

X]S3S2S1S0M[-(R)]S3S2S1S0MC0[-(R)]DMT+1ST043ST0：PCPMARCPR0[同R0A條件]CPR1[同R1A條件]CPR2[同R2A條件]CPR3[同R3A條件]CPSP[同SPA條件]CPT（P）ST0：RMARR0A[IR5IR4IR3X]//IR5IR4IR3=000表示R0R1A[IR5IR4IR3X]//同上類似，都不是變址R2A[IR5IR4IR3X]R3A[IR5IR4IR3X]SPA[IR5IR4IR3X]PCA[IR5IR4IR3

+

X]//變址尋址，寄存器為PCS3S2S1S0M[-(R)]//不是自減型寄存器間址S3S2S1S0MC0[-(R)]//是自減型寄存器間址R-1DM//ALU結(jié)果直接送內(nèi)總線T+1

//本工作周期還有下一拍44ST1：PCPCCPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）ST1：MMBRCEMAR//讓MAR內(nèi)的地址送地址總線R//從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線SMBR//將數(shù)據(jù)置入MBRMBRB//將MBR的數(shù)據(jù)選入ALU的BS3S2S1S0M//ALU對(duì)B的數(shù)據(jù)不加工DM//ALU結(jié)果直接送內(nèi)總線1ST[（R）V-（R）]//不是自減/寄存器間址,繼續(xù)ST1DT[（R）V-（R）]DR//是,目的數(shù)不在寄存器,DT1ET[（R）V-（R）]DR//是,目的數(shù)在寄存器,轉(zhuǎn)ETT+1[（R）V-（R）]

//不是,本周期還有下一拍45操作時(shí)間表舉例：ST2Ri+1Ri

CPR0[同R0A條件]CPR1[同R1A條件]CPR2[同R2A條件]CPR3[同R3A條件]CPSP[同SPA條件]CPPC[同PCA條件]CPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）PR0A[IR5IR4IR3X]//IR5IR4IR3=000表示R0R1A[IR5IR4IR3X]//同上類似，都不是變址R2A[IR5IR4IR3X]R3A[IR5IR4IR3X]SPA[IR5IR4IR3X]PCA[IR5IR4IR3

+

X]//變址尋址，寄存器為PCS3S2S1S0MC0//+1DM//ALU結(jié)果直接送內(nèi)總線1ST[I/(R)+]//繼續(xù)ST1DT[I/(R)+]DR//目的數(shù)在內(nèi)存，轉(zhuǎn)DT1ET[I/(R)+]DR//目的數(shù)在寄存器，轉(zhuǎn)ETT+1[I/(R)+]//本工作周期可能還有下一拍ST246操作時(shí)間表舉例：ST3ST3：CMAR或C+RMARCPMARCPT（P）PR0A[IR5IR4IR3X]//IR5IR4IR3=000表示R0R1A[IR5IR4IR3X]//同上類似，都是變址R2A[IR5IR4IR3X]R3A[IR5IR4IR3X]SPA[IR5IR4IR3X]PCA[IR5IR4IR3

X]CB//把操作數(shù)地址從C選到B端S3S2S1S0M[X（R）]//加S3S2S1S0M[X（R）]//不加工DM//ALU結(jié)果直接送內(nèi)總線T+1//本工作周期還有下一拍ST347操作時(shí)間表舉例：ST4MMBRCCPCCPFT（P）CPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPT（P）PEMAR//讓MAR內(nèi)的地址送地址總線R//從內(nèi)存讀數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線SMBR//將數(shù)據(jù)置入MBR

MBRB//將MBR的數(shù)據(jù)選入ALU的BS3S2S1S0M//ALU對(duì)B的數(shù)據(jù)不加工DM//ALU結(jié)果直接送內(nèi)總線1DT[DR]//目的數(shù)不在寄存器,轉(zhuǎn)DT1ET[DR]//目的數(shù)在寄存器,轉(zhuǎn)ETST4483.雙操作數(shù)指令RjMARRjMARRjMARPCMARRj-1Rj和MARRj+1RjRj+1RjPC+1PCDMARMMBRDRiopRjRjRiopDMBRMBRMPCMARSR.DRSR.DRCopRjRjCopDMBRMBRMDT0DT2DT3DT4ET0ET1ET2D+RjMARSR.DRSR.DRR(R)-(R)(R)+@(R)+X(R)

