第6章計(jì)算機(jī)的控制器部件

第6章控制器本章知識(shí)點(diǎn)1．控制器的功能、控制器的主要組成2．從控制信號(hào)生成的角度，控制器分類，各自生成信號(hào)的方式3．硬連線控制器主要組成部件4．節(jié)拍發(fā)生器的作用是，節(jié)拍分配遵循的原則5．熟悉指令的執(zhí)行各個(gè)步驟及控制器應(yīng)產(chǎn)生的控制信號(hào)。6．硬連線控制器的特點(diǎn)1.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的指令代碼

控制器的功能就在于:

正確地分步完成每一條指令規(guī)定的功能,

正確且自動(dòng)地連續(xù)執(zhí)行指令;再進(jìn)一步說，就是向計(jì)算機(jī)各功能部件提供協(xié)調(diào)運(yùn)行每條指令的每個(gè)步驟所需要的控制信號(hào)。2.控制器控制的各部件運(yùn)算器部件主存儲(chǔ)器部件總線控制器部件本身控制器設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，在于解決對(duì)運(yùn)算器、控制器的控制！輸入/輸出接口（輸入/輸出設(shè)備）和也包括如何設(shè)計(jì)控制器？涉及的內(nèi)容？3.控制器的設(shè)計(jì)(1)劃分指令執(zhí)行步驟，及每個(gè)步驟的具體操作功能；(2)確定在實(shí)現(xiàn)這些操作時(shí)，相關(guān)功能部件所需的控制信號(hào)；(3)選用何種邏輯線路、什么樣的處理方案，向各部件提供控制信號(hào)。4.每條指令的執(zhí)行步驟—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)，和具體操作內(nèi)容差異很大,

—檢查有無中斷請(qǐng)求若有，則響應(yīng)中斷并轉(zhuǎn)中斷處理若無，則轉(zhuǎn)入下一條指令的執(zhí)行過程形成下一條指令地址R_R類讀寫內(nèi)存類輸入輸出類其他類

可能執(zhí)行一次或多次

是一次讀內(nèi)存操作公共操作公共操作是每一條指令的特定操作5.控制器的組成運(yùn)算器Y15~Y0CZVSD15~D0…ARDRIRPCSPPSW運(yùn)算器的控制信號(hào)+1時(shí)序、控制信號(hào)生成部件內(nèi)部總線ABDBCB各寄存器的控制信號(hào)譯碼內(nèi)存儲(chǔ)器I/O接口+/-1控制器中主要的寄存器IR：存放現(xiàn)行指令，指令從存儲(chǔ)器中取出。PC：存放指令在存儲(chǔ)器中的地址，程序開始執(zhí)行前，將起始地址(第一條指令地址)→PC，PC應(yīng)具有寄存信息和計(jì)數(shù)兩種功能。AR：保存當(dāng)前CPU所訪問內(nèi)存單元地址或IO端口號(hào)。DR：暫時(shí)存放指令或數(shù)據(jù)：一條指令(來自內(nèi)存)，或一個(gè)數(shù)據(jù)字(來自或送往內(nèi)存或外設(shè))CPU與M、I/O之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站，補(bǔ)償速度差別在單累加器結(jié)構(gòu)的運(yùn)算器中，可兼作操作數(shù)寄存器PSW：指示程序工作方式、反映程序運(yùn)行結(jié)果SP：棧頂指針寄存器控制器的組成①程序計(jì)數(shù)器PC

存放指令地址，有增量或接收新值的功能②指令寄存器IR

存放指令內(nèi)容：操作碼與操作數(shù)地址③指令執(zhí)行步驟標(biāo)記線路

指明每條指令的執(zhí)行步驟和相對(duì)次序關(guān)系④控制信號(hào)產(chǎn)生線路給出計(jì)算機(jī)各功能部件協(xié)同運(yùn)行所需要的全部控制信號(hào)主脈沖源與啟?？刂凭€路控制器組成和在整機(jī)中的地位在計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)中，控制器處于指揮控制地位①②③④6.兩種不同類型的控制器

