第三章 CPU子系統(tǒng)

1、第三章 CPU子系統(tǒng) 課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理 授課教師：王鐵軍 電子郵箱：本章主要討論：本章主要討論：運(yùn)算器運(yùn)算器 控制器控制器數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)與外部的連接與外部的連接指令的執(zhí)行過(guò)程指令的執(zhí)行過(guò)程CPUCPU組成組成CPUCPU工作原理工作原理 控制器組成 控制器的工作過(guò)程 時(shí)序控制方式 優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用3.1.1 控制器組成控制器組成微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼 PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列

2、I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼 PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器1.1.微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器功能：功能： 產(chǎn)生全機(jī)所需的各種產(chǎn)生全機(jī)所需的各種微命令微命令控制最基本的操作控制最基本的操作( (微操作微操作) )的命令的命令電位型電位型脈沖型脈沖型構(gòu)成微命令發(fā)生器構(gòu)成微命令發(fā)生器：將產(chǎn)生微命令的條件綜合化：將產(chǎn)生微命令的條件綜合化簡(jiǎn)，形成邏輯式，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。簡(jiǎn)，形成邏輯式，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控

3、制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼 PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成PCPCD尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器PCPC功能：功能： 指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PCPC本身本身+1+1順序執(zhí)行：順序執(zhí)行：PCPC先先+1+1，再用轉(zhuǎn)移地址修改，再用轉(zhuǎn)移地址修改PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC轉(zhuǎn)移執(zhí)行轉(zhuǎn)移執(zhí)行:3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR功能：功能： 存放現(xiàn)行指令。存放現(xiàn)行指令。決定操作決定操作性質(zhì)性質(zhì)操作碼字段操作碼字段操作數(shù)地址操作數(shù)地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命

4、令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼 PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR地址碼字段地址碼字段譯碼器譯碼器微命令發(fā)生器微命令發(fā)生器地址形成部件地址形成部件尋尋D4.4.狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器PSWPSW功能：功能： 指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。指示程序運(yùn)行方式，反映程序運(yùn)行結(jié)果。例例. 某機(jī)的某機(jī)的PSWPSWPCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼 PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 I

5、R IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T T P P N Z V CN Z V C15 12 11 10 9 15 12 11 10 9 8 8 7 6 7 6 5 5 4 4 3 3 2 1 02 1 0C=1 C=1 進(jìn)位進(jìn)位 V=1 V=1 溢出溢出Z=1 Z=1 結(jié)果為結(jié)果為0 0P=1 P=1 代碼中代碼中1 1個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)數(shù)為奇數(shù)N=1 N=1 結(jié)果為負(fù)結(jié)果為負(fù)T=1T=1, 執(zhí)行跟蹤程序執(zhí)行跟蹤程序（1 1）條件碼）條件碼反映程序運(yùn)行結(jié)果反映程序運(yùn)行結(jié)果（2

6、2）跟蹤標(biāo)志）跟蹤標(biāo)志為程序查錯(cuò)設(shè)置的斷點(diǎn)標(biāo)志為程序查錯(cuò)設(shè)置的斷點(diǎn)標(biāo)志T T。程序初始化置T為1.測(cè)試T跟蹤程序. 工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T T P P N Z V CN Z V C15 12 11 10 9 15 12 11 10 9 8 8 7 6 7 6 5 5 4 4 3 3 2 1 02 1 0程序優(yōu)先級(jí)高于外部?jī)?yōu)先級(jí)，程序優(yōu)先級(jí)高于外部?jī)?yōu)先級(jí)，不響應(yīng)不響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)低于外部?jī)?yōu)先級(jí)，可響應(yīng)程序優(yōu)先級(jí)低于外部?jī)?yōu)先級(jí)，可響應(yīng)用戶方式：用戶方式：禁止程序執(zhí)行某些指令禁止程序執(zhí)行某些指令核心方式：核心方式：允許程序執(zhí)行所有指令允許程序執(zhí)行所有指令（3 3）優(yōu)先級(jí)）優(yōu)先級(jí)為現(xiàn)行程序賦

