CPU基本組成模型(寄存器組成

1、第三章第三章 CPUCPU原理原理v 掌握：掌握： CPUCPU基本組成模型（寄存器組成、數(shù)據(jù)通路結構），同基本組成模型（寄存器組成、數(shù)據(jù)通路結構），同步控制方式與常見時序信號，微命令（脈沖、電位），步控制方式與常見時序信號，微命令（脈沖、電位），熟練掌握指令流程（能擬出給定指令的流程）。熟練掌握指令流程（能擬出給定指令的流程）。v理解：理解： 進位鏈，進位鏈，ALUALU組成，補碼加減，移位，浮點加減，無符組成，補碼加減，移位，浮點加減，無符號數(shù)一位乘、除，組合邏輯控制器（產生微命令方法、號數(shù)一位乘、除，組合邏輯控制器（產生微命令方法、優(yōu)缺點），微程序控制器（基本思想、優(yōu)缺點）。優(yōu)缺點），微

2、程序控制器（基本思想、優(yōu)缺點）。v了解：了解： 十進制運算，浮點乘、除法，微指令格式、編碼方法、十進制運算，浮點乘、除法，微指令格式、編碼方法、順序控制方法。順序控制方法。 3-1 3-1 運算器運算器v運算器包含：運算器包含： ALU、用于運算的寄存器；、用于運算的寄存器；v控制器包含：微操作信號發(fā)生器、時序系統(tǒng)、用于運控控制器包含：微操作信號發(fā)生器、時序系統(tǒng)、用于運控 制的寄存器。制的寄存器。 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 寄存器寄存器 控制器控制器 運算器運算器 （ALU） CPU3-1 3-1 運算器運算器vCPU的功能的功能數(shù)據(jù)加工（運算器）數(shù)據(jù)加工（運算器）對數(shù)據(jù)進行算術和邏輯運算處理；對數(shù)據(jù)

3、進行算術和邏輯運算處理；指令控制（控制器）指令控制（控制器）指令的執(zhí)行次序，嚴格按順序；指令的執(zhí)行次序，嚴格按順序；操作控制（控制器）操作控制（控制器）由指令產生操作控制信號由指令產生操作控制信號/微命令；微命令；時間控制（控制器）時間控制（控制器）對各種操作實施時間上的控制對各種操作實施時間上的控制/時序；時序；v算術邏輯運算部件算術邏輯運算部件ALUALU的主要作用完成二進制代碼的定點算術運算和邏輯運算。的主要作用完成二進制代碼的定點算術運算和邏輯運算。ALU 的的核心是加法器。核心是加法器。加法器加法器 全加器全加器 Ai Bi Ci i, C i +1 可以用兩個半加器構成的全加器可以

4、用兩個半加器構成的全加器; I= Ai Bi Ci Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci+3-1 3-1 運算器運算器并行加法器的進位并行加法器的進位 并行加法器：并行加法器：N位同時進行，由進位鏈實現(xiàn)進位信號位同時進行，由進位鏈實現(xiàn)進位信號Ci的傳遞。的傳遞。 設：設：A=An-1An-2Ai.A1A0 B=Bn-1Bn-2Bi.B1B0 則：則：Ci+1= AiBi+(Ai Bi) Ci 令：令： Gi= AiBi Pi= Ai Bi 于是：于是： Ci+1= Gi+ Pi Ci串行進位：使用進位線將串行進位：使用進位線將n個全加器串接起來，進位延遲時間較長。節(jié)個全加器串接起來，進位

5、延遲時間較長。節(jié)省器件，成本低。省器件，成本低。+3-1 3-1 運算器運算器并行進位：各級進位信號同時形成，增加硬件邏輯線路，有效地減少并行進位：各級進位信號同時形成，增加硬件邏輯線路，有效地減少進位延遲時間。（同時進位）進位延遲時間。（同時進位） （見（見P61 圖圖3-3）以）以4位加法為例位加法為例C1=G0+P0C0C2=G1+P1C1 = G1 +P1G0 +P1P0C0C3=G2+P2C2 =。C4=G3+P3C3 =。 通過上式可以發(fā)現(xiàn)通過上式可以發(fā)現(xiàn)Ci可同時形成?？赏瑫r形成。 對于長字長的加法器通常采用分組進位結構：對于長字長的加法器通常采用分組進位結構：組內并行、組間串行

6、進位鏈組內并行、組間并行進位鏈vALU 舉例舉例SN74181介紹介紹 （見（見P62 圖圖3-4）內部結構；）內部結構； 功能：功能：4位位ALU 完成完成16種算術邏輯運算；種算術邏輯運算；4片片SN74181和和1片片SN74182組成一個組成一個16位的組間并行進位位的組間并行進位ALU。 （見（見P63 圖圖3-6 ）3-2 3-2 運算方法運算方法v定點加減運算定點加減運算原碼加減原碼加減 由操作碼、操作數(shù)的符號決定最終的操作，結果的符號判斷復雜；由操作碼、操作數(shù)的符號決定最終的操作，結果的符號判斷復雜； 繁瑣，硬件復雜；繁瑣，硬件復雜；補碼加減補碼加減 X + Y補補= X補補+

7、Y補補 X - Y補補= X補補+-Y補補 補碼表示，符號參加運算，結果為補碼表示；補碼表示，符號參加運算，結果為補碼表示； 例例X補補= 00110110 Y補補= 11001101 X + Y補補 X - Y補補 00110110 00110110 + 11001101 + 00110011 1 00000011 011010013-2 3-2 運算方法運算方法溢出的判斷溢出的判斷 運算結果為正，且大于所能表達的最大正數(shù)，稱為正溢出；運算結果為正，且大于所能表達的最大正數(shù)，稱為正溢出； 運算結果為負，且小于所能表達的最小負數(shù)，稱為負溢出；運算結果為負，且小于所能表達的最小負數(shù)，稱為負溢出；

8、 溢出判斷方法：溢出判斷方法： P66單符號位判斷單符號位判斷 溢出溢出=An Bn Sn+ AnBnSn最高有效位的進位判斷最高有效位的進位判斷 P67變形補碼（雙符號位）變形補碼（雙符號位）00為正，為正，11為負（運算時擴充）為負（運算時擴充）結果結果01正溢出，正溢出，10負溢出（判斷）負溢出（判斷）v例例 P67 變形補碼變形補碼 v請同學們練習請同學們練習vP111 第第3題題 （2）v 第第4題題 （2）3-2 3-2 運算方法運算方法v移位移位邏輯移位、循環(huán)移位和算術移位；邏輯移位、循環(huán)移位和算術移位； 邏輯移位邏輯移位 無數(shù)值意義的二進制碼，左移時低位補無數(shù)值意義的二進制碼，