根據(jù)時(shí)序、控制信號(hào)生成部件的組成和運(yùn)行原理的不同，有兩類控制器：硬連線控制器(組合邏輯控制器)：依據(jù)指令及其執(zhí)行步驟通過電子線路直接產(chǎn)生控制信號(hào)（生成法）微程序控制器：事先把所有控制信號(hào)組合存放在存儲(chǔ)器中，再依據(jù)指令執(zhí)行步驟讀出要用到的信號(hào)組合（查表法）兩種控制器對(duì)比組合邏輯微程序相同點(diǎn)功能、控制信號(hào)不同點(diǎn)控制信號(hào)生成部件實(shí)現(xiàn)方式直接用電路實(shí)現(xiàn)事先將控制信號(hào)存儲(chǔ)在控存，需要時(shí)再讀出步驟標(biāo)記實(shí)現(xiàn)方式節(jié)拍下地址性能性能好，擴(kuò)展性、兼容性差，多用于RISC性能差，擴(kuò)展性、兼容性好，多用于CISC控制信號(hào)形成部件節(jié)拍發(fā)生器Timing程序計(jì)數(shù)器PC….控制條件(如狀態(tài)字、外部復(fù)位信號(hào)等)7.組合邏輯控制器的組成指令寄存器IR控制信號(hào)輸出+1輸入：指令操作碼、控制條件（如指令狀態(tài)字、外部reset信號(hào)等）、指令步驟編碼（節(jié)拍）輸出：全部控制信號(hào)主要解決的問題：節(jié)拍轉(zhuǎn)換、控制信號(hào)生成硬連線控制器由程序計(jì)數(shù)器PC、指令寄存器IR、節(jié)拍發(fā)生器Timer和控制信號(hào)產(chǎn)生部件CU4部分組成：PC用于提供待讀出指令在主存儲(chǔ)器中的地址；IR用于保存從主存儲(chǔ)器中讀出的指令內(nèi)容；Timer用于給出并維護(hù)指令執(zhí)行步驟的編碼；控制信號(hào)產(chǎn)生部件用于依據(jù)指令內(nèi)容（在IR中）和指令執(zhí)行所處的操作步驟（Timer提供），用組合邏輯線路產(chǎn)生計(jì)算機(jī)本操作步驟中各個(gè)部件所需要的控制信號(hào)。指令執(zhí)行步驟標(biāo)記:節(jié)拍發(fā)生器一條指令的執(zhí)行時(shí)間被稱為指令周期，一個(gè)指令周期通常由幾個(gè)CPU周期組成。指令的總體功能被分配在這幾個(gè)CPU周期依次完成，每個(gè)周期完成指令的一部分功能。不同指令依據(jù)其功能的復(fù)雜程度，將使用不同數(shù)目的CPU時(shí)鐘，會(huì)造成CPU周期有不同的銜接次序。為此需要設(shè)計(jì)專門的電路，實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘周期的切換和銜接。這個(gè)電路是用觸發(fā)器構(gòu)成的時(shí)序邏輯電路。有的計(jì)算機(jī)又把一個(gè)CPU周期劃分幾個(gè)更小的執(zhí)行步驟,稱其為節(jié)拍。也可以使一個(gè)CPU周期就是一個(gè)節(jié)拍，則可以把實(shí)現(xiàn)CPU周期轉(zhuǎn)換的電路叫做節(jié)拍發(fā)生器（Timer/Timing）。教學(xué)計(jì)算機(jī)TEC-2000的指令是如何被執(zhí)行的？執(zhí)行步驟？各指令所需的控制信號(hào)？各指令在執(zhí)行中如何協(xié)調(diào)多部件？一段小程序若X<10，則將X加10，否則不變。匯編程序如下：(假設(shè)X分配內(nèi)存單元2010)A2000MVRDR0,2010LDRRR1,[R0]MVRDR2,000ACMPR1,R2JRCEXIT(2008)ADDR1,R2EXIT:RET2000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00結(jié)束，判中斷數(shù)據(jù)傳送指令MVRDR0,2010形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)④R0

(AR)(讀內(nèi)存)執(zhí)行當(dāng)前PC=2000H③ARPCPCPC+12000：88002010

2002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00數(shù)據(jù)加載指令LDRRR1,[R0]形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)④R1(AR)(讀內(nèi)存)執(zhí)行當(dāng)前PC=2002H③ARR02000：88002010

2002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00數(shù)據(jù)傳送指令MVRDR2,000A形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)執(zhí)行當(dāng)前PC=2003H③ARPCPCPC+12000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00④R2