7、予優(yōu)先級(jí)別，以決定是否為現(xiàn)行程序賦予優(yōu)先級(jí)別，以決定是否響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求。（4 4）工作方式）工作方式規(guī)定程序的特權(quán)級(jí)。規(guī)定程序的特權(quán)級(jí)。PSWPSW在在CPUCPU中，中，反映程序運(yùn)行反映程序運(yùn)行狀態(tài)；控制狀態(tài)；控制/ /狀狀態(tài)字在接口中態(tài)字在接口中, ,反映反映CPUCPU命令、命令、設(shè)備狀態(tài)。設(shè)備狀態(tài)。 工作方式工作方式 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) T T P P N Z V CN Z V C15 12 11 10 9 15 12 11 10 9 8 8 7 6 7 6 5 5 4 4 3 3 2 1 02 1 05.5.時(shí)序線路時(shí)序線路功能：功能： 控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻?？刂撇僮?/p>

8、時(shí)間和操作時(shí)刻。PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序振蕩器振蕩器分頻器分頻器時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖工作脈沖工作脈沖時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期( (節(jié)拍節(jié)拍) )產(chǎn)生電位產(chǎn)生電位型微命令，型微命令，控制操作控制操作時(shí)間段時(shí)間段產(chǎn)生脈沖型產(chǎn)生脈沖型微命令，控微命令，控制定時(shí)操作制定時(shí)操作1.1.取指令取指令PCPCPCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/

9、OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序3.1.2 控制器工作過(guò)程控制器工作過(guò)程地址地址M M指令指令I(lǐng)RIR 、譯碼、譯碼( (、尋址方式、尋址方式) )PC+1PC+1PCPC2.2.取數(shù)取數(shù)( (按尋址方式按尋址方式) )立立: :PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址形成D

10、尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序指令指令操作數(shù)操作數(shù)有效地址有效地址M M, ,取數(shù)取數(shù)R R, ,取數(shù)取數(shù)直直: :寄存器號(hào)寄存器號(hào)間間: :間接地址間接地址M,M,取有效地址取有效地址寄存器號(hào)寄存器號(hào)R R, ,取有效地址取有效地址變變: :形式地址形式地址變址量變址量運(yùn)算器運(yùn)算器計(jì)算有效計(jì)算有效地址地址3.3.執(zhí)行執(zhí)行( (按操作碼按操作碼) )PCPC微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器微命令序列微命令序列I/OI/O狀態(tài)狀態(tài)控制臺(tái)信息控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)譯碼譯碼. PSW PSW 時(shí)序時(shí)序 IR IR地址形成地址

11、形成D尋尋來(lái)自來(lái)自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令發(fā)生器發(fā)生器PCPC IR IR PSW PSW 時(shí)序時(shí)序結(jié)果結(jié)果存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器/ /寄存器寄存器操作數(shù)操作數(shù)加法器加法器操作數(shù)操作數(shù)1.1.組合邏輯控制器的時(shí)序劃分組合邏輯控制器的時(shí)序劃分3.1.3 時(shí)序控制方式時(shí)序控制方式即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系即時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系 采用三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)：采用三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)：指令周期指令周期工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期n n時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期1 1時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期2 2時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期m m工作脈沖工作脈沖1 1工作脈沖工作脈沖2 2工作脈沖工作脈沖k k( (節(jié)拍節(jié)拍1)1)