9、左移時低位補0，右移時高位，右移時高位補補0； 循環(huán)移位循環(huán)移位 閉合移位環(huán)路閉合移位環(huán)路 算術移位算術移位 帶符號數(shù)的移位，左移一位相當于乘帶符號數(shù)的移位，左移一位相當于乘2，右移一位相當，右移一位相當于除于除2；原碼P68補碼右移補碼左移v浮點加減運算浮點加減運算規(guī)格化浮點數(shù)具有唯一的表示形式和最長的有效位；規(guī)格化浮點數(shù)具有唯一的表示形式和最長的有效位；運算與實現(xiàn)運算與實現(xiàn) （例（例 P70） X=Mx*2Ex ，Y=My * 2Ey 對階操作：小階向大階看齊，尾數(shù)右移；求對階操作：小階向大階看齊，尾數(shù)右移；求E=Ex-Ey 尾數(shù)相加減：定點數(shù)的加減；尾數(shù)相加減：定點數(shù)的加減； 規(guī)格化和判

10、溢規(guī)格化和判溢 舍入：常用恒置舍入：常用恒置1法法3-2 3-2 運算方法運算方法v課本課本P111 第第5題題解：解：E X補補=11，01 M X補補=00.110111 E Y補補=11，10 M Y補補=11. 010111 E 補補=E x補補+-Ey 補補=1101+0010=1111 E=-1，故，故X的階碼較小，要對階的階碼較小，要對階 尾數(shù)尾數(shù)M X補補右移一位，階碼右移一位，階碼E X補補加加1，得，得 E X補補=11,10 M X補補=00.011100（1入）入） 尾數(shù)求和：尾數(shù)求和： M X補補+ M Y補補= 11.110011 尾數(shù)為非規(guī)格化數(shù)，需要左規(guī)，即尾數(shù)

11、左移兩位，階碼減尾數(shù)為非規(guī)格化數(shù)，需要左規(guī)，即尾數(shù)左移兩位，階碼減2，即，即 X浮浮+ Y浮浮=1100；11.001100 v十進制加減運算十進制加減運算轉換為二進制后進行運算；轉換為二進制后進行運算；BCD碼運算碼運算 BCD碼指令碼指令 二進制碼指令，然后進行校正（加二進制碼指令，然后進行校正（加6校正）校正）3-2 3-2 運算方法運算方法v定點數(shù)乘除運算定點數(shù)乘除運算無符號數(shù)手算算法無符號數(shù)手算算法無符號數(shù)一位乘法思想：將無符號數(shù)一位乘法思想：將N位乘轉換為位乘轉換為N次累加與移位，即每次只求次累加與移位，即每次只求一位乘數(shù)所對應的新部分積，并與原來部分積作一次累加，然后右移一位乘數(shù)

12、所對應的新部分積，并與原來部分積作一次累加，然后右移一位。一位。P73 硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn) 圖圖3-93-2 3-2 運算方法運算方法v 運算過程舉例：運算過程舉例： P111第第6題題 （1） B：1001被乘數(shù)被乘數(shù) A：0000 C：1101乘數(shù)乘數(shù)00001101 C0=1累加累加1+B10011001移位移位1 01001110C0=0累加累加2 +000000100移位移位2 00100111C0=1累加累加3 +B10011011 移位移位3 01011011C0=1累加累加4 +B10011110移位移位4 01110101 （結果）（結果）3-2 3-2 運算方法運算方法無符號

13、整數(shù)一位除法無符號整數(shù)一位除法 無符號整數(shù)手算算法無符號整數(shù)手算算法 從被除數(shù)或余數(shù)中減去除數(shù)，然后判斷，夠減商1，否則商0；硬件邏輯線路判斷恢復余數(shù)法：試探v 除法手工算法除法手工算法01101v 0.1011 0.10010v -0.01011 除數(shù)右移除數(shù)右移1位，減位，減v 0.001110v - 0.001011 除數(shù)右移除數(shù)右移1位，減位，減v 0.0000110v 0.0001011 除數(shù)右移除數(shù)右移1位，不減位，不減v 0.00001100v -0.00001011 除數(shù)右移除數(shù)右移1位，減位，減v 0.000000013-2 3-2 運算方法運算方法v不恢復余數(shù)除法不恢復余數(shù)

14、除法當余數(shù)當余數(shù)A0時，商時，商1，下一步，下一步A左移一位，然后減去除數(shù)左移一位，然后減去除數(shù)B；若余數(shù)若余數(shù)A0時，商時，商0，下一步左移一位，然后加除數(shù)，下一步左移一位，然后加除數(shù)B；除數(shù)除數(shù)N位，以上操作做位，以上操作做N步；步； P76 圖圖3-12v浮點數(shù)乘除運算浮點數(shù)乘除運算乘法乘法階碼相加，判溢出；尾數(shù)相乘；規(guī)格化。除法除法預置：檢測除數(shù)、被除數(shù)是否為0；尾數(shù)調整：預防溢出；求階差；尾數(shù)相除。3-3 3-3 模型機模型機CPUCPUv一、一、CPU模型模型v基本組成：基本組成：控制器：控制計算機內部各個部件的操作控制器：控制計算機內部各個部件的操作 指令譯碼器（指令譯碼器（IR

15、），時序系統(tǒng)，微操作信號發(fā)生器；），時序系統(tǒng)，微操作信號發(fā)生器； 運算部件運算部件ALU：實現(xiàn)指令指令指定的算術、邏輯操作：實現(xiàn)指令指令指定的算術、邏輯操作 ALU 寄存器：存放指令地址、指令、操作數(shù)、結構等寄存器：存放指令地址、指令、操作數(shù)、結構等 R0R3， C，D，Z，IR， PC， PSW，SP，MAR，MDR CPU內部總線、數(shù)據(jù)通路：連接內部總線、數(shù)據(jù)通路：連接CPU內各部件，為數(shù)據(jù)傳送提供數(shù)據(jù)內各部件，為數(shù)據(jù)傳送提供數(shù)據(jù)通路通路 ALU總線，系統(tǒng)總線，傳輸控制門等；總線，系統(tǒng)總線，傳輸控制門等；v結構圖結構圖 如下如下: 說明：實際的機器要繁雜的多，例子是精簡過了的，只有骨髓3-