(AR)(讀內(nèi)存)數(shù)據(jù)比較指令CMPR1,R2形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)③

R1-R2，更新標(biāo)志位執(zhí)行當(dāng)前PC=2005H2000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00轉(zhuǎn)移指令JRC2008形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)③

PCPC+IRL執(zhí)行當(dāng)前PC=2006H2000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00加法指令A(yù)DDR1,R2形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)③

R1R1+R2執(zhí)行當(dāng)前PC=2007H2000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00返回指令RET形成下條指令地址①ARPCPCPC+1取指②

讀主存：IR(AR)③

ARSPSPSP+1執(zhí)行當(dāng)前PC=2008H2000：880020102002：81102003：8820000A2005：03122006：44012007：00122008：8F00④

PC(AR)(讀內(nèi)存)8.指令執(zhí)行步驟取指2步：①PC(此處為R5)→AR②從內(nèi)存中讀指令→IR執(zhí)行若干步：算術(shù)邏輯運(yùn)算在通用寄存器之間進(jìn)行,1步完成，因?yàn)榧拇嫫鹘M和ALU在同一芯片內(nèi)，已通過2個(gè)鎖存器連接好，ALU的計(jì)算結(jié)果直接送回寄存器組；讀寫存儲(chǔ)器，是在存儲(chǔ)器與通用寄存器之間進(jìn)行，2步完成，首先由ALU計(jì)算出數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址并送到AR

，讀寫數(shù)據(jù)在下一步完成；讀寫IO接口，是在接口與通用寄存器之間進(jìn)行，2步完成，端口地址由指令低8位給出，經(jīng)ALU送到AR，讀寫數(shù)據(jù)在下一步完成；

2次訪問存指令正常需4步完成，有些指令可3步完成。問題一：為什么要將劃分指令執(zhí)行步驟？劃分步驟可以為后面確定各步驟所需要的控制信號(hào)做準(zhǔn)備問題二：各指令的執(zhí)行步驟有什么共性？雖然指令功能不同，但執(zhí)行步驟只有幾種：3、4、5、6步；前兩步均為取指，控制信號(hào)都相同。問題三：取指2步可否合為1步？劃分步驟以什么為依據(jù)？取指要分2步是因?yàn)锳R和IR不能同時(shí)接收。AR得到地址后，存儲(chǔ)器或IO讀寫要一個(gè)延時(shí)；若IR和AR同時(shí)鎖存，鎖入IR的內(nèi)容可能不正確。所以劃分步驟是以寄存器先后鎖存為依據(jù)的。確定不同的步驟所需要的控制信號(hào)，再根據(jù)指令的操作碼，就可以發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。可以用節(jié)拍發(fā)生器發(fā)出信號(hào)來區(qū)分和表示這些不同的步驟指令執(zhí)行步驟劃分依據(jù)9.TEC-2000控制器組成及數(shù)據(jù)通路

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線1①R5經(jīng)A送AR,R5經(jīng)B+0+1(Cin提供)送B

②讀內(nèi)存到IR：中指令送IR0FYMVRDR0,2010取指過程數(shù)據(jù)通路①②取指

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線③ARPCPCPC+1

④讀主存：

R0(AR)D100FYMVRDR0,2010執(zhí)行過程數(shù)據(jù)通路③④執(zhí)行

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線1取指執(zhí)行DADDR0,R1的執(zhí)行過程與數(shù)據(jù)通路R5經(jīng)A送AR,R5經(jīng)B+0+1(Cin提供)送B讀內(nèi)存到IR：(AR)→IRB(R0)+A(R1)→B(R0)，存標(biāo)志輸入指令I(lǐng)N80①ARPC，

PCPC+1取令②

讀主存，IR(AR)④R0(AR)(讀外設(shè))執(zhí)行③ARI/Oport

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線IO端口地址(在IR低位字節(jié))經(jīng)ALU(D+0)送AR，讀外設(shè)(串口)并把D+0送R0執(zhí)行D00IN指令的執(zhí)行過程與數(shù)據(jù)通路調(diào)用子程序指令CALAADR①ARPC，