12、( (節(jié)拍節(jié)拍2)2)( (節(jié)拍節(jié)拍m)m) 時(shí)序關(guān)系：時(shí)序關(guān)系：晶振輸出晶振輸出工作周期工作周期1 1工作周期工作周期2 2工作周期工作周期3 3時(shí)鐘時(shí)鐘T1T1工作脈沖工作脈沖P P時(shí)鐘時(shí)鐘T2T2指令周期指令周期控制不同階段操作時(shí)間控制不同階段操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間控制分步操作時(shí)間對(duì)微操作定時(shí)對(duì)微操作定時(shí)取指取指執(zhí)行執(zhí)行取數(shù)取數(shù)取出指令取出指令修改修改PC打入打入IR打入打入PC2.2.時(shí)序控制方式及其變化時(shí)序控制方式及其變化（1 1）同步控制）同步控制各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制。定義：定義：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 有明顯時(shí)序時(shí)間劃分，有明顯時(shí)序時(shí)間劃分，優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 時(shí)

13、序關(guān)系簡(jiǎn)單，時(shí)序劃分規(guī)整，時(shí)序關(guān)系簡(jiǎn)單，時(shí)序劃分規(guī)整，控制不復(fù)雜；控制不復(fù)雜；時(shí)間安排可能不合理。時(shí)間安排可能不合理。應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 用于用于CPUCPU內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、系統(tǒng)總線操作統(tǒng)總線操作 控制邏輯易于集中，便于管理?？刂七壿嬕子诩校阌诠芾?。 ( (各掛接部件速度相近，傳送時(shí)間確各掛接部件速度相近，傳送時(shí)間確定，傳送距離較近定，傳送距離較近) )。 時(shí)鐘周期時(shí)時(shí)鐘周期時(shí)間固定，間固定， 各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)各步操作的銜接、各部件之間的數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時(shí)控制。各項(xiàng)操作受各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序統(tǒng)一時(shí)序控制?？刂啤Ｓ捎蒀PUCPU或

14、或其他設(shè)備其他設(shè)備提供提供（2 2）異步控制）異步控制 各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不受統(tǒng)一時(shí)序控制。受統(tǒng)一時(shí)序控制。定義：定義：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分，無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘周期劃分，例例. .異步傳送操作異步傳送操作 主設(shè)備：主設(shè)備：申請(qǐng)并掌握總線權(quán)的設(shè)備。申請(qǐng)并掌握總線權(quán)的設(shè)備。 各操作間的各操作間的銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答銜接和各部件之間的信息交換采用異步應(yīng)答方式。方式?？偩€總線主主從從 從設(shè)備：從設(shè)備：響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求的設(shè)備。響應(yīng)主設(shè)備請(qǐng)求的設(shè)備。發(fā)發(fā)/接接接接/發(fā)發(fā)主設(shè)備獲得總線控制權(quán)主設(shè)備獲得總線控制權(quán) 操作流程：操作流程： 主設(shè)備詢問(wèn)從設(shè)

15、備主設(shè)備詢問(wèn)從設(shè)備主設(shè)備發(fā)送主設(shè)備發(fā)送/ /接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)主設(shè)備釋放總線控制權(quán)主設(shè)備釋放總線控制權(quán) 從設(shè)備準(zhǔn)備好？從設(shè)備準(zhǔn)備好？YN主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線連接主設(shè)備輸出端與總線斷開(kāi)主設(shè)備輸出端與總線斷開(kāi)時(shí)間安排緊湊、合理；時(shí)間安排緊湊、合理；控制復(fù)雜?？刂茝?fù)雜。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合： 用于異步總線操作用于異步總線操作( (各掛接部各掛接部件速度差異大，傳送時(shí)間不確定，傳送距離件速度差異大，傳送時(shí)間不確定，傳送距離較遠(yuǎn)較遠(yuǎn)) )。（3 3）同步方式的變化）同步方式的變化指令周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變。指令周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變?？捎糜?jì)數(shù)器指示時(shí)鐘周期

