計(jì)算機(jī)組成原理課件第五章-CPU的結(jié)構(gòu)和功能

第五章中央處理器學(xué)時(shí)：14學(xué)時(shí)重點(diǎn)：掌握CPU的基本結(jié)構(gòu)和基本功能主要內(nèi)容§5-1§5-2§5-3§5-1CPU的功能和組成一、什么是CPU？

所謂中央處理器是控制計(jì)算機(jī)來自動(dòng)完成取出指令和執(zhí)行指令任務(wù)的部件。它是計(jì)算機(jī)的核心部件，通常簡(jiǎn)稱為CPU?！?-1CPU的功能和組成

運(yùn)算器組成

運(yùn)算器功能執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算。執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算。由算術(shù)邏輯單位（ALU）、累加寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和狀態(tài)條件寄存器組成，它是數(shù)據(jù)加工處理部件。相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接受控制器的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，所以它是執(zhí)行部件§5-1CPU的功能和組成

控制器組成

控制器功能由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作1.從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置2.對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)3.指揮并控制CPU、內(nèi)存和I/O之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向?！?-1CPU的功能和組成ALU數(shù)據(jù)緩沖寄存器狀態(tài)字寄存器地址數(shù)據(jù)57061007661077……304031地址OP碼地址碼101MOVR0,R1102LADR1,6103ADDR1,R2104STOR2,(R3)105JMP101106ANDR1,R3107地址寄存器程序計(jì)數(shù)器時(shí)序發(fā)生器操作控制器指令譯碼器OP碼地址碼R0R1R2R3數(shù)存cache指存cacheAR數(shù)據(jù)地址總線指令地址總線控制信號(hào)OCPCIR指令寄存器C1C2C1C2C3Cn§5-1CPU的功能和組成累加寄存器

指令寄存器程序計(jì)數(shù)器狀態(tài)寄存器CPU數(shù)據(jù)寄存器地址寄存器§5-1CPU的功能和組成§5-1CPU的功能和組成§5-1CPU的功能和組成§5-1CPU的功能和組成五、控制器的組成1.程序計(jì)數(shù)器用來存放正在執(zhí)行的指令的地址或接著將要執(zhí)行的下一條指令的地址。順序執(zhí)行時(shí)，每執(zhí)行一條指令，PC的值應(yīng)加1要改變程序執(zhí)行順序的情況時(shí)，一般由轉(zhuǎn)移類指令將轉(zhuǎn)移目標(biāo)地址送往PC，可實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。

2.指令寄存器指令寄存器用來存放從存儲(chǔ)器中取出的待執(zhí)行的指令。在執(zhí)行該指令的過程中，指令寄存器的內(nèi)容不允許發(fā)生變化，以保證實(shí)現(xiàn)指令的全部功能。3.指令譯碼器暫存在指令寄存器中的指令只有在其操作碼部分經(jīng)譯碼后才能識(shí)別出是一條什么樣的指令。譯碼器經(jīng)過對(duì)指令進(jìn)行分析和解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)提供給時(shí)序控制信號(hào)形成部件?！?-1CPU的功能和組成4.工作節(jié)拍、脈沖及啟?？刂凭€路由脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖5.時(shí)序控制信號(hào)形成部件時(shí)序控制信號(hào)形成部件又稱微操作信號(hào)發(fā)生器，真正控制各部件工作的微操作信號(hào)是由指令部件提供的操作信號(hào)、時(shí)序部件提供的時(shí)序信號(hào)、被控制功能部件所反饋的狀態(tài)及條件綜合形成的。數(shù)據(jù)通路：通常把許多寄存器之間傳送信息的通路，稱為“數(shù)據(jù)通路”。操作控制器：根據(jù)指令操作碼和時(shí)序信號(hào)，產(chǎn)生各種操作信號(hào)，以便正確建立數(shù)據(jù)通路，從而完成取指令和執(zhí)行指令的操作。時(shí)序產(chǎn)生器：因?yàn)橛?jì)算機(jī)高速地進(jìn)行工作，每一個(gè)動(dòng)作的時(shí)間是非常嚴(yán)格的，不能有任何差錯(cuò)。時(shí)序產(chǎn)生器的作用，就是對(duì)各種操作實(shí)施時(shí)間上的控制?！?-2指令周期機(jī)器周期指令周期時(shí)鐘周期一、指令周期的基本概念§6-2指令周期指令周期：指取指令、分析指令到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間請(qǐng)問：不同指令的指令周期相同嗎？§6-2指令周期機(jī)器周期：通常又稱CPU周期通常把一條指令周期劃分為若干個(gè)機(jī)器周期，每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作。

主存的工作周期(存取周期)為基礎(chǔ)來規(guī)定CPU周期，比如，可以用CPU讀取一個(gè)指令字的最短時(shí)間來規(guī)定CPU周期不同的指令，可能包含不同數(shù)目的機(jī)器周期一個(gè)機(jī)器周期中，包含若干個(gè)機(jī)器周期（節(jié)拍脈沖或T脈沖）