PCPC+1取指②

讀主存，IR(AR)⑤AR，SPSP-1執(zhí)行③ARPC，

PCPC+1④

讀主存，Q(AR)⑥(AR)PC(將PC寫入內(nèi)存)PC

Q擴(kuò)展指令：LDRXDR,OFFSET[SR]①ARPC，

PCPC+1取令②

讀主存，IR(AR)⑤DR(AR)(再次讀內(nèi)存，得到數(shù)據(jù))執(zhí)行④ARSR+(AR)(讀內(nèi)存，形成地址)③ARPC，

PCPC+1依據(jù)各功能部件本身的組成和運(yùn)行的控制需求來確定各部件所需要的控制信號(hào)10.各部件所需控制信號(hào)①控制器應(yīng)提供的運(yùn)算器控制信號(hào)Y15~Y0

用16個(gè)指示燈顯示結(jié)果D15~D0RAM15Q15RAM0Q0CinCyF=0OverF15運(yùn)算器部件(4片Am2901)A3~0B3~0I8~6

用16個(gè)數(shù)據(jù)開關(guān)提供輸入數(shù)據(jù)CZVSSSHSSTSCII5~3

I2~0SCISSHA口

B口I8~6

I5~3

I2~0

SST通過24位微型開關(guān)提供控制信號(hào)用4個(gè)指示燈顯示狀態(tài)Gal20V8Gal20V8

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線D運(yùn)算器、控制器存儲(chǔ)器、串行口接口讀接口寫存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器寫②讀寫主存儲(chǔ)器或I/O接口控制對(duì)內(nèi)存和I/O接口的讀寫-MRQ/MIO（0：有內(nèi)存或串口讀寫，1：無）

REQ（0：讀寫內(nèi)存，1：讀寫串行口）

/WE（0：寫操作，1：讀操作）000

寫內(nèi)存001

讀內(nèi)存010

寫串口011

讀串口1XX

無內(nèi)存和串口的讀寫操作讀寫主存儲(chǔ)器或I/O接口

對(duì)主存儲(chǔ)器讀寫的控制，分成兩步：

1.傳送主存地址，以選擇讀寫存儲(chǔ)單元；

2.給出讀寫命令，讀操作時(shí)，把讀出數(shù)據(jù)保存起來，寫操作時(shí)，還要給出寫入的數(shù)據(jù)。對(duì)接口電路讀寫的控制，分成兩步：

1.傳送IO端口地址，以選擇讀寫芯片；

2.給出讀寫命令，讀操作時(shí)，把讀出數(shù)據(jù)保存起來，寫操作時(shí)，還要給出寫入的數(shù)據(jù)。③內(nèi)部總線數(shù)據(jù)來源控制

I/O設(shè)備地址總線數(shù)據(jù)總線D運(yùn)算器、控制器存儲(chǔ)器、串行口狀態(tài)到內(nèi)部總線IR低8位進(jìn)入數(shù)據(jù)總線從開關(guān)到內(nèi)部總線ALU到內(nèi)部總線內(nèi)存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線內(nèi)部總線數(shù)據(jù)來源選擇編碼控制DC1DC1譯碼信號(hào)說明000/SWTOIB送外部數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)（可來自內(nèi)存、外設(shè)、開關(guān)）到內(nèi)部總線001/RTOIB送ALU輸出到內(nèi)部總線，用于寫內(nèi)存、外設(shè)010/ETOIB送IRL到內(nèi)部總線，用于提供

IO端口地址或相對(duì)轉(zhuǎn)移的偏移量011/FTOIB送程序狀態(tài)字到內(nèi)部總線，用于PSHF

指令寫程序狀態(tài)字進(jìn)堆棧100/101/16位機(jī)不用110/INTV送中斷向量到內(nèi)部總線，如響應(yīng)中斷時(shí)的中斷處理程序首地址111NC無操作④專用寄存器接收的編碼控制DC2DC2編碼譯碼信號(hào)操作說明000NC

無寄存器接收數(shù)據(jù)001/GIR

指令寄存器接收010/16位機(jī)不用011/GAR

地址寄存器接收100/INTR

恢復(fù)原中斷優(yōu)先級(jí)101/INTN

接收新中斷優(yōu)先級(jí)110/EI

轉(zhuǎn)義用于開中斷指令111/DI

轉(zhuǎn)義用于關(guān)中斷指令控制器生成的控制信號(hào)匯總控制運(yùn)算器I8~6，I5~3，I2~0，A3~0，B3~0SST2~0，SSH1~0，SCI1~0共24位控制內(nèi)存或IO接口MIO，REQ，WE 計(jì)3位控制內(nèi)部總線DC1_2~0 計(jì)3位控制專用寄存器接收DC2_2~0 計(jì)3位總合計(jì)共33