雙操作數(shù)指令流程MMBRDDT1取指取源操作數(shù)MMBRDMMBRDMMBRDMMBRDMMBRD49練習(xí)1.擬出加法指令“ADD@(R0)+，R1”的讀取與執(zhí)行流程。該指令的源操作數(shù)在R1中，而目的操作數(shù)的尋址方式為自增型雙間址方式。50答案解：

FT：M->IR,PC+1->PCDT0:R0->MARDT1:M->MBR->DDT2:R0+1->R0DT3:D->MARDT4:M->MBR->DET0:R1ADDD->MBRET1:MBR->MET2:PC->MARADD@(R0)+，R151練習(xí)2.設(shè)一處理器的數(shù)據(jù)通路圖如課本P124圖3-33所示，整個(gè)數(shù)據(jù)通路采用單向總線結(jié)構(gòu)，寄存器采用獨(dú)立寄存器結(jié)構(gòu)。試根據(jù)此圖擬出：

（1）

MOV(R0)，-(R3

)指令的執(zhí)行流程圖。（2）MOV(R0)，-(R3

)指令的操作時(shí)間表。52答案解:MOV(R0)，-(R3

)（1）FT：M->IR,PC+1->PCST0:R3-1->R3MARST1:M->MBR->CDT0:R0->MARET0:C->MBRET1:MBR->MET2:PC->MAR53答案（2）操作時(shí)間表CPPCCPT（P）CPFT（P）CPST（P）CPDT（P）CPET（P）PEMARR

SIRPCA

S3S2S1S0MC0(A+1)DM1STFT0FT：M->IR,PC+1->PCST0:R3-1->R3MARST1:M->MBR->CDT0:R0->MARET0:C->MBRET1:MBR->MET2:PC->MAR54CPCCPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）PEMARRSMBRMBRBS3S2S1S0M(輸出B)DM1DTST1CPMARCPR3CPT（P）PR3AS3S2S1S0MC0(A-1)DMT+1ST0DT0R0AS3S2S1S0M(輸出A)DM1ETCPMARCPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）PFT：M->IR,PC+1->PCST0:R3-1->R3MARST1:M->MBR->CDT0:R0->MARET0:C->MBRET1:MBR->MET2:PC->MAR55CPT（P）PEMARWT+1ET1CPMBRCPT（P）PCAS3S2S1S0M(輸出A)DMT+1ET0ET2PCAS3S2S1S0M(輸出A)DM1FTCPMARCPST（P）CPDT（P）CPET（P）CPFT（P）CPT（P）PFT：M->IR,PC+1->PCST0:R3-1->R3MARST1:M->MBR->CDT0:R0->MARET0:C->MBRET1:MBR->MET2:PC->MAR564.單操作數(shù)指令單操作數(shù)指令流程ET0ET1ET2opRiRiMBRMPCMARDR

opDMBRDR取指取操作數(shù)DTFT575.轉(zhuǎn)移指令JMP/返回指令RST轉(zhuǎn)移/返回指令流程PCMARPCPCSKPR(R)RST(R)+X(PC)ET0ET1ET2取指PC+1PCMARRiPCMARRiMARRiMARPCMARMMBRPC,MARRi+1RiMMBRPC,MARPC+CPC,MARMMBRCNJPJP、RST586.轉(zhuǎn)子指令JSR轉(zhuǎn)子指令流程取指RiMARRiMARMMBRCMMBRCRi+1RiFTST0ST1ST2ET0ET1ET2PCMARSP-1SP,MARPCMBRMBRMCPC,MARSP-1SP,MARPC+1PCMARPCMBRMBRMRiPC,MARET3PCPCR(R)(R)+

NJSRJSR將返回地址壓棧保存597.中斷周期IT中斷周期流程FT

主程序

INTETiIT11IT,INTAPCMBR0ISP-1SP,MARMBRM向量地址MAR入口地址PC,MAR1FTIT0IT2IT3IT4子程序FT0關(guān)中斷,保存斷點(diǎn)608.DMA周期DMATDMA周期流程FT