CPU周期規(guī)定，不同的計(jì)算機(jī)中規(guī)定不同§6-2指令周期時(shí)鐘周期在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，要完成若干個(gè)微操作。這些微操作有的可以同時(shí)執(zhí)行，有的需要按先后次序串行執(zhí)行。因而需要把一個(gè)機(jī)器周期分為若干個(gè)相等的時(shí)間段，每一個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)節(jié)拍。節(jié)拍常用具有一定寬度的電位信號(hào)表示，稱之為節(jié)拍電位。節(jié)拍的寬度取決于CPU完成一次基本的微操作的時(shí)間，如：ALU完成一次正確的運(yùn)算，寄存器間的一次數(shù)據(jù)傳送等?！?-2指令周期指令周期T周期CPU周期CPU周期T1T2T3T4（取指令）（執(zhí)行指令）§6-2指令周期取指分析執(zhí)行二、一條指令的執(zhí)行過程§6-2指令周期開始下一條指令的執(zhí)行形成下一條指令的地址§6-2指令周期§6-2指令周期§6-2指令周期取指周期§6-2指令周期間址周期中斷周期§6-2指令周期八進(jìn)制地址指令助記符說明100程序執(zhí)行前（R0)=00,(R1)=10,(r2)=20,(R3)=30;101MOVR0,R1傳送指令MOV執(zhí)行(R1)→R0;102LADR1,6取數(shù)指令LAD從數(shù)存6號(hào)單元取數(shù)(100)→R1103ADDR1,R2加法指令A(yù)DD執(zhí)行(R1)+(R2)→R2,結(jié)果為(R2)=120103STOR2,(R3)存數(shù)指令STO用(R3)間接尋址，(R2)=120寫入數(shù)存30號(hào)單元105JMP101轉(zhuǎn)移指令JMP改變程序執(zhí)行順序到101單元106ANDR1,R3邏輯乘AND指令執(zhí)行(R1)∩（R3)→R3§6-2指令周期指令存儲(chǔ)器八進(jìn)制地址八進(jìn)制數(shù)據(jù)說明5706100執(zhí)行LAD指令后，數(shù)存6號(hào)單元的數(shù)據(jù)100仍保存在其中76610773040(120）執(zhí)行STO指令后，數(shù)存30號(hào)單元的數(shù)據(jù)由40變?yōu)?20§6-2指令周期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器§6-2指令周期一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段開始取指令PC+1對(duì)指令譯碼執(zhí)行指令取下條指令PC+1MOV指令的指令周期：包含兩個(gè)CPU周期，取指周期和執(zhí)行周期。取指周期中CPU完成三件事：（1）從指存中取出指令；（2）對(duì)程序計(jì)數(shù)器PC加1，以便為取下一條指令做好準(zhǔn)備；（3）對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼或測(cè)試，以便確定進(jìn)行什么操作。執(zhí)行周期中CPU根據(jù)對(duì)指令操作碼的譯碼或測(cè)試，進(jìn)行指令所要求的操作。§6-2指令周期一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段一個(gè)CPU周期對(duì)指令譯碼取指令PC+1送操作數(shù)地址取出操作數(shù)裝入通用寄存器取下條指令PC+1開始LDA指令的指令周期§6-2指令周期一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段一個(gè)CPU周期對(duì)指令譯碼取指令PC+1送操作數(shù)地址送操作數(shù)寫數(shù)存取下條指令PC+1開始STO指令的指令周期§6-2指令周期一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段開始取指令PC+1對(duì)指令譯碼送轉(zhuǎn)移地址取下條指令PC+1JMP指令的指令周期MOVMOVR0,R1§5-1CPU的功能和組成地址數(shù)據(jù)57061007661077……304031地址OP碼地址碼101MOVR0,R1102LADR1,6103ADDR1,R2104STOR2,(R3)105JMP101106ANDR1,R3107地址寄存器R0R1R2R3數(shù)存cache指存cacheAR數(shù)據(jù)地址總線指令地址總線控制信號(hào)OCPCIR指令寄存器C1C2C1C2C3Cn101程序計(jì)數(shù)器OP碼地址碼R0,R1C2102+1指令寄存器時(shí)序發(fā)生器操作控制器002030數(shù)據(jù)緩沖寄存器狀態(tài)寄存器10ALU101010MOV§5-1CPU的功能和組成ALU數(shù)據(jù)緩沖寄存器狀態(tài)字寄存器地址數(shù)據(jù)57061007661077……304031地址OP碼地址碼101MOVR0,R1102LADR1,6103ADDR1,R2104STOR2,(R3)105JMP101106ANDR1,R3107地址寄存器程序計(jì)數(shù)器時(shí)序發(fā)生器操作控制器指令譯碼器OP碼地址碼R0R1R2R3數(shù)存cache指存cacheAR數(shù)據(jù)地址總線指令地址總線控制信號(hào)OCPCIR指令寄存器C1C2C1C2C3Cn+1指令周期下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的程序來具體認(rèn)識(shí)每一條指令的指令周期和執(zhí)行過程。

內(nèi)存地址內(nèi)存內(nèi)容助記符所完成的操作020250000CLA將累加器的內(nèi)容請(qǐng)零021030030ADD30（A）+（30）A022021040STA40（A）（40）023000000NOP024140021JMP2121→PC

030000006

031

040存和數(shù)單元

指令周期CLA指令的指令周期非訪內(nèi)指令需要兩個(gè)CPU周期。

在第一個(gè)CPU周期，即取指令階段，CPU完成三件事：（1）從內(nèi)存取出指令；（2）對(duì)程序計(jì)數(shù)器PC加1，以便為取下一條指令做好準(zhǔn)備；（3）對(duì)指令操作碼進(jìn)行譯碼或測(cè)試，以便確定進(jìn)行什么操作。在第二個(gè)CPU周期，即執(zhí)行指令階段，將累加器A的內(nèi)容清零。

一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段開始取指令PC+1對(duì)指令譯碼執(zhí)行指令取下條指令PC+1指令周期算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器程序記數(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DRCPUALU指令寄存器IR指令譯碼器操作控制器時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+10000202021222324303140CLAADD30STA40NOPJMP21000006000020CLACLA000021指令周期算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器程序記數(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DRCPUALU指令寄存器IR指令譯碼器操作控制器時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+12021222324303140CLAADD30STA40NOPJMP21000006000020CLACLA000021指令周期ADD指令的指令周期ADD指令的指令周期由三個(gè)CPU周期組成。第一個(gè)CPU周期為取指令階段。第二個(gè)CPU周期中將操作數(shù)的地址送往地址寄存器并完成地址譯碼。在第三個(gè)CPU周期中從內(nèi)存取出操作數(shù)并執(zhí)行相加的操作。