位計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者必須按照指令運(yùn)行要求，為每條指令的每個(gè)執(zhí)行步驟確定這33位控制信號(hào)的正確值，為0

還是為1，或是0/1均可，即填寫指令流程表，原理不難但卻比較繁瑣，容不得一點(diǎn)錯(cuò)誤。3.控制器的設(shè)計(jì)(1)劃分指令執(zhí)行步驟，及每個(gè)步驟的具體操作功能；(2)確定在實(shí)現(xiàn)這些操作時(shí)，相關(guān)功能部件所需的控制信號(hào)；(3)選用何種邏輯線路、什么樣的處理方案，向各部件提供控制信號(hào)。已知：每條指令將用幾步完成；所有指令步驟已劃分好；每條指令的每個(gè)步驟需要什么控制信號(hào)。問：1.由什么器件發(fā)出控制信號(hào)？

---答：控制器2.控制器依據(jù)什么發(fā)出怎樣的控制信號(hào)？

---答：節(jié)拍發(fā)生器和指令操作碼控制器設(shè)計(jì)控制信號(hào)生成線路控制信號(hào)生成部件（線路）（現(xiàn)場(chǎng)可編程的大規(guī)模集成電路，實(shí)現(xiàn)與_或兩級(jí)構(gòu)成的組合邏輯）指令操作碼節(jié)拍狀態(tài)全部控制信號(hào)(教學(xué)機(jī)33個(gè))(分別用于各個(gè)部件)條件碼CZVS指出指令的功能，比如ADD,MVRR等指出是哪一類指令的第幾拍

節(jié)拍發(fā)生器時(shí)鐘脈沖信號(hào)CP指令的操作碼OPcode某些控制信息，如Reset等節(jié)拍的狀態(tài)編碼輸入輸出11.節(jié)拍發(fā)生器的設(shè)計(jì)節(jié)拍發(fā)生器的作用是用多位觸發(fā)器的輸出信號(hào)的不同組合狀態(tài)來標(biāo)識(shí)每條指令的不同執(zhí)行步驟節(jié)拍狀態(tài)編碼

教學(xué)機(jī)實(shí)現(xiàn)了29條基本指令，目前使用了8個(gè)節(jié)拍（不含中斷響應(yīng)步驟），因此，節(jié)拍發(fā)生器應(yīng)至少使用4位觸發(fā)器（24

個(gè)節(jié)拍）；用4個(gè)觸發(fā)器（T3T2T1T0）不同的狀態(tài)組合來區(qū)分每一個(gè)節(jié)拍，例如，用T3T2T1T0=1000來標(biāo)識(shí)節(jié)拍。節(jié)拍數(shù)和節(jié)拍狀態(tài)的選定并不唯一。遵循的原則是：盡量做到從當(dāng)前節(jié)拍切換到下一個(gè)節(jié)拍時(shí)，只有一個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)發(fā)生變化，或盡量使?fàn)顟B(tài)發(fā)生變化的觸發(fā)器數(shù)目最少。作為教學(xué)用的計(jì)算機(jī)，以節(jié)拍關(guān)系更清晰、易理解最重要。還要考慮有利于對(duì)寫出的節(jié)拍發(fā)生器的邏輯表達(dá)式的邏輯化簡。PC0ARPCPCPC+1IR(AR)寄存器之間運(yùn)算與傳送

讀、寫內(nèi)存

AR地址AR地址

讀、寫內(nèi)存或I/O接口讀、寫內(nèi)存

PC地址A組B組C組D組/ResetB、C、D組10000000001000110110010001110101中斷響應(yīng)與處理XXXX第2次讀寫主存讀寫主存或接口取指ALU運(yùn)算16位機(jī)指令執(zhí)行流程CALAADDSUBANDORXORCMPTESTMVRRINCDECSHLSHRJRJRCJRNCJRZJRNZLDRRSTRRPUSHPOPPSHFPOPFMVRDINOUTJMPARET狀態(tài)轉(zhuǎn)移表按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移表，寫出對(duì)應(yīng)的邏輯表達(dá)式，即反映每一個(gè)觸發(fā)器的完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換序列的邏輯表達(dá)式：（1）用一個(gè)與項(xiàng)表明在一個(gè)節(jié)拍中該觸發(fā)器狀態(tài)為1，參加與運(yùn)算的元素是：