16、數(shù)的變化?？捎糜?jì)數(shù)器指示時(shí)鐘周期數(shù)的變化。不同指令安排不同時(shí)鐘周期數(shù)不同指令安排不同時(shí)鐘周期數(shù)總線周期中插入延長(zhǎng)周期總線周期中插入延長(zhǎng)周期經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)所用的時(shí)間經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)所用的時(shí)間( (送地址、讀送地址、讀/ /寫(xiě)寫(xiě)) )總線周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變。總線周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期長(zhǎng)度不變?？偩€周期總線周期( (4T) )例例. .一個(gè)總線周期包含一個(gè)總線周期包含4 4個(gè)時(shí)鐘周期個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)鐘時(shí)鐘T1T3T2T4送地址送地址讀讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù) 結(jié)束結(jié)束同步方式同步方式時(shí)鐘時(shí)鐘T1T3T2T4T4T4Tw送地址送地址讀讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù) 結(jié)束結(jié)束總線周期總線周期( (5T) )擴(kuò)展

17、同步方式擴(kuò)展同步方式同步方式引入異步應(yīng)答同步方式引入異步應(yīng)答以固定時(shí)鐘周期作為時(shí)序基礎(chǔ)，引入應(yīng)答思以固定時(shí)鐘周期作為時(shí)序基礎(chǔ)，引入應(yīng)答思想。想。例例.8088.8088最大模式，用一根最大模式，用一根總線請(qǐng)求總線請(qǐng)求/ /應(yīng)答應(yīng)答線線實(shí)現(xiàn)總線權(quán)的轉(zhuǎn)移。實(shí)現(xiàn)總線權(quán)的轉(zhuǎn)移。設(shè)備請(qǐng)求設(shè)備請(qǐng)求總線權(quán)總線權(quán)RQ/GTRQ/GTCPUCPU使用使用總線總線CPUCPU使用使用總線總線CPUCPU使用使用總線總線設(shè)備使用設(shè)備使用總線總線設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備CPUCPUCPUCPU響應(yīng)，響應(yīng)，總線權(quán)交設(shè)備總線權(quán)交設(shè)備CPUCPU設(shè)備釋放設(shè)備釋放總線權(quán)總線權(quán)CPUCPU設(shè)備設(shè)備若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘若干時(shí)鐘1.1

18、.組合邏輯控制方式組合邏輯控制方式3.1.4 組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用 產(chǎn)生微命令的速度較快。產(chǎn)生微命令的速度較快。綜合化簡(jiǎn)產(chǎn)生微命令的條件，形成邏輯式，綜合化簡(jiǎn)產(chǎn)生微命令的條件，形成邏輯式，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)；用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)；執(zhí)行指令時(shí)，由組合邏輯電路執(zhí)行指令時(shí)，由組合邏輯電路( (微命令發(fā)生微命令發(fā)生器器) )在相應(yīng)時(shí)間發(fā)出所需微命令，控制有關(guān)在相應(yīng)時(shí)間發(fā)出所需微命令，控制有關(guān)操作。操作。2.2.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)不規(guī)整，設(shè)計(jì)效率較低；設(shè)計(jì)不規(guī)整，設(shè)計(jì)效率較低； 控制器核心結(jié)構(gòu)零亂，不便于檢查和調(diào)試。控制器核心結(jié)構(gòu)零亂，不便于檢查和調(diào)試。 產(chǎn)生微命令

19、的速度較快。產(chǎn)生微命令的速度較快。2.2.優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn) 設(shè)計(jì)不規(guī)整，設(shè)計(jì)效率較低；設(shè)計(jì)不規(guī)整，設(shè)計(jì)效率較低； 控制器核心結(jié)構(gòu)零亂，不便于檢查和調(diào)試?？刂破骱诵慕Y(jié)構(gòu)零亂，不便于檢查和調(diào)試。 不易修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能。不易修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能。3.3.應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 用于高速計(jì)算機(jī)，或小規(guī)模計(jì)算機(jī)。用于高速計(jì)算機(jī)，或小規(guī)模計(jì)算機(jī)。 基本思想 組成原理 格式和編碼方法 微地址形成方式 微程序時(shí)序安排 優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用3.2.1 微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想1. 若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一現(xiàn)一步操作；步操作；2. 若干微指令組成一段微程序，解