指令周期一個(gè)CPU周期一個(gè)CPU周期取指令階段執(zhí)行指令階段開始取指令PC+1對(duì)指令譯碼送操作數(shù)地址取下條指令PC+1取出操作數(shù)執(zhí)行加操作一個(gè)CPU周期指令周期算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器程序記數(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DRCPUALU指令寄存器IR指令譯碼器操作控制器時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+12021222324303140CLAADD30STA40NOPJMP21000006000021ADDADD300000210000220000300000060+6=6000006指令周期STA指令的指令周期STA指令的指令周期由四個(gè)CPU周期組成。其中第一個(gè)CPU周期仍然是取指令階段，其過程和CLA指令、ADD指令完全一樣，不同的是此階段中程序計(jì)數(shù)器加1后變?yōu)?23，因而為取第四條指令做好了準(zhǔn)備。我們假定，第一個(gè)CPU周期后結(jié)束，“STA40”指令已放入指令寄存器并完成譯碼測(cè)試。指令周期算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器程序記數(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DRCPUALU指令寄存器IR指令譯碼器操作控制器時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+120212223243040CLAADD30STA40NOPJMP21000006000022STASTA40000022000023000040000006000006000006指令周期NOP指令和JMP指令的指令周期NOP指令是一條空指令，包含兩個(gè)CPU周期，第一個(gè)周期取指令，第二個(gè)周期執(zhí)行指令，因是空指令，所以操作控制器不發(fā)出任何控制信號(hào)。JMP指令由兩個(gè)CPU周期組成，第一個(gè)周期是取指令周期，同其他指令。第二個(gè)周期為執(zhí)行階段，CPU把指令寄存器中的地址碼部分21送到程序計(jì)數(shù)器，從而用新內(nèi)容21代替PC原先的內(nèi)容25，這樣，下一條指令將不從25單元中讀出，而從21電源開始讀出并執(zhí)行，從而改變了程序原先的執(zhí)行順序

。指令周期算術(shù)邏輯單元狀態(tài)條件寄存器程序記數(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DRALU指令寄存器IR指令譯碼器操作控制器時(shí)序產(chǎn)生器時(shí)鐘狀態(tài)反饋取指控制執(zhí)行控制cccc+120212223243040CLAADD30STA40NOPJMP21000006000024JMP21JMP21000024000021000006000006000025000021用方框圖語言表示指令周期在進(jìn)行計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用方框圖語言來表示一條指令的指令周期。一個(gè)方框代表一個(gè)CPU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。一個(gè)菱形符號(hào)代表某種判別或測(cè)試，不過時(shí)間它依附于它前面一個(gè)方框的CPU周期，而不單獨(dú)占用一個(gè)CPU周期。符號(hào)“~”代表一個(gè)公操作。指令周期指令周期PC→AR→ABUSDBUS→DR→IRPC+1譯碼或測(cè)試0→ACIR→ARIR→ARIR→PCPC→ARAR→ABUSDBUS→DRRD→ALUALU→ACAR→ABUSAC→DRDR→DBUS~~~~~CLAADDSTAJMPNOP小結(jié)：各類信息的傳送路徑指令：M-----DR-----DBUS-----IR地址：PC----ABUS----AR-----（取決于尋址方式）數(shù)據(jù)：寄存器----寄存器總線直接傳送寄存器----存儲(chǔ)器Ri----DBUS----DR-----M存儲(chǔ)器----寄存器M----DR-----BUS-----Ri指令周期例：如圖所示為雙總線結(jié)構(gòu)機(jī)器的數(shù)據(jù)通路，控制信號(hào)G控制的是一個(gè)門電路?！癆DDR2，R0”

指令完成（R0）+（R2）→R0功能操作。假設(shè)該指令的地址已放入PC中。“SUBR1，R3”指令完成（R3）-（R1）→R3的功能操作。指令周期指令周期IRPCARDRR0R1R2R3MABALUIRiIRoPCiPCiARiDRiDRoR0iR0oR3iR3oXiYiA總線B總線G+-R/W指令周期PC→ARM→DRDR→IRR2→YR0→XR0+R2→R0~PC→ARM→DRDR→IRR3→YR1→XR3-R1→R3~PC0，G，ARiDR0，G，IRiR2o，G，YiR00，G，Xi+，G，R0I

R/W=RR3o，G，YiR1o，G，Xi-，G，R3i時(shí)序信號(hào)的作用和體制計(jì)算機(jī)的協(xié)調(diào)動(dòng)作需要時(shí)間標(biāo)志，而時(shí)間標(biāo)志則是用時(shí)序信號(hào)來體現(xiàn)的。操作控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)都是時(shí)間因素（時(shí)序信號(hào)）和空間因素（部件位置）的函數(shù)。組成計(jì)算機(jī)硬件的器件特性決定了時(shí)序信號(hào)最基本的體制是電位---脈沖制。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式常用的操作控制器有兩種：硬布線控制器微程序控制器時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式硬布線控制器中時(shí)序信號(hào)采用主狀態(tài)周期——節(jié)拍電位——節(jié)拍脈沖三級(jí)體制微程序控制中時(shí)序信號(hào)采用節(jié)拍電位——節(jié)拍脈沖二級(jí)體制。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式主狀態(tài)周期（指令周期）：包含若干個(gè)節(jié)拍周期，可以用一個(gè)觸發(fā)器的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間來表示。節(jié)拍電位（機(jī)器周期）：包含若干個(gè)節(jié)拍脈沖，表示較大的時(shí)間單位。節(jié)拍脈沖（時(shí)鐘周期）：表示較小的時(shí)間單位。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生器的組成時(shí)鐘源環(huán)形脈沖發(fā)生器節(jié)拍脈沖和讀/寫時(shí)序的譯碼啟停控制邏輯時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式啟?？刂七壿嫻?jié)拍脈沖和對(duì)時(shí)序譯碼邏輯環(huán)形脈沖發(fā)生器