前一節(jié)拍的4個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)值；

前一節(jié)拍進(jìn)到本節(jié)拍的限制條件，如指令組或具體的一條指令等，也可能沒有條件。（2）用多個(gè)或項(xiàng)匯總所有節(jié)拍中該觸發(fā)器的“1”。節(jié)拍發(fā)生器的設(shè)計(jì)原理T2表達(dá)式為：(:=為時(shí)序邏輯賦值符)T2:=C-M#*RESET*/T3*/T2*T1*/T0*/A

+C-M#*RESET*/T3*T2*T1*/T0*BD

+

C-M#*RESET*/T3*T2*T1*/T0*C+C-M#*RESET*/T3*T2*T1*T0+C-M#*RESET*/T3*T2*/T1*/T0*D寫邏輯表達(dá)式+C_M#

*RESET*/T3*T2*T1*/T0T3:=C-M#*/RESETT1:=C-M#*RESET*/T3*/T2*/T1*/T0+C-M#*RESET*/T3*/T2*T1*/T0*A

+

C-M#*RESET*/T3*/T2*T1*/T0*(B+C+D)

+

C-M#*

RESET*/T3*T2*T1*/T0*C

+C-M#*

RESET*/T3*T2*/T1*/T0*DT0:=C-M#*RESET*/T3*/T2*T1*/T0*A

+

C-M#*

RESET*/T3*T2*T1*/T0*C

+C-M#*RESET*/T3*T2*T1*T0

+C-M#*

RESET*/T3*T2*/T1*/T0*DPC0ARPCPCPC+1IR(AR)寄存器之間運(yùn)算與傳送讀、寫內(nèi)存AR地址AR地址讀、寫內(nèi)存或I/O接口讀、寫內(nèi)存

PC地址基本指令、擴(kuò)展指令執(zhí)行流程圖A組B組C組D組BCD組10000000001000110110010001110101T3:=/ResetT2:=

Reset*/T3*/T2*T1*/T0*IR15

+

Reset*/T3*T2*T1*/T0

+

Reset*/T3*T2*/T1*/T0

*IR15*IR14*IR11

+

Reset*/T3*T2*T1*T0

T1:=

Reset*/T3*/T2*/T1*/T0

+

Reset*/T3*/T2*T1*/T0

+

Reset*/T3*T2*T1*/T0*IR15*IR14*/IR11

+

Reset*/T3*T2*/T1*/T0

*IR15*IR14*IR11

T0:=Reset*/T3*/T2*T1*/T0*/IR15+Reset*/T3*T2*T1*T0

+Reset*/T3*T2*T1*/T0*IR15*IR14*/IR11+Reset*/T3*T2*/T1*/T0*IR15*IR14*IR11T3T2T1T0Reset節(jié)拍發(fā)生器的邏輯表達(dá)式0000無1000110100000101010100001000110000010關(guān)001000001000000000000000000001000001100000000100001011000DR

SR0010000000000節(jié)拍操作碼MRWI2~0

I8~6I5~3B口A口SSTSCISSH

DC2DC1指令步驟及功能MRWI2-I0來源I8-I6去向I5-I3功能ABSSTSCISSHDC1DC2PC→ARPC+1→PC無0BF→BA→YR+SR5R5不變Cin=1無無AR收存儲(chǔ)器→IR存儲(chǔ)器讀-無寫回---不變---IR收DR+SR→DR無ABF→BF→YR+SSRDR接收Cin=0無無無ADDDR,SR的三個(gè)步驟所需的控制信號(hào)指令步驟及功能MRWI2-I0來源I8-I6去向I5-I3功能ABSSTSCISSHDC1DC2PC→ARPC+1→PC無0BF→BA→YR+SR5R5不變Cin=1無無AR收讀存儲(chǔ)器→