20、釋執(zhí)行若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條一條機(jī)器指令；機(jī)器指令；3. 微程序事先存放在控制存儲(chǔ)器中，執(zhí)行微程序事先存放在控制存儲(chǔ)器中，執(zhí)行機(jī)器機(jī)器指令時(shí)再取出。指令時(shí)再取出。1. 若干微命令編制成若干微命令編制成一條微指令一條微指令，控制實(shí)，控制實(shí)現(xiàn)現(xiàn)一步操作一步操作；2. 若干微指令組成若干微指令組成一段微程序一段微程序，解釋執(zhí)行，解釋執(zhí)行一條一條機(jī)器指令機(jī)器指令；CPUCPU的構(gòu)成的構(gòu)成引入了程序技術(shù)，使設(shè)計(jì)規(guī)整；引入了程序技術(shù)，使設(shè)計(jì)規(guī)整；引入了存儲(chǔ)邏輯，使功能易于引入了存儲(chǔ)邏輯，使功能易于擴(kuò)展。擴(kuò)展。3.2.2 組成原理組成原理1.1.主要部件主要部件（1 1）控制存儲(chǔ)器）控制存儲(chǔ)

21、器CMCM功能：功能： 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放微程序存放微程序。CMCM屬于屬于CPUCPU，不屬于主存儲(chǔ)器。，不屬于主存儲(chǔ)器。（2 2）微指令寄存器）微指令寄存器 IR功能：功能： 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放現(xiàn)行微指令存放現(xiàn)行微指令。微命令字段：微命令字段：提供一步操作所需

22、的微命令。提供一步操作所需的微命令。微地址字段：微地址字段：指明后續(xù)微地址的形成方式。指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。提供微地址的給定部分。( (微操作控制字段微操作控制字段) )( (順序控制字段順序控制字段) )（3 3）微地址形成電路）微地址形成電路功能：功能： 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR提供兩類微地址提供兩類微地址。微程序入口地址：微程序入口地址：由機(jī)器指令由機(jī)器指令操作碼操作碼形成。形成。后續(xù)微地址：后續(xù)微地址：由

23、由微地址字段微地址字段、現(xiàn)行微地現(xiàn)行微地址址、運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)等形成。等形成。2.2.工作過(guò)程工作過(guò)程 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令（1 1）取機(jī)器指令）取機(jī)器指令CMCM取指取指微指令微指令I(lǐng)RIR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列 IR微命令字段微命令字段譯碼器譯碼器控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令微命令主存主存機(jī)器指令機(jī)器指令微命令字段微

24、命令字段 微地址字段微地址字段IRIR 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列（2 2）轉(zhuǎn)微程序入口）轉(zhuǎn)微程序入口IRIR操作碼操作碼微地址形微地址形成電路成電路入口入口ARAR微命令字段微命令字段CMCM首條微指令首條微指令 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列 IR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微命令字段微命令字段 微地址字

25、段微地址字段 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列 微地址微地址形成電路形成電路 IR微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（3 3）執(zhí)行首條微指令）執(zhí)行首條微指令控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器 譯碼器譯碼器IRIRIRIR譯碼器譯碼器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段微命令序列微命令序列微命令微命令操作部件操作部件 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR（

26、4 4）取后續(xù)微指令）取后續(xù)微指令微地址字段微地址字段現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)微地址形微地址形成電路成電路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器后續(xù)微地址后續(xù)微地址ARAR 微地址微地址形成電路形成電路控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CMCM后續(xù)微指令后續(xù)微指令I(lǐng)RIR微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（5 5）執(zhí)行后續(xù)微指令）執(zhí)行后續(xù)微指令同（同（3 3） 微地址微地址形成電路形成電路 IR PSW

27、 PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器譯碼器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成電路形成電路微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（6 6）返回）返回微程序執(zhí)行完，返回微程序執(zhí)行完，返回CMCM ( (存放存放取指微指令取指微指令的的固定單元固定單元) )。3.2.3 微指令格式和編碼方法微