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IORQ°MREQ°RD°WE°T1°T2°T3°T4°MERQ’IORQ’RD’WR’時(shí)鐘脈沖源Φ時(shí)鐘脈沖源環(huán)形脈沖發(fā)生器節(jié)拍脈沖和對(duì)時(shí)序譯碼邏輯啟?？刂七壿嬘脕砦画h(huán)形脈沖發(fā)生器提供頻率穩(wěn)定且電平匹配的方波時(shí)鐘脈沖信號(hào)。有石英晶體振蕩器組成。產(chǎn)生一組有序的間隔相等或不等的脈沖序列。通常采用循環(huán)移位寄存器。控制方式同步控制方式：在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時(shí)所需的機(jī)器周期數(shù)和時(shí)鐘周期數(shù)都是固定不變的。采用完全統(tǒng)一的機(jī)器周期執(zhí)行各種不同的指令。這意味這所有指令周期具有相同的節(jié)拍電位和相同的節(jié)拍脈沖數(shù)。采用不定長(zhǎng)的機(jī)器周期。中央控制和局部控制相結(jié)合。中央控制：就是將大部分指令安排在固定的機(jī)器周期完成。局部控制：對(duì)少數(shù)復(fù)雜的指令采用另外的時(shí)序進(jìn)行定時(shí)。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式同步控制方式：時(shí)鐘微操作信號(hào)1微操作信號(hào)2異步控制方式：每條指令、每個(gè)操作控制信號(hào)需要多少時(shí)間就占用多少時(shí)間。這意味著每條指令的指令周期可由多少不等的機(jī)器周期數(shù)組成。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式異步控制方式時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式命令1命令2操作信號(hào)1回答1操作信號(hào)2回答2命令3聯(lián)合控制方式：將同步控制方式和異步控制方式相結(jié)合的方式。時(shí)序產(chǎn)生器和控制方式小結(jié)程序計(jì)數(shù)器PC地址形成部件操作碼地址碼譯碼微操作信號(hào)形成節(jié)拍發(fā)生器時(shí)鐘源中斷控制邏輯狀態(tài)寄存器微操作信號(hào)I/O信息控制臺(tái)信息+1送AR基本概念組成工作過程微程序舉例微程序設(shè)計(jì)技術(shù)微程序控制器的設(shè)計(jì)方法微程序控制器基本概念微命令微操作微指令微程序控制存儲(chǔ)器微地址微程序控制器微程序控制器的基本思想：將微操作控制信號(hào)按一定規(guī)則進(jìn)行信息編碼（代碼化）形成控制字（微指令），一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段“程序”，該程序存放在控制存儲(chǔ)器中，因?yàn)椤俺绦颉钡闹噶罱Y(jié)果是實(shí)現(xiàn)一條機(jī)器指令的功能，所以稱為“指令的微程序”微程序控制器——基本概念微命令：控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令稱為微命令。微操作：執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，稱為微操作。微程序控制器——基本概念微指令：在機(jī)器的一個(gè)CPU周期中，一組實(shí)現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。微程序：微指令序列為微程序。微程序控制器——基本概念微程序控制器——基本概念程序機(jī)器指令1機(jī)器指令2機(jī)器指令i機(jī)器指令n……..………微指令2微指令1微指令i微指令n……..……..微程序控制存儲(chǔ)器：用來存放微程序的一高速存儲(chǔ)器。微程序控制器——基本概念微地址：人們常把全部指令的控制字存放在一個(gè)高速存儲(chǔ)器中，即控制存儲(chǔ)器中（簡(jiǎn)稱控存），控存的一個(gè)單元的內(nèi)容即控制字代表了某一個(gè)節(jié)拍的一組微操作控制信號(hào)的信息，而把控存單元的地址稱為“微地址”。微程序控制器——基本概念控制存儲(chǔ)器：用來存放實(shí)現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序。微指令寄存器：用來存放由控制存儲(chǔ)器讀出的一條微指令信息。微地址轉(zhuǎn)移邏輯：自動(dòng)完成修改微地址的任務(wù)。微程序控制器——組成微程序控制器原理框圖微程序控制器——組成控制存儲(chǔ)器地址譯碼微地址寄存器OPP字段控制字段地址轉(zhuǎn)移邏輯狀態(tài)條件指令寄存器微命令信號(hào)微程序控制器的工作過程實(shí)質(zhì)上就是在微程序控制器的控制下，計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)器指令的過程。從控存中取出一段“取機(jī)器指令”用的微程序，稱為取指微程序，這是一段公用的微操作，其首址通常方在“0”號(hào)微地址單元。該微程序完成從主存中讀取機(jī)器指令并送往指令寄存器。機(jī)器指令操作碼通過微地址形成部件，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的微程序入口地址，并送入微地址寄存器。逐條取出對(duì)應(yīng)的微指令，每一條微指令提供一個(gè)微命令序列，控制有關(guān)的微操作。執(zhí)行完對(duì)應(yīng)于一條機(jī)器指令的一段微程序后，返回到取指微程序的入口，以便取出下一條機(jī)器指令。不斷重復(fù)，直至程序執(zhí)行完畢。微程序控制器——工作過程微程序控制器——微程序舉例ALUR1R2R3Cy+－MDR468975123微程序控制器——微程序舉例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１２３4

567891011121314151617181920212223微指令的格式：LDR1’LDR2’LDR3’R1→YR2→XR2→YR1→XDR→XR3→Y+M-RD’LDDR’LDIR’LDAR’PC+1P1P2直接地址操作控制順序控制舉例：“十進(jìn)制加法”指令的微程序控制的過程?！笆M(jìn)制加法”指令的功能是用BCD碼來完成十進(jìn)制數(shù)的加法運(yùn)算。在十進(jìn)制運(yùn)算時(shí)，當(dāng)相加二數(shù)之和大于9時(shí)，便產(chǎn)生進(jìn)位，要進(jìn)行加6修正；當(dāng)相加二數(shù)之和小于等于9時(shí)，結(jié)果是正確的。微程序控制器——微程序舉例假定數(shù)a和b已存放在R1和R2兩寄存器中，數(shù)6存放在R3寄存器中。算法要求先進(jìn)行a+b+6運(yùn)算，然后判斷結(jié)果有無進(jìn)位；當(dāng)進(jìn)位標(biāo)志Cy=1不減6，當(dāng)Cy=0，減6，從而可以獲得正確的結(jié)果。微程序控制器——微程序舉例微程序控制器——微程序舉例PC→AR→ABUSDBUS→DR→IR，PC+1P1R1+R2→R2R2+R3→R2R2-R3→R2P2RD0000000010101001000000010000Cy≠0Cy=0微程序流程圖微程序控制器——微程序舉例00000000000011111100000１２３4

