第二講控制器的功能與組成

（優(yōu)選）第二講控制器的功能與組成當(dāng)前第1頁\共有26頁\編于星期三\8點指令的執(zhí)行過程馮.諾依曼結(jié)構(gòu)的計算機即存儲程序的計算機，設(shè)置內(nèi)存，存放程序和數(shù)據(jù)，在程序運行之前存入。執(zhí)行程序：正確從程序首地址開始；正確分步執(zhí)行每一條指令，并形成下條待執(zhí)行指令的地址；正確并自動地連續(xù)執(zhí)行指令，直到程序的最后一條指令。當(dāng)前第2頁\共有26頁\編于星期三\8點每條指令的執(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類型指令讀寫內(nèi)存類型指令輸入輸出類型指令其他類型指令

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當(dāng)前第3頁\共有26頁\編于星期三\8點2.控制器的組成①程序計數(shù)器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能②指令寄存器IR：存放指令內(nèi)容：操作碼與操作數(shù)地址主脈沖源與啟?？刂凭€路，按需要給出主脈沖信號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④控制信號保存或形成線路：給出計算機各功能部件部件協(xié)同運行所需要的控制信號。運算器部件主存儲器部件總線及輸入/輸出接口(輸入/輸出設(shè)備)控制器部件本身各部件包括也包括設(shè)計中的難點，在于解決對運算器、控制器的控制當(dāng)前第4頁\共有26頁\編于星期三\8點時序控制信號形成部件譯碼IRPC輸出設(shè)備輸入設(shè)備主存運算器部件節(jié)拍啟停地址寄存器械數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線….控制條件控制器信號主振硬布線方案的控制器當(dāng)前第5頁\共有26頁\編于星期三\8點控制存儲器映射IRPC輸出設(shè)備輸入設(shè)備主存運算器部件下地址啟停地址寄存器械數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線….控制條件微指令寄存器主振微程序方案的控制器當(dāng)前第6頁\共有26頁\編于星期三\8點第3章的第3講1.微程序控制器的組成、運行原理2.微指令的格式和下地址的處理技術(shù)3.主存儲器、計算機總線、接口電路等預(yù)備性知識當(dāng)前第7頁\共有26頁\編于星期三\8點控制器的組成①程序計數(shù)器PC

存放指令地址，有+1或接收新值功能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。④控制信號保存或形成線路

給出計算機各功能部件部件協(xié)同運行所需要的控制信號當(dāng)前第8頁\共有26頁\編于星期三\8點控制存儲器映射IRPC接口輸出設(shè)備主存儲器運算器部件下地址啟停地址寄存器數(shù)據(jù)總線地址總線控制總線….控制條件微指令寄存器主振微程序方案的控制器接口輸入設(shè)備當(dāng)前第9頁\共有26頁\編于星期三\8點微程序控制器組成與設(shè)計

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存儲器（ROM）指令操作碼微指令轉(zhuǎn)移的控制條件/CC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G讀命令1.確定指令功能與格式2.劃分指令執(zhí)行步驟3.確定微指令格式4.設(shè)計微指令內(nèi)容5.把新微指令寫入控存6.需要時修改MAPROM和SCCGal等7.調(diào)試并且運行B口二選一A口二選一IR.SRIR.DR/MAP/PL當(dāng)前第10頁\共有26頁\編于星期三\8點TEC-2000的3個型號

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存儲器（ROM）指令操作碼微指令轉(zhuǎn)移的控制條件/CC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G讀命令TEC-2000:微命令字段使用5片GAL20V8芯片實現(xiàn)，與硬連線控制器分時合用；TEC-2000A:

微命令字段使用5片8D寄存器實現(xiàn)，與硬連線控制器5片GAL20V8芯片分開單獨運行；TEC-2000B:又增加了聯(lián)機直接寫控制存儲器芯片內(nèi)容的能力。B口二選一A口二選一IR.SRIR.DR/MAP/PL當(dāng)前第11頁\共有26頁\編于星期三\8點微程序控制器部件56位的微指令字長，微下地址字段16位，控制命令字段40位，7片28C64組成控存。1片28C65，從指令操作碼產(chǎn)生微地址，1片374存8位下地址，1片273存8位條件碼，1片377存8位現(xiàn)微地址。1片Am2910給出下一條微指令地址，1片GAL按判斷條件產(chǎn)生微指令轉(zhuǎn)移信號/CC；5片GAL用作為5片8位的D觸發(fā)器的寄存器，2片GAL實現(xiàn)兩個4位的

2選1芯片功能。8或16位的指令寄存器。當(dāng)前第12頁\共有26頁\編于星期三\8點三、微程序控制器的運行原理每條指令一個執(zhí)行步驟用到的全體控制信號組成一微指令每條微指令可以包括一到多個微操作。用多條微指令(一個微程序)解釋每條指令的執(zhí)行過程。全部的微程序有機地組合在一起，被保在控制存儲器中。執(zhí)行一條微指令所用的時間被稱為一個微周期。微指令的格式和內(nèi)容：下地址字段控制命令字段執(zhí)行第i條微指令讀出第i+1條微指令讀與執(zhí)行微指令的并行流水技術(shù)形成第i+1條微指令地址一個微周期接收微指令當(dāng)前第13頁\共有26頁\編于星期三\8點下地址字段的內(nèi)容得到下地址的方法：由指令操作碼得到微指令順序執(zhí)行微指令必轉(zhuǎn)或條件轉(zhuǎn)移多路微地址轉(zhuǎn)移微子程序調(diào)用和返回按次數(shù)循環(huán)一段微程序其他：如特定入口微地址在微指令下地址字段中表示清楚：使用哪種方法，哪個(些)判斷條件，要用的有關(guān)地址等，并用專門電路完成必要支持和處理，微指令的下地址是微程序設(shè)計中要重點解決的問題之一，技術(shù)、技巧性強，應(yīng)學(xué)得好些。在教學(xué)計算機中，解決下地址使用了Am2910器件當(dāng)前第14頁\共有26頁\編于星期三\8點微堆桟指針SP