28、指令格式和編碼方法1.1.格式分類格式分類（1 1）垂直型微指令）垂直型微指令優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：一條微指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作。一條微指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作。微指令短、簡(jiǎn)單、規(guī)整，便于編寫(xiě)微微指令短、簡(jiǎn)單、規(guī)整，便于編寫(xiě)微程序。程序。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：微程序長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢；工作效率低。微程序長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢；工作效率低。（2 2）水平型微指令）水平型微指令一條微指令定義并執(zhí)行一種基本操作。一條微指令定義并執(zhí)行一種基本操作。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：微指令長(zhǎng)，編寫(xiě)微程序較麻煩。微指令長(zhǎng)，編寫(xiě)微程序較麻煩。微程序短，執(zhí)行速度快。微程序短，執(zhí)行速度快。（3 3）混合型微指令）混合型微指令微指令不長(zhǎng)

29、，便于編寫(xiě)；微程序不長(zhǎng)，執(zhí)行微指令不長(zhǎng)，便于編寫(xiě)；微程序不長(zhǎng)，執(zhí)行速度加快。速度加快。在垂直型的基礎(chǔ)上增加一些不太復(fù)雜的并行在垂直型的基礎(chǔ)上增加一些不太復(fù)雜的并行操作。操作。例例. .長(zhǎng)城長(zhǎng)城203203微指令微指令 AI BI ZO AOP MOP KK ST AI BI ZO AOP MOP KK ST 3 3 3 3 4 4 4運(yùn)算器運(yùn)算器輸入控輸入控制制運(yùn)算器運(yùn)算器輸出控輸出控制制操作操作類型類型控制控制訪訪M M、I/OI/O控制控制常數(shù)常數(shù)輔助輔助操作操作2.2.編碼方法編碼方法（1 1）直接控制法）直接控制法例例. . 某微指令某微指令微命令按位給出。微命令按位給出。不需譯碼，產(chǎn)

30、生微命令的速度快；不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。信息的表示效率低。 C C0 0 R W R W1 1 11 1 1C C0=0=0 0 進(jìn)位初值為進(jìn)位初值為0 01 1 進(jìn)位初值為進(jìn)位初值為1 1R R= =0 0 不讀不讀1 1 讀讀0 0 不寫(xiě)不寫(xiě)1 1 寫(xiě)寫(xiě)W W= =微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。001 R A001 R A（2 2）分段直接編譯法）分段直接編譯法例例. .對(duì)加法器輸入端進(jìn)行控制。對(duì)加法器輸入端進(jìn)行控制。微命令由字段編碼直接給出。微命令由字段編碼直接給出。000 000 不發(fā)命令不發(fā)命令微指令中設(shè)置微指令

31、中設(shè)置AIAI字段，控制字段，控制加法器的輸入選擇。加法器的輸入選擇。加法器加法器ABR、CD、ER、CD、FAIAI3010 C A010 C A100 F B100 F B010 C A010 C A011 D B011 D B011 D B011 D B？微命令分組原則：微命令分組原則：同類操作中同類操作中互斥互斥的的微命令放同一字段。微命令放同一字段。不能同時(shí)出現(xiàn)不能同時(shí)出現(xiàn)CD操作唯一；操作唯一；加法器加法器A A輸入端的控制命令放輸入端的控制命令放AIAI字段，字段，B B輸入端的控制命令輸入端的控制命令放放BIBI字段。字段。加法器加法器ABR、CD、ER、CD、F000 000

32、 不發(fā)命令不發(fā)命令010 C A010 C A100 E A100 E A001 R A001 R A011 D A011 D ACDAI BIAI BI3 3010 C A010 C A000 000 不發(fā)命令不發(fā)命令010 C B010 C B100 F B100 F B001 R B001 R B011 D B011 D B011 D B011 D BAIAI：BIBI： 一條微指令能同時(shí)一條微指令能同時(shí)提供若干微命令，便于組織各種操作。提供若干微命令，便于組織各種操作。 編碼較簡(jiǎn)單；編碼較簡(jiǎn)單；（3 3）分段間接編譯法）分段間接編譯法例例. . 微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給微