16、3 3-3 模型機模型機CPUCPUv基本工作原理基本工作原理 控制器是全機的指揮控制中心，其基本功能是執(zhí)行指令，由微操作控制器是全機的指揮控制中心，其基本功能是執(zhí)行指令，由微操作信號發(fā)生器根據(jù)指令產生控制信號序列以命令相應部件分布完成指信號發(fā)生器根據(jù)指令產生控制信號序列以命令相應部件分布完成指定的工作；定的工作； 控制器既可以控制控制器既可以控制CPU內部的數(shù)據(jù)傳送，使內部的數(shù)據(jù)傳送，使ALU完成指定功能和完成指定功能和其他內部操作，也可以向其他內部操作，也可以向CPU外部發(fā)出控制信號，控制外部發(fā)出控制信號，控制CPU與存與存儲器或儲器或I/O設備之間的數(shù)據(jù)傳送。設備之間的數(shù)據(jù)傳送。 微操作

17、命令是最基本的控制信號，通常直接作用于部件或控制門電微操作命令是最基本的控制信號，通常直接作用于部件或控制門電路的控制信號，簡稱微命令。有電位型和脈沖型。路的控制信號，簡稱微命令。有電位型和脈沖型。3-3 3-3 模型機模型機CPUCPUv這些寄存器中：這些寄存器中：存放控制信息的寄存器：存放控制信息的寄存器： 指令寄存器指令寄存器IR 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW 存放數(shù)據(jù)的寄存器：存放數(shù)據(jù)的寄存器： 通用寄存器通用寄存器R0R3 暫存器暫存器C、D、Z 堆棧指針堆棧指針SP 與主存接口連接的寄存器：與主存接口連接的寄存器： 存儲器地址寄存器存儲器地址寄存器MAR 存

18、儲數(shù)據(jù)緩沖寄存器存儲數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDR其中：每個寄存器均為其中：每個寄存器均為16位，位，D觸發(fā)器，觸發(fā)器，D端輸入數(shù)據(jù)，端輸入數(shù)據(jù)，CPU脈沖有脈沖有效時，數(shù)據(jù)進入寄存器效時，數(shù)據(jù)進入寄存器3-3 3-3 模型機模型機CPUCPUv（一）寄存器（一）寄存器1、通用寄存器：、通用寄存器： R0 R1 R2 R3 特點：可編程訪問，有多種用途（具體由編程指定，如：可存放操特點：可編程訪問，有多種用途（具體由編程指定，如：可存放操 作數(shù)，結果，也可用作變址寄存器、地址指針和計數(shù)器等）作數(shù)，結果，也可用作變址寄存器、地址指針和計數(shù)器等） 2、暫存器、暫存器 C：暫存來自主存單元的內容：暫存來自主存

19、單元的內容 不能放到通用寄存器，會破壞其原有的內容不能放到通用寄存器，會破壞其原有的內容 D：暫存一個送入：暫存一個送入ALU的操作數(shù)，具有左右移功能的操作數(shù)，具有左右移功能 Z：存放：存放ALU運算結果運算結果 暫存器暫存器C、D、Z的特點：對程序員透明，不能編程訪問。（因為的特點：對程序員透明，不能編程訪問。（因為它們它們 沒有地址編號，執(zhí)行時會隱含使用它們）沒有地址編號，執(zhí)行時會隱含使用它們） 3、IR指令寄存器：指令寄存器： 存放正在執(zhí)行的一條指令存放正在執(zhí)行的一條指令 特點：不能編程訪問特點：不能編程訪問 （從主存中取出一條指令放在（從主存中取出一條指令放在IR中，指令譯碼器對其進行

20、分析）中，指令譯碼器對其進行分析）4、PC程序計數(shù)器程序計數(shù)器3-3 3-3 模型機模型機CPUCPU 提供指令的地址，具有加提供指令的地址，具有加1計數(shù)的功能計數(shù)的功能 有轉移指令時，由指令將下條指令地址放到有轉移指令時，由指令將下條指令地址放到PC中中 5、PSW 程序狀態(tài)字寄存器程序狀態(tài)字寄存器PS 存放現(xiàn)行程序的運行狀態(tài)和工作方式，內容稱為程序狀態(tài)字存放現(xiàn)行程序的運行狀態(tài)和工作方式，內容稱為程序狀態(tài)字PSW PSW包括：包括： 結果標志：近位標志結果標志：近位標志C，溢出標志，溢出標志V，結果為，結果為0標志標志Z，結果為負標，結果為負標 志志S，奇偶標志，奇偶標志P 編程設定標志：單

21、步標志編程設定標志：單步標志T，中斷標志，中斷標志I（允許（允許CPU響應外部中斷請響應外部中斷請求）求）6、SP堆棧指針堆棧指針 SP用來存放棧頂單元的地址用來存放棧頂單元的地址 特點：可編程訪問（有寄存器地址）特點：可編程訪問（有寄存器地址） 7、與主存接口的寄存器、與主存接口的寄存器 MAR：存放：存放CPU訪問主存訪問主存 或或I/O接口的地址接口的地址 MDR：存放：存放CPU與主存或與主存或I/O接口之間傳送的數(shù)據(jù)接口之間傳送的數(shù)據(jù)3-3 3-3 模型機模型機CPUCPUv（二）（二）ALU運算部件運算部件ALU內部采用內部采用SN74181芯片，也是芯片，也是16位?？赏瓿晌?。可

22、完成ADD、SUB、AND 、OR、XOR、COM、NEG、A1、A1、B1、B1的運算功能的運算功能v （三）控制部件（三）控制部件 微操作信號發(fā)生器、指令譯碼器、時序系統(tǒng)產生控制信號、控制微操作信號發(fā)生器、指令譯碼器、時序系統(tǒng)產生控制信號、控制CPU 內部和外部各部件的操作內部和外部各部件的操作 控制部件產生的控制信號控制部件產生的控制信號向向CPU內部發(fā)送：控制寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送、內部發(fā)送：控制寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送、ALU的運算的運算向向CPU外部發(fā)送：外部發(fā)送：CPU與存儲器之間與存儲器之間 CPU與與I/O接口之間的信息傳送接口之間的信息傳送 微操作信號發(fā)生器微操作信號發(fā)生器 控制