DR存儲(chǔ)器讀D0F→BF→YR+S-DR不變Cin=0無送開關(guān)到內(nèi)部總線無MVRDDR,DATA兩步執(zhí)行所需的控制信號(hào)011010001000100011010000010101010000100011000010010001000001111011000DR00000000000000000節(jié)拍操作碼MRWI2~0

I8~6I5~3B口A口SSTSCISSHDC2DC1指令步驟MRWI2-I0I8-I6I5-I3ABSSTSCISSHDC1DC2DR→AR無0BF→YR+S無DR不變Cin=0無無AR收SR→存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器寫0AF→YR+SSR-不變Cin=0無Y→內(nèi)部總線無其他一些指令各執(zhí)行步驟所需控制信號(hào)STRR[DR],SR執(zhí)行所需的控制信號(hào)(兩步)IRL→AR無D0F→YR+S無無不變Cin=0無無AR收讀接口→R0接口讀D0F→BR+S無R0不變Cin=0無開關(guān)→內(nèi)部總線無INPORT執(zhí)行所需的控制信號(hào)(兩步)JRCADR執(zhí)行所需的控制信號(hào)(1步)IRL+R5→R5無DA0C1R+SR5R5不變Cin=0無無無C=1時(shí)即011，F(xiàn)→B,F→YC=0時(shí)即001，F(xiàn)→Y011011001110100011010000010101010000100011000010011001110001111000000000000000000000000000011111001110100011011001010000000000000011000010111001110000010010000010101010000000000001011010000010100111001000000000000000000011010010010000010011111011000000000000000000000000001100000111100100011000DRSR0000000000000001100000000100001011000DRSR0010000000000節(jié)拍指令操作碼MRWI2~0

I8~6I5~3B口A口SSTSCISSHDC2DC10000無1000110100000101010100001000110000010關(guān)001000001000000000000000000001000……1）設(shè)計(jì)指令執(zhí)行流程表；流程表中，橫向給出33位控制信號(hào)，每條指令的每個(gè)步驟分配一橫行，并用指令操作碼和節(jié)拍狀態(tài)碼指出是哪條指令的哪個(gè)節(jié)拍，在縱橫交叉位置填寫各控制信號(hào)的值。12.控制信號(hào)生成部件的設(shè)計(jì)(1)ADD取指MVRRINCALA2）按流程表寫出每一位控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式；①用與項(xiàng)指明一位信號(hào)在流程表的一個(gè)橫行中的“1”②用或匯總該信號(hào)在各橫行中的“1”③按①和②寫出每個(gè)控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式3）編譯得到的邏輯表達(dá)式，并寫入可編程芯片；4）對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)試、改錯(cuò)，直到運(yùn)行正確。時(shí)序控制信號(hào)生成部件的設(shè)計(jì)(2)例如：MRW字段中的R信號(hào)（只在IN,OUT指令的第二拍中為1）已知：第二拍的編碼為0100，

IN、OUT的操作碼分別10000010、10000110故：R=!T3&T2&!T1&!T0&

IR15&!IR14&!IR13&!IR12&!IR11&IR9&!IR8#!T3&T2&!T1&!T0&

IR15&!IR14&!IR13&!IR12&IR11&IR9&!IR8;同理，可寫出所有33個(gè)控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式。寫出控制信號(hào)邏輯表達(dá)式(ABEL)當(dāng)1的個(gè)數(shù)遠(yuǎn)多于0的個(gè)數(shù)時(shí)，采用負(fù)邏輯可簡化表達(dá)式：如I2~I0字段中的I0:!I0=!T3&!T2&T1&!T0#!T3&!T2&T1&T0&!IR15&!IR14&!IR13&!IR12&!IR11&IR10&IR9&IR8#!T3&T2&T1&/T0&IR15&!IR14&!IR13&!IR12&!IR11&!IR10&!IR9&IR8

#!T3&T2&!T1&!T0&IR15&!IR14&!IR13&!IR12&(!IR11&!IR10&IR9&IR8#!IR11&IR10&!IR9&!IR8#!IR11&IR10&!IR9&IR8#!IR11&IR10&IR9&!IR8#IR11&IR10&!IR9&!IR8)#!T3&T2&!T1&T0&IR15&IR14&!IR13&!IR12&IR11&IR10&IR9&!IR8寫出控制信號(hào)邏輯表達(dá)式(ABEL)#(T==[0,1,0,1])&(CALA);!