33、命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。出。C C = C A C A 1) 1) 設(shè)置解釋位或解釋字段設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位解釋位1 1 A A為某類命令為某類命令0 0 A A為常數(shù)為常數(shù)2) 2) 分類編譯分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志。指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志。例例.DJS-220 .DJS-220 微指令分兩類。微指令分兩類。 （4 4）其他編碼方法）其他編碼方法微指令微指令CPUCPU方式方式( (觸發(fā)器觸發(fā)器C=0)C=0)I/OI/O方式方式( (觸發(fā)器觸發(fā)器C=1)C=1)1

34、) 1) 微指令譯碼與機(jī)器指令譯碼復(fù)合控制微指令譯碼與機(jī)器指令譯碼復(fù)合控制全加器運(yùn)算方式控制全加器運(yùn)算方式控制C = 0 C = 0 QC QC15 16 17C = 1 C = 1 QC JCCQC JCC15 16 17通道專用通道專用例例. .機(jī)器指令機(jī)器指令 寄存器號(hào)寄存器號(hào) 寄存器傳寄存器傳A微指令微指令譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器001001R AR AR1A A門(mén)門(mén)例例. . 2) 2) 微地址參與解釋微地址參與解釋004004微地址微地址指令操作碼指令操作碼 1.1.微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成 微指令微指令 取指標(biāo)志取指標(biāo)志 變址標(biāo)志變址標(biāo)志 0110113.2.4

35、微地址形成方式微地址形成方式微程序入口微程序入口 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移（1 1）一級(jí)功能轉(zhuǎn)移）一級(jí)功能轉(zhuǎn)移各操作碼的位置、位數(shù)固定，一次轉(zhuǎn)換成功。各操作碼的位置、位數(shù)固定，一次轉(zhuǎn)換成功。 入口地址入口地址= =頁(yè)號(hào)，操作碼頁(yè)號(hào)，操作碼 例例. . 機(jī)器指令機(jī)器指令1 0F(8 0F(8位位) ) 入口地址入口地址= =00000FH 0FH CM機(jī)器指令機(jī)器指令2 10(8 10(8位位) ) 入口地址入口地址= =000010H 10H 000F000F00100010無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 微地址微地址1 1微地址微地址1 1微程序微程序1 1無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 微地址微地址2 2微地址微地址2 2微

36、程序微程序2 2 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移0 0頁(yè)頁(yè)（2 2）二級(jí)功能轉(zhuǎn)移）二級(jí)功能轉(zhuǎn)移各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定，各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定， 分類轉(zhuǎn)：分類轉(zhuǎn)： 需兩需兩次轉(zhuǎn)換。次轉(zhuǎn)換。 指令類型標(biāo)志指令類型標(biāo)志 區(qū)分指令類型區(qū)分指令類型 功能轉(zhuǎn)：功能轉(zhuǎn)： 指令操作碼指令操作碼 區(qū)分操作類型區(qū)分操作類型 例例. .某指令系統(tǒng)：某指令系統(tǒng)： 雙操作數(shù)指令的操作碼占雙操作數(shù)指令的操作碼占4 4位，其中位，其中高兩位為高兩位為0000，即，即雙雙操作數(shù)指令類型標(biāo)志；操作數(shù)指令類型標(biāo)志； 單操作數(shù)指令的操作碼占單操作數(shù)指令的操作碼占6 6位，其中位，其中高兩位為高兩位為0101

37、，即，即單單操作數(shù)指令類型標(biāo)志。操作數(shù)指令類型標(biāo)志。加法指令加法指令000001(401(4位位) ) CM減法指令減法指令000010(410(4位位) ) 無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 10000010000010000010000000010001無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 10001000 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移 功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移求補(bǔ)指令求補(bǔ)指令01011100(61100(6位位) ) (1K)(1K)分類轉(zhuǎn)移分類轉(zhuǎn)移給定入口高給定入口高6 6位位10000010000000100010無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 加法地址加法地址無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 減法地址減法地址分類轉(zhuǎn)移分類轉(zhuǎn)移給定入口高給定入口高4 4位位100010