567891011121314151617181920212223第一條微指令LDR1’LDR2’LDR3’R1→YR2→XR2→YR1→XDR→XR3→Y+M-RD’LDDR’LDIR’LDAR’PC+1P1P2直接地址操作控制順序控制微程序控制器——微程序舉例01010010010000000001010１２３4

567891011121314151617181920212223第二條微指令LDR1’LDR2’LDR3’R1→YR2→XR2→YR1→XDR→XR3→Y+M-RD’LDDR’LDIR’LDAR’PC+1P1P2直接地址操作控制順序控制微程序控制器——微程序舉例01000100110000000011001１２３4

567891011121314151617181920212223第三條微指令LDR1’LDR2’LDR3’R1→YR2→XR2→YR1→XDR→XR3→Y+M-RD’LDDR’LDIR’LDAR’PC+1P1P2直接地址操作控制順序控制微程序控制器——微程序舉例01000100100100000000001１２３4

567891011121314151617181920212223第四條微指令LDR1’LDR2’LDR3’R1→YR2→XR2→YR1→XDR→XR3→Y+M-RD’LDDR’LDIR’LDAR’PC+1P1P2直接地址操作控制順序控制T1T2T3T4T1T2T3T4微指令周期：讀出微指令的時(shí)間加上指令該條微指令的時(shí)間。微程序控制器——微指令周期T4T4執(zhí)行微指令微指令周期CPU周期CPU周期

讀微指令機(jī)器指令和微指令的關(guān)系：微程序控制器——微指令周期程序計(jì)數(shù)器地址寄存器緩沖寄存器指令寄存器微地址寄存器微指令寄存器主存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令Wilkes控制微程序式控制器微指令執(zhí)行微命令編碼微地址的形成方法微指令格式微程序控制的設(shè)計(jì)方法微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微命令編碼直接編碼法字段直接編譯法字段間接編譯法微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)直接編碼法在微指令的操作控制字段中每一個(gè)微命令都用一位信息表示，對(duì)應(yīng)于一種微操作。設(shè)計(jì)微指令時(shí)，選用或不選用某個(gè)微命令，只要將表示該微命令的相應(yīng)位設(shè)置成“1”或“0”就可以了。因此，微命令的產(chǎn)生不必經(jīng)過譯碼，所需的控制信號(hào)直接送到相應(yīng)的控制點(diǎn)。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)LTALULA11000100LT→BUSALU→LTLA→ALUBUS→LA0位：LT→BUS1位：BUS→LA2位：LA→ALU3位：DIV4位：MUL5位：SUB6位：ADD7位：ALU→LT這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀、執(zhí)行速度快，微命令的并行控制能力強(qiáng)，編制的微程序短；缺點(diǎn)是微指令字長(zhǎng)。字段直接編譯法將微指令的控制字段分為若干個(gè)小字段，每個(gè)字段分別編碼，每種編碼代表一種微命令。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)……………….譯碼譯碼譯碼………控制字段地址字段微命令微命令微命令uIR例如，某機(jī)器指令系統(tǒng)總共需要256個(gè)微命令，采用直接編碼法，微指令的操作控制字段需256位，采用字段直接編譯法，如將控制字段分成4位一段，共16段，每個(gè)字段經(jīng)一個(gè)譯碼器輸出，可獲得16個(gè)微命令，總共16段就可獲得256個(gè)微命令。微指令的操作控制字段僅64位。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)字段直接編碼法的分段原則：相斥性位命令分在同一字段內(nèi)，相容性命令分在不同的字段內(nèi)。前者可提高信息位的利用率，縮短微指令字長(zhǎng)；后者有利于實(shí)現(xiàn)并行操作，加快指令的執(zhí)行速度。一般將同類操作中互斥的微命令劃分在同一個(gè)字段中。每個(gè)小字段包含的信息位不能太多，一般不超過6位，否則將增加譯碼線路的復(fù)雜性和譯碼時(shí)間。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)字段間接編譯法是在字段直接編譯法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮短指令字長(zhǎng)的一種編譯法。一個(gè)字段的微命令編碼要兼由另一字段的編碼或某個(gè)標(biāo)志位加以解釋，以便用較少的信息位表示更多的微命令。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微地址的形成方法根據(jù)機(jī)器指令操作碼找到相應(yīng)機(jī)器指令所對(duì)應(yīng)的微程序的入口地址。后繼微地址的產(chǎn)生直接到下一順序地址轉(zhuǎn)移微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微程序入口地址的確定首先由“取機(jī)器指令”微程序完成將一條機(jī)器指令從內(nèi)存中取出送往指令寄存器。這段程序是公用的，一般安排控制存儲(chǔ)器的“0”號(hào)單元。然后，應(yīng)根據(jù)機(jī)器指令的操作碼轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的微程序入口地址。一級(jí)功能轉(zhuǎn)移多級(jí)功能轉(zhuǎn)移微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)一級(jí)功能轉(zhuǎn)移：如果操作碼的位數(shù)與位置固定，則可根據(jù)指令操作碼一次轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的微程序入口。采取的方法是直接使操作碼與微地址碼的部分位相對(duì)應(yīng)。這樣，就可以一次轉(zhuǎn)移成功。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)多級(jí)功能轉(zhuǎn)移如果每類指令的操作碼位數(shù)與位置固定，而各類指令之間的操作碼位數(shù)與位置不固定時(shí)，可采用分級(jí)轉(zhuǎn)移的辦法。先按指令類型轉(zhuǎn)移到某條微指令，區(qū)分出是哪一大類，然后進(jìn)一步按機(jī)器指令操作轉(zhuǎn)移，區(qū)分出是該類機(jī)器指令中的哪一種具體操作。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)采用PLA或PROM實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移如果操作碼的位數(shù)和位置都不固定，通?？梢圆捎肞LA可編程邏輯陣列實(shí)現(xiàn)。將每條機(jī)器指令的操作碼翻譯成相應(yīng)的微程序入口地址。當(dāng)一條指令的操作碼確定后，則PLA的輸出就是他的微程序入口地址。也可以用PROM實(shí)現(xiàn)，該存儲(chǔ)器以指令的操作碼作為地址的輸入，而相應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)容即為該指令的微程序入口地址。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)后繼微地址的產(chǎn)生計(jì)數(shù)器方式斷定方式（下址字段方式）微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)數(shù)器方式：設(shè)置一個(gè)微程序計(jì)數(shù)器uPC，在順序執(zhí)行微指令時(shí)，后繼微指令地址由現(xiàn)行微地址加上一個(gè)增量來實(shí)現(xiàn)。遇到轉(zhuǎn)移時(shí)，由微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)用計(jì)數(shù)器方式實(shí)現(xiàn)的微程序控制單元結(jié)構(gòu)uOP轉(zhuǎn)移部分控制存儲(chǔ)器uPC指令寄存器入口地址及轉(zhuǎn)移地址產(chǎn)生器條件碼