23、信號控制信號 時序系統(tǒng)時序系統(tǒng) 及外部的控制信號及外部的控制信號 譯碼器譯碼器 PSW3-3 3-3 模型機模型機CPUCPUv（四）總線與數(shù)據(jù)通路結構（四）總線與數(shù)據(jù)通路結構（1）ALU總線又稱為總線又稱為CPU內總線內總線 CPU內部設置一組內部設置一組16位雙向總線，連接位雙向總線，連接ALU與各寄存器與各寄存器 （各寄存器連在（各寄存器連在ALU總線上，總線上，ALU分時共享）分時共享）（2）系統(tǒng)總線）系統(tǒng)總線CPU、主存儲器、主存儲器、I/O接口都是連接在系統(tǒng)總線上接口都是連接在系統(tǒng)總線上包括：包括：16根地址總線、根地址總線、 16根數(shù)據(jù)總線、控制總線根數(shù)據(jù)總線、控制總線 通過通過

24、MAR向地址總線提供訪問主存單元或向地址總線提供訪問主存單元或I/O接口地址接口地址 通過通過MDR向數(shù)據(jù)總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)向數(shù)據(jù)總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 主要用來提供主要用來提供CPU與主存儲器、與主存儲器、CPU與接口之間數(shù)據(jù)傳送的通路與接口之間數(shù)據(jù)傳送的通路v二、模型機中的數(shù)據(jù)傳送二、模型機中的數(shù)據(jù)傳送1、寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送、寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送 直接通過直接通過ALU總線傳送數(shù)據(jù)，具體傳送由輸出門和打入脈沖控制總線傳送數(shù)據(jù)，具體傳送由輸出門和打入脈沖控制操作：操作： Ri Rj路徑：路徑： Ri ，ALU總線總線, Rj 控制信號序列：控制信號序列：Riout ， CPRj3-3 3-3

25、模型機模型機CPUCPU2、主存到主存到CPU的數(shù)據(jù)傳送（通過系統(tǒng)總線傳送）的數(shù)據(jù)傳送（通過系統(tǒng)總線傳送） 例：存儲器中取指令到指令寄存器例：存儲器中取指令到指令寄存器IR 操作：操作： M IR（地址在（地址在PC中）中） 路徑：路徑：PC, ALU總線，總線，MAR，AB，M， DB， MDR， ALU總線，總線， IR 控制信號序列：控制信號序列： PC out , CPMAR , EMAR , RD, SMAR, MDR out , CPIR3、CPU數(shù)據(jù)寫入主存數(shù)據(jù)寫入主存通過系統(tǒng)總線傳送數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)總線傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)在R2中，存儲單元地址在中，存儲單元地址在R1中，將數(shù)據(jù)寫入存

26、儲器的步驟中，將數(shù)據(jù)寫入存儲器的步驟（1）R1MAR（2）R2MDR（3）MDRM MAR MDR ALU總線總線 R1 R23-3 3-3 模型機模型機CPUCPU4、執(zhí)行算術或邏輯操作、執(zhí)行算術或邏輯操作 要求一個操作數(shù)在要求一個操作數(shù)在D中，另一個操作數(shù)來自內總線中，另一個操作數(shù)來自內總線 R1R2R3 ALU總線總線 D 1 R1 A B 2 ALU R2 3 Z 4 R33-4 3-4 指令的執(zhí)行過程指令的執(zhí)行過程v一、指令的執(zhí)行過程一、指令的執(zhí)行過程執(zhí)行過程分執(zhí)行過程分3個階段個階段 取指令：取指令：PC提供地址的內存單元到提供地址的內存單元到IR；PC提供地址；從提供地址；從M中

27、取出指令到中取出指令到IR；修改；修改PC內容指向下條指令地址內容指向下條指令地址 分析指令：由分析指令：由IR中的指令產生微操作命令序列；中的指令產生微操作命令序列； 執(zhí)行指令執(zhí)行指令取操作數(shù)執(zhí)行操作形成后繼地址指令間的銜接方式指令間的銜接方式 串行的順序方式串行的順序方式完成一條指令的執(zhí)行后才開始取下一條指令；控制簡單，效率低。 并行的重疊方式并行的重疊方式在分析執(zhí)行一條指令運算的同時，預讀取下一條指令；（前提執(zhí)行分段）提高了效率和運算速度，流水線支持。3-4 3-4 時序控制方式時序控制方式v二、時序控制方式二、時序控制方式 是指微操作與時序信號之間采取何種關系是指微操作與時序信號之間采

28、取何種關系 每一條機器指令都可以分解為一個控制信號序列，指令的執(zhí)行過程每一條機器指令都可以分解為一個控制信號序列，指令的執(zhí)行過程就就 是依次執(zhí)行一個控制信號序列的過程，各步操作是有先后次序的，是依次執(zhí)行一個控制信號序列的過程，各步操作是有先后次序的，因因 此引入時序信號控制。此引入時序信號控制。1、同步控制方式：、同步控制方式： 每條指令的執(zhí)行和指令中各個微操作都由統(tǒng)一的時序信號同每條指令的執(zhí)行和指令中各個微操作都由統(tǒng)一的時序信號同步控制；步控制； 基本特征：操作時間被分成若干長度相同的時鐘周期基本特征：操作時間被分成若干長度相同的時鐘周期/節(jié)拍節(jié)拍，所有微操作被按時間順序先后分配到各個節(jié)拍上

29、完成，所有微操作被按時間順序先后分配到各個節(jié)拍上完成； 節(jié)拍長度：定為完成節(jié)拍長度：定為完成CPU內部花費時間最長的微操作內部花費時間最長的微操作 優(yōu)點：控制集中，簡單，設計實現(xiàn)容易。優(yōu)點：控制集中，簡單，設計實現(xiàn)容易。 2、同步控制方式的多極時序系統(tǒng)、同步控制方式的多極時序系統(tǒng)在在CPU中為實現(xiàn)同步控制，必須設置時序系統(tǒng)，產生統(tǒng)一的時序信號中為實現(xiàn)同步控制，必須設置時序系統(tǒng)，產生統(tǒng)一的時序信號（1）多級時序的概念：將時序信號劃分為幾級）多級時序的概念：將時序信號劃分為幾級 指令周期：指令周期：3-4 3-4 時序控制方式時序控制方式指令周期：從取指到指令執(zhí)行完成所需的時間，指令不同長度指令周

