數(shù)字邏輯設(shè)計(jì) - 微程序控制器

微程序控制器數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)ASM流程圖

ASM流程圖描述的是順序事件，以及時(shí)序控制電路的狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的事件之間的時(shí)序關(guān)系。ASM流程圖由三部分組成：狀態(tài)框、判斷框和條件框?？蛴芍本€連接在一起，表示執(zhí)行的先后次序和當(dāng)狀態(tài)機(jī)工作時(shí)的狀態(tài)變化。狀態(tài)框：寄存器操作或?qū)?yīng)該狀態(tài)產(chǎn)生的控制輸出信號(hào)。狀態(tài)的名稱用符號(hào)給出，放在左上位置，代表狀態(tài)的二進(jìn)制碼放在框的右上角。判斷框：描述了輸入信號(hào)對(duì)控制子系統(tǒng)的作用，輸入可以是外部輸入、狀態(tài)、內(nèi)部信號(hào)。條件框：條件框的輸入路徑一定來自于判斷框的退出路徑。里面的寄存器操作或列出的輸出是在給定狀態(tài)下產(chǎn)生的，需要首先滿足輸入條件。

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1復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)Summer

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1控制器

數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程可分成兩個(gè)部分：

數(shù)據(jù)路徑中的寄存器傳輸設(shè)計(jì)和控制單元中的控制邏輯設(shè)計(jì)。

控制邏輯是一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)，其米里型和摩爾型輸出控制著數(shù)據(jù)

路徑中的操作。

控制單元的輸入是外部輸入，內(nèi)部狀態(tài)信號(hào)從數(shù)據(jù)路徑反饋到控

制電路。設(shè)計(jì)方法

采用序列寄存器/計(jì)數(shù)器和譯碼器

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使用寄存器產(chǎn)生控制狀態(tài)，使用譯碼器產(chǎn)生與每個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)

采用數(shù)據(jù)選擇器來設(shè)計(jì)

采用一位熱位設(shè)計(jì)（每個(gè)狀態(tài)用一個(gè)觸發(fā)器表示）

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在任意狀態(tài)下，只有一位位為“1”，而所有其他位保持為“0”

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不需要譯碼器

3復(fù)習(xí)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)用數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)控制器4Summer

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1yyzz

S_0S_1010

00S_30000

001

111

111S_2

1w

1

x設(shè)計(jì)方法：1）決定寄存器次態(tài)的數(shù)據(jù)選擇器2）保存現(xiàn)態(tài)的寄存器3）譯碼器，產(chǎn)生每個(gè)控制狀態(tài)對(duì)應(yīng)的輸出四個(gè)狀態(tài)和四個(gè)控制輸入數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)控制器Summer

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1S_311S_210yyzz

S_0S_10000000

001

11111w

1

x現(xiàn)態(tài)次態(tài)輸入條件輸入G1G0G1G0sMUX1MUX00000w’0w

1yz’+

yz

=

yy+y’z’=y+z’

x’

yzy’z+y’z’=y’5000111111011000111011011011101001101

w

x

x’

y’

yz’

yz

y’z

yy’z’數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)6Summer

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1微程序

微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解題程序的方法，把所有的操作控制信號(hào)匯集一起編碼成所謂的微指令，存放在一個(gè)存儲(chǔ)單元里。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一條又一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的各種操作控制信號(hào)，以控制各邏輯部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，我們把這種控制命令稱為微命令，而執(zhí)行部件接受微命令所執(zhí)行的操作叫作微操作。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)7Summer

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1微指令的典型結(jié)構(gòu)

微指令除給出微命令信息外，還應(yīng)給出測(cè)試判別信息。微指令中還包含一個(gè)下址字段，該字段將指明存儲(chǔ)器中下一條微指令的地址

。微程序是由若干條微碼指令組成的序列。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)8Summer

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1微程序控制器的一般結(jié)構(gòu)

控制存儲(chǔ)器存放微碼程序微命令寄存器當(dāng)前微碼指令的控制信息微地址寄存器存放下條微指令的地址地址轉(zhuǎn)移邏輯數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)9Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)和微程序編制

硬件設(shè)計(jì)選取存儲(chǔ)器和寄存器，設(shè)計(jì)地址轉(zhuǎn)移邏輯。

微程序設(shè)計(jì)需要確定微程序流程圖，即控制算法流程圖。例1按照數(shù)據(jù)通路，設(shè)計(jì)微指令格式，確定微程序控制器的基本方案。假定測(cè)試判別字段有2位，下址字段有4位。

（講義例7.11）數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)10Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例1數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例2

數(shù)字比較系統(tǒng)硬件框圖及ASM流程圖如圖7.26所示，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)其微程序控制器。微程序流程圖

11ASM流程圖硬件框圖數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)12Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例2-2

微指令格式

本系統(tǒng)中的控制信號(hào)只有3個(gè)，所以微命令字段為3位。加上

判別測(cè)試字段1位，下地址字段4位，故微指令字長(zhǎng)度為8位。當(dāng)前微地址微指令二進(jìn)制代碼微命令判別下地址000010000100010001000101010110001000100000110100數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)13Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例2-3微程序微程序控制器硬件結(jié)構(gòu)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例3-1

采用例8.13的數(shù)據(jù)通路和圖8.34所示的微指令格式，編制如下四種基本操作的微程序流程圖，并完成微地址轉(zhuǎn)移邏輯的設(shè)計(jì)。

00RAM

Rj(2)(從RAM中取數(shù)至R2)

01Ri(3)加Rj(4)

Rj(4)(R3，R4中二數(shù)算術(shù)加)

10Ri(6)

RAM(R6中的數(shù)存入RAM)

11Ri(7)

⊕Rj(8)(R7，R8中二數(shù)邏輯異)

假設(shè)條件：

(1)四種基本操作分別用4個(gè)狀態(tài)的編碼(00，01，10，11)來表示，該

編碼值由IR0和IR1兩個(gè)觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器提供。對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器的一

種狀態(tài)，則執(zhí)行相應(yīng)的一種基本操作；

(2)每當(dāng)一種基本操作結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加數(shù)而改變狀態(tài)。但操作

開始前計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)是隨機(jī)的，這意味著四種操作執(zhí)行的順序

可認(rèn)為是隨意的，但時(shí)間上必須是連續(xù)的；

(3)通用寄存器的選擇也是隨意的；

(4)向RAM中取數(shù)、存數(shù)的地址均由暫存器B給出。

14數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)15Summer

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1微程序控制器的設(shè)計(jì)例3-2微程序流程圖當(dāng)前微地址八進(jìn)制表示的微命令(26位)PP21下一微地址（4位）0000000000000011000100032400000400000100010000002600001101001001716400000010001031000044000011010103240000040001100011001130000000100010037400001000011010110017370000001010101