第6章計(jì)算機(jī)的控制器部件

第6章控制器本章知識點(diǎn)1．控制器的功能、控制器的主要組成2．從控制信號生成的角度，控制器分類，各自生成信號的方式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。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。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；(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。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+1時(shí)序、控制信號生成部件內(nèi)部總線ABDBCB各寄存器的控制信號譯碼內(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。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)行步驟和相對次序關(guān)系④控制信號產(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主脈沖源與啟停控制線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（生成法）微程序控制器：事先把所有控制信號組合存放在存儲(chǔ)器中，再依據(jù)指令執(zhí)行步驟讀出要用到的信號組合（查表法）兩種控制器對比組合邏輯微程序相同點(diǎn)功能、控制信號不同點(diǎn)控制信號生成部件實(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)位信號等)7.組合邏輯控制器的組成指令寄存器IR控制信號輸出+1輸入：指令操作碼、控制條件（如指令狀態(tài)字、外部reset信號等）、指令步驟編碼（節(jié)拍）輸出：全部控制信號主要解決的問題：節(jié)拍轉(zhuǎn)換、控制信號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。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？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，再根據(jù)指令的操作碼，就可以發(fā)出相應(yīng)的控制信號?？梢杂霉?jié)拍發(fā)生器發(fā)出信號來區(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10.各部件所需控制信號①控制器應(yīng)提供的運(yùn)算器控制信號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101/INTN

接收新中斷優(yōu)先級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；(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。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。問：1.由什么器件發(fā)出控制信號？

---答：控制器2.控制器依據(jù)什么發(fā)出怎樣的控制信號？

---答：節(jié)拍發(fā)生器和指令操作碼控制器設(shè)計(jì)控制信號生成線路控制信號生成部件（線路）（現(xiàn)場可編程的大規(guī)模集成電路，實(shí)現(xiàn)與_或兩級構(gòu)成的組合邏輯）指令操作碼節(jié)拍狀態(tài)全部控制信號(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)器的輸出信號的不同組合狀態(tài)來標(biāo)識每條指令的不同執(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STRR[DR],SR執(zhí)行所需的控制信號(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(兩步)JRCADR執(zhí)行所需的控制信號(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，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的值。12.控制信號生成部件的設(shè)計(jì)(1)ADD取指MVRRINCALA2）按流程表寫出每一位控制信號的邏輯表達(dá)式；①用與項(xiàng)指明一位信號在流程表的一個(gè)橫行中的“1”②用或匯總該信號在各橫行中的“1”③按①和②寫出每個(gè)控制信號的邏輯表達(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)序控制信號生成部件的設(shè)計(jì)(2)例如：MRW字段中的R信號（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)控制信號的邏輯表達(dá)式。寫出控制信號邏輯表達(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寫出控制信號邏輯表達(dá)式(ABEL)#(T==[0,1,0,1])&(CALA);!