狀態(tài)標(biāo)志第一種方式：將微指令的地址字段（順序控制字段）分成兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段BCF和轉(zhuǎn)移地址字段BAF。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)UOPBAFBCF其中轉(zhuǎn)移地址字段給出轉(zhuǎn)移用部分微地址，轉(zhuǎn)移控制字段用于規(guī)定后繼微地址是順序執(zhí)行還是非順序執(zhí)行。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)uOPBAFBCF控制存儲(chǔ)器uPC譯碼器轉(zhuǎn)移控制網(wǎng)絡(luò)1∧&○1返回地址寄存器置初值返回地址BAF指令OP+1+1條件滿足外部條件BCF=101BCF=000，順序執(zhí)行微指令，后繼微地址為uPC+1。BCF=001，機(jī)器指令操作碼產(chǎn)生后繼微地址的微命令，后繼微地址由OP變換后產(chǎn)生。BCF=010，無條件轉(zhuǎn)移微指令，將BAF送Upc。BCF=011，條件轉(zhuǎn)移微指令，后繼微指令地址由轉(zhuǎn)移條件的測(cè)試結(jié)果確定。BCF=100，測(cè)試循環(huán)微指令，后繼微地址由測(cè)試循環(huán)條件確定。BCF=101，轉(zhuǎn)微子程序微命令，后繼微地址即微子程序入口微地址由uPC與BAF字段組合形成。BCF=110，返回微命令。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)第二種方式：在微指令格式中，將微操作控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段重疊使用。如果順序執(zhí)行微指令，該微指令只有微操作控制字段和轉(zhuǎn)移控制字段，沒有轉(zhuǎn)移地址字段，下一條微指令地址由uPC+1來確定；如果是轉(zhuǎn)移微指令，因?yàn)樵撐恢貌粓?zhí)行任何微操作，只是改變微程序的流程，所以可以用微操作控制字段給出下一條要執(zhí)行的微指令地址。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)數(shù)器方式的優(yōu)點(diǎn)是微指令字較段，便于編寫微程序，后繼微地址產(chǎn)生機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是執(zhí)行速度低，原因是計(jì)數(shù)器方式不易直接實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于各個(gè)測(cè)試條件的多路轉(zhuǎn)移，而微程序的主要特點(diǎn)是存在大量的分支。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)斷定方式（下址字段法）所謂斷定方式是指后繼微指令地址可由設(shè)計(jì)者指定或由設(shè)計(jì)者指定的測(cè)試判斷字段控制生產(chǎn)。在這種方式中，當(dāng)微程序不產(chǎn)生分支時(shí)，后繼微指令地址直接由微指令的順序控制字段給出；當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)，按順序控制字段給出的測(cè)試判別字段和狀態(tài)條件來形成后繼微地址。這種方式因?yàn)橐谖⒅噶罡袷街性O(shè)置一個(gè)字段用來指明下一條要執(zhí)行的微指令地址，所以也稱為下址字段法。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)用斷定方式實(shí)現(xiàn)的微程序控制單元結(jié)構(gòu)微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)指令寄存器IRPLA微地址修改邏輯+控制存儲(chǔ)器uAR下址uIR測(cè)試條件碼狀態(tài)標(biāo)志采用斷定方式的微指令格式如下：微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)uOP測(cè)試判別下址微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)ABCAAFGHIJKLMNOP012I1I0=000110114358697101112131415Z=0Z=1微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)uOP測(cè)試判別下址2400下址01按地址轉(zhuǎn)移10按Z轉(zhuǎn)移11空微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微地址微命令測(cè)試下址0000A0000010001B0000100010C0101000011E1010100100D0000110101H0010000110L0010010111P0010011000I0010111001M0011101010F0011001011J0011011100G0000001101K0000001110N0011111111O000000微指令格式水平型微指令垂直型微指令微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)水平型微指令：一次能定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令?；咎卣鳎何⒅噶钭州^長(zhǎng)一條微指令能控制數(shù)據(jù)通路中多個(gè)功能部件并行操作。微命令的編碼簡(jiǎn)單，盡可能使微命令與控制門之間具有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)垂直型微指令：在微指令中設(shè)置微操作碼字段，一次只能控制數(shù)據(jù)通路的一、兩中信息穿的微指令稱為垂直型微指令?；咎卣鳎何⒅噶钭侄?。微指令的并行操作能力有限，一條微指令只能控制數(shù)據(jù)通路中的一、兩中信息傳送。微指令編碼比較復(fù)雜，全部微命令組成一個(gè)微操作碼字段，經(jīng)過完全譯碼，微指令的各個(gè)二進(jìn)制位與數(shù)據(jù)通路的各個(gè)控制點(diǎn)之間完全不存在直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)微指令的執(zhí)行方式串行執(zhí)行方式微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)取i條執(zhí)行i條取i+1條執(zhí)行i+1條微周期微周期并行執(zhí)行方式微程序控制器——設(shè)計(jì)技術(shù)取i條執(zhí)行i條取I+1條執(zhí)行I+1條取I+2條執(zhí)行I+2條簡(jiǎn)單機(jī)器的微程序設(shè)計(jì)假設(shè)機(jī)器字長(zhǎng)16位，采用單總線結(jié)構(gòu)，CPU，主存和外設(shè)都掛在總線上。1.CPU