5字*12位微堆桟F微程序計數(shù)器PC寄存器/計數(shù)器R/CDRFPC多路選擇器命令譯碼器增量器零檢測D11~D0Y11~Y0CP/FULLCI/CC/CCENI3~I0/PL/MAP/VECT/RLD/OE出棧/入棧保持/清零裝數(shù)減量保持清零選擇R為零Am2910器件當(dāng)前第15頁\共有26頁\編于星期三\8點非零循環(huán)零/PLPC彈出PC彈出4入棧與裝數(shù)注1/PLPC壓入PC壓入6讀手撥開關(guān)/VECTPCD3條件微轉(zhuǎn)移/PLPCD2功能分支/MAPDD1條件轉(zhuǎn)微子/PLPCD壓入完成R/CR/C使能/CC=高/CC=低功能內(nèi)容操作信號Y輸出堆棧Y輸出堆棧0初始化/PL0清除0清除8R/C非零減1/PLFF10微子返回/PLPCF彈出14順序執(zhí)行/PLPCPC15三路轉(zhuǎn)移非零減1/PLFPC彈出零/PLD彈出

PC彈出當(dāng)前第16頁\共有26頁\編于星期三\8點

8位微下地址字段用于直接給出下一條微指令的地址，常用8位,使用微指令字中最高8位編碼。最高一位用于擴展功能,單獨接線。TEC-2000教學(xué)機微程序的下地址字段

微下地址

2910的命令碼微轉(zhuǎn)移條件8位4位4位分成3個子字段，總共使用17位碼(微指令中用16位)。

4位的命令碼，用于選擇Am2910的16個命令,如前一頁的表格內(nèi)容所示。

4位的微轉(zhuǎn)移條件給出微指令轉(zhuǎn)移所依據(jù)的條件，與教學(xué)機具體設(shè)計有關(guān)。1位當(dāng)前第17頁\共有26頁\編于星期三\8點給出計算機各功能部件協(xié)同運行所需要的控制信號,

劃分成若干字段，分別用于控制各部件

控制運算器部件

如：運算功能，數(shù)據(jù)來源，結(jié)果處理等

控制內(nèi)部總線把什么數(shù)據(jù)送到內(nèi)部總線

控制主存、入出接口(設(shè)備)

如:指出是主存讀、寫還是入出設(shè)備讀、寫，控制命令字段控制幾個寄存器的接收（下地址字段）如：指令寄存器、地址寄存器等當(dāng)前第18頁\共有26頁\編于星期三\8點1.對運算器部件的控制（脫機、聯(lián)機）Y15~Y0

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

用16個數(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)提供控制信號各用四個指示燈顯示狀態(tài)Gal20V8Gal20V8當(dāng)前第19頁\共有26頁\編于星期三\8點Am2901的9位控制碼累加器Q寄存器Y的輸出RS無FFR+SAQ無無FS-RAB

FB無AR-S0Q

FB無FR∨S0BF/2BQ/2QF/RΛS0AF/2B無FRΛSDAF*2BQ*2QFRSDQF*2B無F/(RS)D0編碼

000001010011100101110111I8~I6：運算結(jié)果處理I2~I0：數(shù)據(jù)來源I5~I3:運算功能當(dāng)前第20頁\共有26頁\編于星期三\8點2.對內(nèi)部總線的控制

總線是用于連接計算機各個功能部件的線路和連接線，通常由具有三態(tài)輸出功能的器件構(gòu)成，以便用分時地方式，在不同時刻把不同的數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，任何時刻僅能有一個數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上；總線上的數(shù)據(jù)可以被送到需要接收數(shù)據(jù)的部件或者線路，多個線路可以同時接收同一個數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。計算機中總要使用3種類型的總線：

數(shù)據(jù)總線，地址總線，控制總線教學(xué)計算機需要對送達(dá)內(nèi)部總線多路數(shù)據(jù)來源進(jìn)行選擇，分配3位編碼。當(dāng)前第21頁\共有26頁\編于星期三\8點3.讀寫主存儲器或I/O接口

從學(xué)習(xí)指令執(zhí)行步驟考慮，理解對主存儲器讀寫的控制，分成兩步：

1.傳送主存地址，以選擇被讀寫的存儲單元；

2.給出讀寫命令，讀操作時，把讀出數(shù)據(jù)保存起來，寫操作時，還要給出寫入的數(shù)據(jù)。從學(xué)習(xí)指令執(zhí)行步驟考慮，理解對接口電路讀寫的控制，分成兩步：

1.傳送IO端口地址，以選擇被讀寫的芯片；

2.給出讀寫命令，讀操作時，把讀出數(shù)據(jù)保存起來，寫操作時，還要給出寫入的數(shù)據(jù)。當(dāng)前第22頁\共有26頁\編于星期三\8點4.控制