30、期：從取指到指令執(zhí)行完成所需的時間，指令不同長度不同。不同。CISC機器周期：一個指令周期通常劃分為若干個機器周期機器周期：一個指令周期通常劃分為若干個機器周期/CPU周期周期；如：取指周期，存儲器寫周期和存儲器讀周期等。；如：取指周期，存儲器寫周期和存儲器讀周期等。時鐘周期：一個機器周期又含若干個相等的時間段，稱時鐘周時鐘周期：一個機器周期又含若干個相等的時間段，稱時鐘周期期/節(jié)拍，它是處理操作的最小單位；節(jié)拍，它是處理操作的最小單位；時鐘脈沖：時序系統(tǒng)的基本定時信號，時鐘周期的寬度與時鐘時鐘脈沖：時序系統(tǒng)的基本定時信號，時鐘周期的寬度與時鐘脈沖的周期一致，由時鐘脈沖的后沿實現(xiàn)周期切換。脈沖

31、的周期一致，由時鐘脈沖的后沿實現(xiàn)周期切換。3-4 3-4 時序控制方式時序控制方式異步控制方式異步控制方式 指令的指令周期可以由不等的機器周期數(shù)組成，無固定的周指令的指令周期可以由不等的機器周期數(shù)組成，無固定的周期節(jié)拍；期節(jié)拍； 無統(tǒng)一的時序，各操作之間的銜接通過無統(tǒng)一的時序，各操作之間的銜接通過“結束結束-起始起始”聯(lián)絡聯(lián)絡信號實現(xiàn)；信號實現(xiàn)；聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式 以上兩種方式的結合以上兩種方式的結合組合邏輯控制器組合邏輯控制器 按產生控制信號的方式不同，控制器可以分為組合邏輯按產生控制信號的方式不同，控制器可以分為組合邏輯控制器和微程序控制器兩種類型?？刂破骱臀⒊绦蚩刂破鲀煞N類型。 第

32、五節(jié)以組合邏輯控制器為例，討論模型機的指令系統(tǒng)第五節(jié)以組合邏輯控制器為例，討論模型機的指令系統(tǒng)、時序系統(tǒng)和指令執(zhí)行流程以及微命令的產生等情況。、時序系統(tǒng)和指令執(zhí)行流程以及微命令的產生等情況。 第六節(jié)介紹微程序控制器。第六節(jié)介紹微程序控制器。3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v一、指令格式一、指令格式 見見P87雙操作數(shù)指令雙操作數(shù)指令 如：如：ADD，SUB，MOV等等單操作數(shù)指令單操作數(shù)指令 如：如：INC，DEC等等轉移指令轉移指令 如：如：JMP，JSR等等可編程寄存器有七個，編號如下：可編程寄存器有七個，編號如下： 通用寄存器通用寄存器 R0

33、R3 000011 堆棧指針堆棧指針 SP 100 程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字 PSW 101 程序計數(shù)器程序計數(shù)器 PC 1113 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v 二、尋址方式二、尋址方式 模型機采用按字編址，字長模型機采用按字編址，字長16位，主存每個單元位，主存每個單元16位。采用定字長指位。采用定字長指 令格式，指令字長令格式，指令字長16位，操作數(shù)字長位，操作數(shù)字長16位位 （1）立即數(shù)尋址方式；（）立即數(shù)尋址方式；（2）寄存器尋址方式；）寄存器尋址方式； （3）存儲器尋址方式：）存儲器尋址方式： 直接尋址方式直接尋址方式 寄存器間接尋址方式寄存器間接尋址方式 自減型寄存器間址

34、方式自減型寄存器間址方式 自增型寄存器間址方式自增型寄存器間址方式 變址方式變址方式v 模型機尋址方式簡表模型機尋址方式簡表 類型類型 尋址方式尋址方式 匯編符號匯編符號 可指定寄存器可指定寄存器 0型型 寄存器尋址寄存器尋址 R R0R3，SP，PSW 1型型 寄存器間址寄存器間址 (R) R0R3，SP 2型型 自減型寄存器間址自減型寄存器間址 - (R) R0R3，SP 3型型 自增型寄存器間址自增型寄存器間址 (R)+ R0R3，SP，PC 3型型 立即數(shù)尋址立即數(shù)尋址 (R)+/PC R0R3，SP，PC 4型型 直接尋址直接尋址 DI PC 5型型 變址尋址變址尋址 X (R) R

35、0R3，SP，PC3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v例子例子指令指令“ADD R0， R1”：（將：（將R1和和R2的內容相加，結果放到的內容相加，結果放到R0中）中）例如例如：MOV R1，（，（R3） 寄存器尋址方式寄存器尋址方式 寄存器間址尋址方式寄存器間址尋址方式 000 001 000 011 001 操作碼操作碼 目的目的 源源 例如：立即尋址例如：立即尋址 MOV R1MOV R1，（，（PCPC） PC PC 操作碼、尋址操作碼、尋址 PC+1 PC+1 立即數(shù)立即數(shù) MOV R1MOV R1，（，（PCPC） PC+1 PC+1 下條指令下條指令 3 35 5模型

36、機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)例如：例如：MOV R1，DI 從存儲器取得指令，從存儲器取得指令，PCPC1 1PCPC，取操作數(shù)地址，取操作數(shù)地址CPUCPU存儲器，獲得存儲器，獲得操作數(shù)，放入操作數(shù)，放入R1.R1. 例如：例如：MOV R1，X（R2） PC 操作碼、尋址 位移量 下一條指令 （R2） 位移量位移量 操作數(shù) 獲得指令獲得指令CPUCPU；PCPC1 1 PCPC；按；按PCPC地址取出位移量地址取出位移量R2R2；按此地址；按此地址 獲得操作數(shù)。獲得操作數(shù)。3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v三、操作類型三、操作類型P901、傳送指令傳送指令 MOV傳送，操作碼傳