運(yùn)算器中以ALU為核心，輸入端一個(gè)接LA，另一個(gè)來自數(shù)據(jù)總線。共由8個(gè)寄存器R0---R7，源操作數(shù)寄存器SR，目的操作數(shù)寄存器DR，暫存器TEMP。2.主存儲(chǔ)器按字編址，主存容量64K3.總線包括16位數(shù)據(jù)線，16位地址線和若干控制線。微程序控制器——微程序控制器舉例指令格式微程序控制器——微程序控制器舉例OPMSRSMDRD1512119865320OP：操作碼，4位，可定義16種操作M：尋址方式MS：源操作數(shù)尋址方式MD：目的操作數(shù)尋址方式RS：源操作數(shù)寄存器RD：目的操作數(shù)寄存器尋址方式：微程序控制器——微程序控制器舉例M名稱匯編符號(hào)含義000寄存器尋址R(R)為操作數(shù)001寄存器間址（R）有效地址=(R)010自增型寄存器間址（R）+E=(R)且(R)+1→R011自增型雙間址@(R)+E=((R))且(R)+1→R100變址尋址X(R)E=X+(R)操作類型微程序控制器——微程序控制器舉例

操作碼名稱匯編符號(hào)操作雙操作數(shù)運(yùn)算指令0001加法ADD(RD)+(RS)→RD0010減法SUB(RD)-(RS)→RD0011邏輯乘AND(RD)^(RS)→RD單操作數(shù)運(yùn)算指令0100加1INC(RD)+1→RD0101減1DEC(RD)-1→RD0110求補(bǔ)NEC(RD)+1→RD轉(zhuǎn)移類指令無條件條件0111MR不用1000MRPNZVCLTLAR0R1R7….SRDRTEMPMARMMDRIRuARALU地址譯碼器PLA微地址修改邏輯條件碼狀態(tài)+控制存儲(chǔ)器下址uIR譯碼PCLT→BUSALU→LT1→C0BUS→LARS→BUSBUS→RSRD→BUSBUS→RDSR→BUSBUS→TEMPBUS→MARMDR→BUSBUS→MDRBUS→IRPC→BUSBUS→PCREADWRITEMOC微命令A(yù)DDINC時(shí)序安排采用微程序控制方式后，指令分步操作是根據(jù)不同的微指令進(jìn)行的，因此，時(shí)序系統(tǒng)不在按指令執(zhí)行的不同階段設(shè)置不同的工作周期，而代以統(tǒng)一規(guī)整的微指令周期。微程序控制器——微程序控制器舉例微指令的編碼：共有19個(gè)選通信號(hào)，加上ALU的控制信號(hào)，假設(shè)有16個(gè)，及其他控制信號(hào)，共40個(gè)控制信號(hào)，所以采用字段直接編譯法。微程序控制器——微程序控制器舉例微程序控制器——微程序控制器舉例F1F2F3F4F5F6F7F8F90000不送000不送00不送000不送0000ADD00無動(dòng)作0無動(dòng)作0無動(dòng)作00→C00001PC→BUS001BUS→PC01BUS→MAR001BUS→LA0001SUB01READ1CLEARLA1WAIT11→C00010MDR→BUS010BUS→IR10BUS→MDR010BUS→SR0010AND10WRITE

0011LT→BUS011BUS→LT

011BUS→DR

0100RS→BUS100BUS→RS

100BUS→TEMP

0101RD→BUS101BUS→RD

0110SR→BUS

0111DR→BUS

1000TEMP→BUS

1111XOR

表中：F1字段為所有送往總線的控制信號(hào)。F2—F4字段為總線送往個(gè)寄存器的控制型號(hào)。F5字段用于控制ALU的各種運(yùn)算。F6字段提供存儲(chǔ)器的讀寫控制。F7字段用于暫存器LA的清除控制。F8字段用于存儲(chǔ)器與CPU的同步控制F9字段控制進(jìn)位操作。微程序控制器——微程序控制器舉例微程序流程分析這是一條雙操作數(shù)加法指令的微程序流程。微程序控制器——微程序控制器舉例PC→BUS,CLEARLABUS→MAR,1→C0READADDALU→LTLT→BUSBUS→PCWAITMDR→BUSBUS→IRRS→BUSBUS→SRRS→BUSBUS→MARREADWAITRS→BUS,CLEARLABUS→MAR,1→C0READADDALU→LTPC→BUS,CLEARLABUS→MAR,1→C0READADDALU→LT000001002003B100R102(R)112@(R)+122X(R)142A①④③②微程序控制器——微程序控制器舉例(R)+LT→BUSBUS→RSWAITLT→BUSBUS→PCWAITMDS→BUSBUS→MARREADWAITMDR→BUSBUS→LAMDR→BUSBUS→SRRS→BUSADDALU→LTLT→BUSBUS→MARREADWAIT①④③②143144145146124125直接間接D微程序控制器——微程序控制器舉例C200RD→BUSBUS→LARD→BUSBUS→MARREADWAITRD→BUS，CLEARLABUS→MAR，1→C0READ，ADDALU→LTPC→BUS，CLEARLABUS→MAR，1→C0READ，ADDALU→LTLT→BUSBUS→RDWAITLT→BUSBUS→PCWAITMDR→BUSBUS→MARREADWAITMDR→BUSBUS→LARD→BUSADDALU→LTMDR→BUSBUS→LALT→BUSBUS→MARREADWAIT200243244245246R202（R）212（R）+@(R)222D(R)242224直接B間接225微程序控制器——微程序控制器舉例CSR→BUSADDALU→LTLT→BUSBUS→MDRWRITELT→BUSBUS→RD270271272273微程序控制器——微程序控制器舉例F微指令地址微指令微命令形式