主程序DMA請(qǐng)求

DACK1DMAT

與系統(tǒng)總線脫鉤1FTETi恢復(fù)原程序執(zhí)行FTDMAT613.8.2指令流程圖與操作時(shí)間表9.控制臺(tái)操作總清信號(hào)的產(chǎn)生：（1）上電（2）按復(fù)位鍵總清信號(hào)使PC=0、MAR=0、FT=1。0號(hào)單元：JMP指令1號(hào)單元：轉(zhuǎn)移地址（監(jiān)控程序的入口地址）總清信號(hào)導(dǎo)致CPU開(kāi)始執(zhí)行監(jiān)控程序。623.8.3微命令的綜合產(chǎn)生1.微命令邏輯條件的綜合化簡(jiǎn)根據(jù)操作時(shí)間表列出所有微命令，合并優(yōu)化。2.邏輯實(shí)現(xiàn)63作業(yè)設(shè)一處理器的數(shù)據(jù)通路圖如P124所示，整個(gè)數(shù)據(jù)通路采用單向總線結(jié)構(gòu)，寄存器采用獨(dú)立寄存器結(jié)構(gòu)。試根據(jù)此圖擬出:(1)ADDX(R1)，X(R0)指令的執(zhí)行流程圖。(2)ST1的操作時(shí)間表。643.9微程序控制方式有關(guān)術(shù)語(yǔ)及概念1.機(jī)器指令：提供給使用者編制程序的基本單位。用機(jī)器指令編制的工作程序存放在主存儲(chǔ)器中。2.微指令：為實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令中一步操作的微命令組合。用微指令編制的微程序存放在控制存儲(chǔ)器中。3.微命令：構(gòu)成控制信號(hào)序列的最小單位，又稱微信號(hào)。（如同步打入、置位的控制脈沖等）4.微操作：由微命令控制實(shí)現(xiàn)的最基本的操作。（如開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、打入等）65

3.9.1微程序控制基本思想1.若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；3.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。1.若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；CPU的構(gòu)成引入了程序技術(shù)，使設(shè)計(jì)規(guī)整；引入了存儲(chǔ)邏輯，使功能易于擴(kuò)展。663.9.2組成原理

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器CM

譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR67CMμIR

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器

譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段1.主要部件（1）控制存儲(chǔ)器CM功能：存放微程序。CM屬于CPU，不屬于主存儲(chǔ)器。68

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器

譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段CMμIR（2）微指令寄存器μIR功能：存放現(xiàn)行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。(微操作控制字段)(順序控制字段)69

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器

譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段CMμIR（3）微地址形成電路功能：提供兩類微地址。微程序入口地址：由機(jī)器指令操作碼形成。后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運(yùn)行狀態(tài)等形成。702.工作過(guò)程

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器CM

譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令（1）取機(jī)器指令CM取指微指令μIR控制存儲(chǔ)器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列

IR微命令字段譯碼器控制存儲(chǔ)器微命令主存機(jī)器指令微命令字段微地址字段IR譯碼器微命令序列71（2）轉(zhuǎn)微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口μAR微命令字段CM首條微指令

微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令控制存儲(chǔ)器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列

IR控制存儲(chǔ)器微命令字段微地址字段

譯碼器微命令序列微地址形成電路

IR微地址寄存器微地址形成電路控制存儲(chǔ)器微地址寄存器微命令字段微地址字段（3）執(zhí)行首條微指令控制存儲(chǔ)器

譯碼器μIRμIR譯碼器微命令字段微地址字段微命令序列微命令操作部件72微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR（4）取后繼微指令微地址字段現(xiàn)行微地址運(yùn)行狀態(tài)微地址形成電路微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址寄存器后繼微地址μAR微地址形成電路控制存儲(chǔ)器CM后繼微指令μIR微地址寄存器微命令字段微地址字段73（5）執(zhí)行后繼微指令同（3）微地址形成電路

IR

PSW

PC微地址寄存器

μAR控制存儲(chǔ)器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址形成電路微地址寄存器微命令字段微地址字段（6）返回微程序執(zhí)行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。743.9.3微指令的編碼方式一.直接控制法（不譯法）微指令中控制字段的每一位就是一個(gè)微命令。例.某微指令

C0RW111C0=0

進(jìn)位初值為01進(jìn)位初值為1R=0不讀1讀0

不寫(xiě)1寫(xiě)W=不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。微命令字段微地址字段75二.分段直接編譯法（顯示編碼、單重定義）例.對(duì)加法器輸入端進(jìn)行控制。微命令由字段編碼直接給出。微指令中設(shè)置AI字段，控制加法器的輸入選擇。加法器

A

BR0…R3C、DAI3010R2A…001R1

A011R3A微命令分組原則：同類操作中互斥的微命令放同一字段。不能同時(shí)出現(xiàn)76三.分段間接編譯法例.微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。一種字段編碼具有多重定義。C=