37、送，操作碼00000000 功能：實現(xiàn)立即數(shù)功能：實現(xiàn)立即數(shù)R R，立即數(shù)，立即數(shù)M，R R，R M，M R， M M，堆棧操作，堆棧操作，I/O操作。操作。 2、雙操作數(shù)算術運算邏輯指令、雙操作數(shù)算術運算邏輯指令 ADD加，操作碼加，操作碼0001 SUB減，操作碼減，操作碼0010 AND邏輯與，操作碼邏輯與，操作碼0011 OR 邏輯或，操作碼邏輯或，操作碼0100 EOR異或，操作碼異或，操作碼0101 3、單操作數(shù)算術邏輯指令、單操作數(shù)算術邏輯指令 COM求反，操作碼求反，操作碼0110 NEG求補，操作碼求補，操作碼0111 ING加加1，操作碼，操作碼1000 DEC減減1，操作

38、碼，操作碼1001 SL左移，操作碼左移，操作碼1010 SR右移，操作碼右移，操作碼10113 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)4、程序控制類指令、程序控制類指令 （1）轉移指令）轉移指令JMP，操作碼，操作碼1100 15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 0 操作碼操作碼 寄存器號寄存器號 尋址方式尋址方式 N Z V C 轉移地址 轉移條件 05全全0，表示無條件轉移，表示無條件轉移 000001，C0轉移轉移 100001，C1轉移轉移 000010，V0轉移轉移 100010，V1轉移轉移 000100，Z0轉移轉移 100100，Z1轉移轉移 001000，N0

39、轉移轉移 101000，N1轉移轉移3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng) （2）轉子指令）轉子指令JSR，操作碼，操作碼1101 執(zhí)行執(zhí)行JSR指令時，將返回地址壓入棧保存，然后按尋址方式獲得子指令時，將返回地址壓入棧保存，然后按尋址方式獲得子 程序入口地址送入程序入口地址送入PC中。中。 （3）返回指令）返回指令RST，操作碼，操作碼1100 RST的功能是從棧頂取出返回地址送入的功能是從棧頂取出返回地址送入PC，因此只能使用自增型，因此只能使用自增型 寄存器間址，且指定寄存器為寄存器間址，且指定寄存器為SP “JMP （SP）”指令完全等效指令完全等效RST的功能。的功能。v四、指

40、令流程四、指令流程一、模型機時序一、模型機時序 三級時序：工作周期、節(jié)拍（時鐘周期）、工作脈沖三級時序：工作周期、節(jié)拍（時鐘周期）、工作脈沖1、工作周期、工作周期 取指周期取指周期FT 源周期源周期ST 目的周期目的周期DT 用于控制指令的正常執(zhí)行用于控制指令的正常執(zhí)行 執(zhí)行周期執(zhí)行周期ET 中斷周期中斷周期IT DMA周期周期DMA 用于控制用于控制I/O傳送傳送3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)設置設置6個觸發(fā)器，分別作為個觸發(fā)器，分別作為6個周期狀態(tài)標志個周期狀態(tài)標志1，表示工作周期開始，表示工作周期開始0，表示工作周期結束，表示工作周期結束在指令執(zhí)行過程中，任何時候只能有一個

41、觸發(fā)器為“1”。 FTSTDTETDMA請求DMATY中斷請求NDMAT轉移指令單操作數(shù)指令雙操作數(shù)指令FT：訪存、取指令、修改：訪存、取指令、修改PC公操作公操作ST：按源尋址方式形成源地址，：按源尋址方式形成源地址，取出源操作數(shù)，存放于暫存器取出源操作數(shù)，存放于暫存器C中。中。YNDT：按目的尋址方式形成目的：按目的尋址方式形成目的地址，或取目的操作數(shù)，存放地址，或取目的操作數(shù)，存放于暫存器于暫存器D中。中。ET：將操作碼完成相應操作：將操作碼完成相應操作（傳送、運算）（傳送、運算）按操作碼完成相應操作（傳送、運算）按操作碼完成相應操作（傳送、運算）轉移地址送轉移地址送PC，返回地址壓棧保

42、存。，返回地址壓棧保存。3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)2、時鐘周期（節(jié)拍、時鐘周期（節(jié)拍T） 節(jié)拍時間：訪問一次主存的時間。節(jié)拍時間：訪問一次主存的時間。 （可以向存儲器寫入，從存儲器讀出，（可以向存儲器寫入，從存儲器讀出，CPUCPU內存儲器之間的傳送，內存儲器之間的傳送， CPUCPU寄存器內部之間的時間比向存儲器寫入的時間要短，但經常采寄存器內部之間的時間比向存儲器寫入的時間要短，但經常采 用寄存器之間傳送的時間）用寄存器之間傳送的時間） 每個工作周期又劃分為若干節(jié)拍；每個工作周期又劃分為若干節(jié)拍； 同樣的時鐘周期，不同的指令所需的節(jié)拍數(shù)各異；同樣的時鐘周期，不同的指令所需

43、的節(jié)拍數(shù)各異； 節(jié)拍發(fā)生器由計數(shù)器節(jié)拍發(fā)生器由計數(shù)器T和節(jié)拍譯碼器組成；和節(jié)拍譯碼器組成；T=0開始計數(shù)，若工作開始計數(shù)，若工作 周期要延長則發(fā)周期要延長則發(fā)T+1命令繼續(xù)計數(shù)，工作周期完成發(fā)命令繼續(xù)計數(shù)，工作周期完成發(fā)T=0復位命令。復位命令。 譯碼產生節(jié)拍狀態(tài)譯碼產生節(jié)拍狀態(tài)T0，T1，T2，等作為操作的時間標志。等作為操作的時間標志。工作周期結束時工作周期結束時T T清零清零 3 3、工作脈沖、工作脈沖P P每個節(jié)拍結束時設置一個脈沖每個節(jié)拍結束時設置一個脈沖 節(jié)拍節(jié)拍T T 脈沖脈沖P P 打入寄存器打入寄存器 進行時序轉換進行時序轉換3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)工作脈

44、沖工作脈沖 模型機在每一個節(jié)拍的末尾發(fā)一個工作脈沖，作為各種同步脈沖的模型機在每一個節(jié)拍的末尾發(fā)一個工作脈沖，作為各種同步脈沖的來源。來源。 脈沖的后沿作為工作周期的切換的定時信號。脈沖的后沿作為工作周期的切換的定時信號。v指令流程指令流程以指令執(zhí)行為線索，確定各周期每一節(jié)拍完成的具體操作（寄存器之以指令執(zhí)行為線索，確定各周期每一節(jié)拍完成的具體操作（寄存器之間的傳送操作）間的傳送操作）用寄存器傳送語言描述（如用寄存器傳送語言描述（如R0R0MARMAR）v 例子例子3-5 3-5 組合邏輯控制器組合邏輯控制器v指令流程指令流程P95圖圖3-20 取指流程圖（公共）取指流程圖（公共）P97圖圖3