編碼形式F1F2F3F4F5F6F7F8F9000PC→BUS，BUS→MAR，READ，CLEARLA，1→C0，ADD，ALU→LT000101101000000001101001LT→BUS，BUS→PC，WAIT001100100000000000010002MDR→BUS，BUS→IR，001001000000000000000112RS→BUS，BUS→MAR，READ，WAIT010000001000000001010125MDR→BUS，BUS→SR001000000010000000000202RD→BUS，BUS→LA010100000001000000000270SR→BUS，ADD，ALU→LT011001100000000000000273LT→BUS，BUS→RD001110100000000000000微程序控制器——微程序控制器舉例指令“ADD(RS),RD”微程序?qū)嵗⒅噶畹刂返漠a(chǎn)生(微程序的順序控制)在本例中，微程序的入口地址由PLA產(chǎn)生，PLA的輸入為機(jī)器指令操作碼，輸出為該指令對(duì)應(yīng)的微程序入口地址。后繼微指令地址的產(chǎn)生分別采用計(jì)數(shù)器方式和斷定方式。微程序控制器——微程序控制器舉例計(jì)數(shù)器方式（第二種方式）其中，轉(zhuǎn)移控制字段3位，以滿足微程序順序執(zhí)行和無條件轉(zhuǎn)移及A、B、C、D、E、F六處分支條件轉(zhuǎn)移的要求。000順序執(zhí)行001由PLA根據(jù)機(jī)器指令操作碼產(chǎn)生微程序入口地址010由源操作數(shù)尋址方式?jīng)Q定后繼微指令地址011由目的操作數(shù)尋址方式?jīng)Q定后繼微指令地址100由結(jié)果方式?jīng)Q定后繼微指令地址101由源間接尋址方式約定后繼微指令地址111無條件轉(zhuǎn)移微程序控制器——微程序控制器舉例

Uop轉(zhuǎn)移控制微指令地址.微命令形式

轉(zhuǎn)移控制000PC→BUS，BUS→MAR，READ，CLEARLA，1→C0，ADD，ALU→LT000001LT→BUS，BUS→PC，WAIT000002MDR→BUS，BUS→IR，000003

001100112010112RS→BUS，BUS→MAR，READ，WAIT000113125111125MDR→BUS，BUS→SR000126200111200202011202RD→BUS，BUS→LA000203270111270SR→BUS，ADD，ALU→LT000271272100273LT→BUS，BUS→RD000274000111微程序控制器——微程序控制器舉例指令“ADD(RS),RD”微程序斷定方式微程序控制器——微程序控制器舉例

Uop測(cè)試判別字段下址字段測(cè)試字段3位，下址字段8位。微指令地址.微命令形式測(cè)試判別字段

轉(zhuǎn)移控制000PC→BUS，BUS→MAR，READ，CLEARLA，1→C0，ADD，ALU→LT000001001LT→BUS，BUS→PC，WAIT000002002MDR→BUS，BUS→IR，000003003

001000100

010102112RS→BUS，BUS→MAR，READ，WAIT000125125MDR→BUS，BUS→SR000200200

011202202RD→BUS，BUS→LA000270270SR→BUS，ADD，ALU→LT100272273LT→BUS，BUS→RD000000微程序控制器——微程序控制器舉例指令“ADD(RS)，RD”微程序?qū)嵗舅枷耄喊芽刂撇考闯勺鳛樯a(chǎn)專門固定時(shí)序控制信號(hào)的邏輯電路，而此邏輯電路以使用最少元件和取得最高操作速度為設(shè)計(jì)目標(biāo)。這種邏輯電路是一種由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的復(fù)雜樹形網(wǎng)絡(luò)，故稱為硬布線控制器。由于門電路多是組合邏輯電路所以也稱為組合邏輯控制器。硬布線控制器（組合邏輯控制器）硬布線控制器的結(jié)構(gòu)圖硬布線控制器組合邏輯線路指令譯碼器指令寄存器節(jié)拍電位/節(jié)拍脈沖發(fā)生器微操作控制信號(hào)結(jié)果反饋信息啟動(dòng)停止時(shí)鐘復(fù)位IR

M1MiT1Ti設(shè)計(jì)方法模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路全機(jī)采用中線結(jié)構(gòu)，分為內(nèi)部單總線和存儲(chǔ)器總線（系統(tǒng)總線），算邏部件，通用寄存器組等掛在內(nèi)部總線上，主存儲(chǔ)器M，I/O都掛在系統(tǒng)總線上。R0----R3為四個(gè)通用寄存器，Y連在ALU的一個(gè)輸入端上，Z是ALU的輸出寄存器，以便將結(jié)果輸出到內(nèi)部總線上。硬布線控制器硬布線控制器MARMDRMYZR0R1R2R3IRPCID邏輯網(wǎng)絡(luò)模8計(jì)數(shù)器ALU系統(tǒng)總線內(nèi)部總線控制信號(hào)尋址方式與指令系統(tǒng)硬布線控制器操作碼OP寄存器號(hào)（Ri）地址碼ADDR指令指令編碼操作功能LDRi，ADDR000RiADDRRi←（ADDR）STRRi，ADDR001RiADDRADDR←（Ri）