C

A

1)設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位1

A為某類命令0A為常數(shù)2)分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志。77（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發(fā)器C=0)I/O方式(觸發(fā)器C=1)1)微指令譯碼與機(jī)器指令譯碼復(fù)合控制全加器運(yùn)算方式控制C=0

QC151617C=1

QC’

JCC’151617通道專用例.DJS-220微指令分兩類。2)微地址參與解釋783.9.4微程序的順序控制方式一.初始微地址的形成

每一種機(jī)器指令由一段對(duì)應(yīng)的微程序解釋執(zhí)行，其入口就是初始微地址。1.取機(jī)器指令由“取機(jī)器指令的微程序”實(shí)現(xiàn)，該微程序可從CM的0號(hào)單元或其它特定單元開(kāi)始。2.功能轉(zhuǎn)移根據(jù)指令代碼轉(zhuǎn)換成微程序段的入口地址，稱為功能轉(zhuǎn)移。793.9.4微程序的順序控制方式（1）一級(jí)功能轉(zhuǎn)移根據(jù)指令操作碼，一次轉(zhuǎn)移到相應(yīng)微程序入口。例.機(jī)器指令MOV0000(4位)入口地址=00000000機(jī)器指令A(yù)DD

0001(4位)入口地址=0000000100H01H無(wú)條件轉(zhuǎn)微地址1微地址1微程序1無(wú)條件轉(zhuǎn)微地址2微地址2微程序2

功能轉(zhuǎn)移

功能轉(zhuǎn)移CM803.9.4微程序的順序控制方式（2）多級(jí)功能轉(zhuǎn)移

先根據(jù)操作碼實(shí)現(xiàn)第一次功能轉(zhuǎn)移后，再根據(jù)尋址方式實(shí)現(xiàn)第二次轉(zhuǎn)移，以尋找操作數(shù)。（3）采用可編程邏輯陣列PLA電路實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址1PLA

IR入口地址2

813.9.4微程序的順序控制方式二.后繼微地址的形成每條微指令執(zhí)行完后，如何形成后繼微地址。1.增量方式順序：現(xiàn)行微地址+1。跳步：現(xiàn)行微地址+2。無(wú)條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。返回微主程序：現(xiàn)行微指令給出寄存器號(hào)。823.9.4微程序的順序控制方式2.斷定方式由直接給定和測(cè)試斷定相結(jié)合形成微地址。微指令（μIR）

給定后繼微地址高位部分

給定部分

斷定條件指明后繼微地址低位部分的形成方式

微命令字段（微操作控制字段）微地址字段（順序控制字段）833.9.4微程序的順序控制方式例1.微指令

D（給定）A（條件）2位位數(shù)可變微地址10位，約定：A=0110微地址低4位為操作碼，D給定高位；微地址低3位為機(jī)器指令目的尋址方式微地址低3位為機(jī)器指令源尋址方式6711編碼，D給定高位；編碼，D給定高位。7843.9.5模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)一.時(shí)序系統(tǒng)P微指令周期

微指令打入μIR控制數(shù)據(jù)通路操作結(jié)果打入目的地，讀取后繼微指令后繼微地址打入μAR853.9.5模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)二.微指令格式按數(shù)據(jù)通路各段操作劃分字段，同類操作中互斥的微命令放同一字段。1.格式(27位)數(shù)據(jù)通路操作

輔助操作

AIBISMC0SZOEMARRWSTSC

33522311124順序控制字段

訪存操作

863.9.5模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)

AIBISMC0SZOEMARRWSTSC

335223111242.各字段功能（P146-P147）（1）數(shù)據(jù)通路操作AI：A輸入選擇

000無(wú)輸入001

RiA010

CA011

DA100

PCAR0～R3、SP、PCBI：

B輸入選擇

000無(wú)輸入001

RiB010

CB011

DB100

MBRBR0～R3、PSW

873.9.5模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)

AIBISMC0SZOEMARRWSTSC

33522311124SM：

ALU功能選擇S3S2S1S0MC0：

初始進(jìn)位選擇S：

移位選擇ZO：

結(jié)果分配001

CPRi

R0～R3、SP、PC、PSW（2）訪存操作EMAR、R、W

（3）輔助操作ST:00

無(wú)操作

01

開(kāi)中斷

10

關(guān)中斷

11

SIR

883.9.5模型機(jī)的微程序設(shè)計(jì)（4）順序控制字段SC增量斷定0000順序執(zhí)行指明微地址形成方式

SC：0001無(wú)條件轉(zhuǎn)移0010