45、-21 MOV指令流程圖指令流程圖P99圖圖3-22 雙操作數(shù)指令流程圖雙操作數(shù)指令流程圖P99圖圖3-23 單操作數(shù)指令流程圖單操作數(shù)指令流程圖P100圖圖3-24轉移指令流程圖轉移指令流程圖P101圖圖3-25轉子指令流程圖轉子指令流程圖3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v傳送類指令流程傳送類指令流程MOV （R0），），X（R1）是一條傳送指令，源地址采用變址尋址，目的地是一條傳送指令，源地址采用變址尋址，目的地址采用寄存器間接尋址方式。請擬出其指令流程。址采用寄存器間接尋址方式。請擬出其指令流程。v解答：解答： FT0 PC MAR FT1M MDR IR PC+1 PC S

46、T0PC MAR ST1M MDR D PC+1 PC ST2D+R1 Z ST3Z MAR ST4M MAR C DT0 R0 MAR ET0C MDR ET1MDR M3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)v運算類指令流程運算類指令流程 v擬出擬出ADD R0，R1的讀取與執(zhí)行流程。的讀取與執(zhí)行流程。指令功能：指令功能：R1和和R0的內容相加，結果送入的內容相加，結果送入R0，運算通過，運算通過ALU進行進行FT0：PCMARFT1:MMDRIR PC+1PCST0:R1CDT0:R0DET0:C+DZET1:ZR0v擬出擬出SUB （R1），），DI的讀取與執(zhí)行流程。的讀取與執(zhí)行流

47、程。指令功能：將由直接尋址獲取的源操作數(shù)與由寄存器間址獲得的目的指令功能：將由直接尋址獲取的源操作數(shù)與由寄存器間址獲得的目的 操作數(shù)相減，結果存入目的地址中。操作數(shù)相減，結果存入目的地址中。FT0:PCMARFT1:MMDRIR PC+1PC ST0:PCMAR3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)ST1:MMDRMAR PC+1PCST2:MMDRCDT0:R1MARDT1:MMDRDET0:C-DZET1:ZMDRET2:MDRMv 堆棧類指令流程堆棧類指令流程v擬出擬出MOV (SP),(R2)的讀取與執(zhí)行流程。的讀取與執(zhí)行流程。指令功能：將指令功能：將R2所指示的單元的內容壓入堆

48、棧中所指示的單元的內容壓入堆棧中FT0:PCMARFT1:MMDRIR PC+1PCST0:R2MARST1:MMDRC3 35 5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)DT0:SP-1ZDT1:ZMAR、SPET0:CMDRET1:MDRMv轉移類指令流程轉移類指令流程v擬出指令擬出指令JSR R1的讀取于執(zhí)行流程。的讀取于執(zhí)行流程。 指令功能：將返回地址壓棧保存，并將指令功能：將返回地址壓棧保存，并將R1所存放的子程序入口送入所存放的子程序入口送入PC。FT0:PCMARFT1:MMDRIR PC+1PCST0:R1CET0:SP-1ZET1:ZMAR、SPET2:PCMARET3:MDRMET

49、4:CPC組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器v組合邏輯控制方式的基本概念與組合邏輯控制器組合邏輯控制方式的基本概念與組合邏輯控制器一、微命令一、微命令例如例如 模型機如何取指令模型機如何取指令 取指周期取指周期 FT0：PCMAR FT1：M MDR IR1、微命令是計算機中最基本的控制命令、微命令是計算機中最基本的控制命令 （控制最基本的微操作，入打開控制門，打入數(shù)據(jù)等）（控制最基本的微操作，入打開控制門，打入數(shù)據(jù)等）2、電位型微命令與脈沖型微命令（根據(jù)物理電信號的類型）、電位型微命令與脈沖型微命令（根據(jù)物理電信號的類型）在模型機中電位型微命令維持一個節(jié)拍的時間，用于控

50、制邏輯門電在模型機中電位型微命令維持一個節(jié)拍的時間，用于控制邏輯門電 路的開門路的開門/關門。關門。 例如：例如：PCout為高電平時有效，為高電平時有效，16位輸出門打開，指令地址送出到位輸出門打開，指令地址送出到 ALU總線總線 脈沖型微命令用作定時控制（如寄存器的定時打入）脈沖型微命令用作定時控制（如寄存器的定時打入） 地址從地址從ALU總線總線MAR 16位，位，CPMAR前沿出現(xiàn)時，將前沿出現(xiàn)時，將ALU總線上地址打入總線上地址打入MAR組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器二、組合邏輯控制方式及控制器原理二、組合邏輯控制方式及控制器原理1、如何產生微命令？、如何產

51、生微命令？PC out CPMARPCOUTFT0MOVST0（變址尋址直接尋址立即尋址）（變址尋址直接尋址立即尋址） MOVDT0（變址尋址直接尋址）（變址尋址直接尋址） 意義：在取指周期的第一拍意義：在取指周期的第一拍FT0發(fā)微命令發(fā)微命令PCOUT；或者傳送指令的源；或者傳送指令的源采用變址、或直接尋址、或立即尋址，則在源周期的第一拍采用變址、或直接尋址、或立即尋址，則在源周期的第一拍ST0發(fā)微發(fā)微命令命令PCOUT ；或者傳送指令的目的采用變址、或直接尋址，則在目的；或者傳送指令的目的采用變址、或直接尋址，則在目的周期的第一拍周期的第一拍DT0發(fā)微命令發(fā)微命令PCOUT；脈沖信號脈沖信

52、號CPMAR是與工作脈沖同步產生的，脈沖是與工作脈沖同步產生的，脈沖P產生，才有產生，才有CPMAR CPMARFT0PMOVST0（變址尋址直接尋址立即尋址（變址尋址直接尋址立即尋址 ）P MOVDT0（變址尋址直接尋址（變址尋址直接尋址）P 意義：在取指周期的第一拍意義：在取指周期的第一拍FT0，當工作脈沖，當工作脈沖P到來時，發(fā)微命令到來時，發(fā)微命令CPMAR或者傳送指令的源采用變址、或直接尋址、或立即尋址等等，則在源或者傳送指令的源采用變址、或直接尋址、或立即尋址等等，則在源周期的第一拍周期的第一拍ST0當脈沖當脈沖P到來時，發(fā)微命令到來時，發(fā)微命令CPMAR ；或者傳送指令的；或者傳

53、送指令的目的采用變址、或直接尋址，則在目的周期的第一拍目的采用變址、或直接尋址，則在目的周期的第一拍DT0當工作脈沖當工作脈沖P到來時，發(fā)微命令到來時，發(fā)微命令CPMAR ；組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器1、組合立即控制方式：、組合立即控制方式： 用組合立即電路產生命令的方式用組合立即電路產生命令的方式2、采用組合邏輯控制方式產生微命令的控制器稱為組合邏輯控制器。、采用組合邏輯控制方式產生微命令的控制器稱為組合邏輯控制器。那么控制器需要什么部件？部件的功能是什么？那么控制器需要什么部件？部件的功能是什么？ 3、組成邏輯控制器的工作過程、組成邏輯控制器的工作過程 4、組

54、合邏輯控制方式的優(yōu)缺點及應用、組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點及應用 1）基本思想）基本思想 綜合化簡產生微命令的條件，形成邏輯式，用組合邏輯電路實現(xiàn)。綜合化簡產生微命令的條件，形成邏輯式，用組合邏輯電路實現(xiàn)。 執(zhí)行指令時，由組合邏輯電路（微命令發(fā)生器）在相應的時間發(fā)出執(zhí)行指令時，由組合邏輯電路（微命令發(fā)生器）在相應的時間發(fā)出 所需的微命令，控制有關操作。所需的微命令，控制有關操作。 2）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點 產生微命令的速度快產生微命令的速度快 （1） 設計不規(guī)整，設計效率低（不同的命令不同）設計不規(guī)整，設計效率低（不同的命令不同） 控制器核心結果凌亂，不便于檢查和調試控制器核心結果凌亂，不便于檢查和調試

55、 （2）不易修改，擴展指令系統(tǒng)功能。）不易修改，擴展指令系統(tǒng)功能。 3）應用場合）應用場合 主要用于高速計算機，或規(guī)模較小的計算機。主要用于高速計算機，或規(guī)模較小的計算機。3-63-6組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器微命令的綜合與產生微命令的綜合與產生在組合邏輯控制器中，微命令是由組合邏輯電路產生的。在組合邏輯控制器中，微命令是由組合邏輯電路產生的。 由產生微命令的各種條件綜合分析出微命令的邏輯表達式，整理和由產生微命令的各種條件綜合分析出微命令的邏輯表達式，整理和簡化；簡化； 然后用組合邏輯門電路或然后用組合邏輯門電路或PLA門陣列實現(xiàn)，即構成微操作信號發(fā)生門陣列實現(xiàn)

56、，即構成微操作信號發(fā)生器。器。 小結小結 P102v微程序控制方式的基本思想：微程序控制方式的基本思想：將機器中的指令分解為基本的微命令序列，用二進制代碼表示這些命將機器中的指令分解為基本的微命令序列，用二進制代碼表示這些命令，并編寫成微指令，多條微指令再形成微程序。每條機器指令對應令，并編寫成微指令，多條微指令再形成微程序。每條機器指令對應一段微程序，并在制造一段微程序，并在制造CPU時固化在時固化在CPU中的控制存儲器（中的控制存儲器（CM）中）中. 執(zhí)行機器指令的時候，執(zhí)行機器指令的時候，CPU依次從依次從CM中取出相應的微指令，從而產中取出相應的微指令，從而產 生微命令。生微命令。一條

57、微指令包含的微命令能控制實現(xiàn)一步（節(jié)拍）的操作；若干條微一條微指令包含的微命令能控制實現(xiàn)一步（節(jié)拍）的操作；若干條微指令組成的一小段微程序解釋執(zhí)行一條機器指令。指令組成的一小段微程序解釋執(zhí)行一條機器指令。CM中的微程序能解中的微程序能解釋執(zhí)行整個指令系統(tǒng)中的所有機器指令。（釋執(zhí)行整個指令系統(tǒng)中的所有機器指令。（CM）中的微程序決定了該）中的微程序決定了該CPU的指令系統(tǒng)。的指令系統(tǒng)。3-63-6組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器v微程序控制方式的基本思想：微程序控制方式的基本思想：1、微程序控制方式的基本思想、微程序控制方式的基本思想 PCOUT1010 CPMAR100

58、01 101010001 所有操作所需微操作指令所有操作所需微操作指令（1）若干微命令編制成一條微命令，控制實現(xiàn)一步操作）若干微命令編制成一條微命令，控制實現(xiàn)一步操作（2）若干微命令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機器指令）若干微命令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機器指令（3）微程序事先存放在控制存儲器中，執(zhí)行機器指令時再取出）微程序事先存放在控制存儲器中，執(zhí)行機器指令時再取出2、微程序控制器組成原理、微程序控制器組成原理（1）主要部件）主要部件 1、控制存儲器、控制存儲器CM 功能：存放微程序功能：存放微程序 有效微程序有效微程序CM屬于屬于CPU，不屬于主存儲器，不屬于主存儲器 2、微指令寄存器

59、、微指令寄存器uIR 功能：存放現(xiàn)行微指令功能：存放現(xiàn)行微指令 微命令字段：提供一步操作所需的微命令微命令字段：提供一步操作所需的微命令 微地址字段：指明后續(xù)地址的形成方式微地址字段：指明后續(xù)地址的形成方式 3、微地址形成電路、微地址形成電路 功能：提供微地址功能：提供微地址 微程序入口地址：由機器指令操作碼形成微程序入口地址：由機器指令操作碼形成 后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運行地址后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運行地址3-63-6組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器v 控制存儲器控制存儲器CMCM譯碼譯碼PS后繼微后繼微地址形地址形成電路成電路PC ROM 譯碼譯碼微操作控制字段微操作控制字段IR 順序控制字段順序控制字段微地址微地址寄存器寄存器uIR微微 命命 令令 序序 列列. .微程序控制器原理圖微程序控制器原理圖3-63-6組合邏輯控制器與微程序控制器組合邏輯控制器與微程序控制器（2）工作過程）工作過程 1、取機器指令、取機器指令 CM 取