38、00011100011100無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn) 求補(bǔ)地址求補(bǔ)地址加法地址加法地址加法微程序加法微程序（3 3）用可編程邏輯陣列）用可編程邏輯陣列PLAPLA實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址入口地址 1 1 PLAPLA IR IR入口地址入口地址 2 2 2.2.后續(xù)微地址的形成后續(xù)微地址的形成 （1 1）增量方式）增量方式以順序執(zhí)行為主，輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。以順序執(zhí)行為主，輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。 順序：順序：現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址+1+1。 跳步：跳步：現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址+2+2。 無(wú)條件轉(zhuǎn)移：無(wú)條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。給出轉(zhuǎn)移微地址。 CMAA+1A+2BB條件轉(zhuǎn)移：

39、條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。 B 轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件 CC( (條件滿足條件滿足) )( (條件不滿足條件不滿足) )轉(zhuǎn)微子程序：轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微指令現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。給出微子程序入口。 轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件 C DD微子程序微子程序返回微主程序：返回微主程序：現(xiàn)行微指現(xiàn)行微指令給出寄存器號(hào)。令給出寄存器號(hào)。 A+1RR微指令微指令 給定后續(xù)微地址給定后續(xù)微地址高位部分高位部分 （2 2）斷定方式）斷定方式由直接給定和測(cè)試斷定相結(jié)合形成微地址。由直接給定和測(cè)試斷定相結(jié)合形成微地址。 給定部分給定部分 斷定條件斷定條件指明后續(xù)微地址低指

40、明后續(xù)微地址低位部分的形成方式位部分的形成方式 例例1.1.微指令微指令 D D（給定）（給定） A A（條件）（條件）2位位位數(shù)可變位數(shù)可變微地址微地址1010位，位， 約定：約定：A=A=01011010微地址低微地址低4 4位為操作碼，位為操作碼，D D給定高給定高 位；位；微地址低微地址低3 3位為機(jī)器指令目的尋址方式位為機(jī)器指令目的尋址方式微地址低微地址低3 3位為機(jī)器指令源尋址方式位為機(jī)器指令源尋址方式6 67 71111編碼，編碼，D D給定高給定高 位；位；編碼，編碼，D D給定高給定高 位。位。7 716路路分支分支8路分支路分支8路分支路分支例例2.2.微指令微指令 設(shè)微地

41、址設(shè)微地址1010位，位，4 4個(gè)狀態(tài)觸發(fā)器個(gè)狀態(tài)觸發(fā)器T1T1T4T4，微程序可按它們的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。微程序可按它們的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。給定給定 D A B D A B 后續(xù)微地址后續(xù)微地址0000101000001010 D(8 D(8位位) A(2) A(2位位) B(2) B(2位位) )條件條件A A 低位地址低位地址 00 00 0 0 01 01 1 1 10 10 T1T1 11 11 T2T2B B 最低位地址最低位地址 00 00 0 0 01 01 1 1 10 10 T3T3 11 11 T4T40000 0101000010100000101001010101 1010T3T30

42、 01 100001010000010101010000010100000101011111010 1111T1T1 T4T4000001011010111100001010000010100000000010100000101001010000101000001010101000001010000010101111同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行。令執(zhí)行。 P P 3.2.5 微程序時(shí)序安排微程序時(shí)序安排微指令周期微指令周期 微指令微指令打入打入 IR二級(jí)時(shí)序：二級(jí)時(shí)序：控制數(shù)控制數(shù)據(jù)通路據(jù)通路操作操作 結(jié)果打結(jié)果打入目的入目的地，地，讀取后

43、續(xù)讀取后續(xù)微指令微指令后續(xù)微后續(xù)微地址打地址打入入 AR時(shí)鐘周期時(shí)鐘周期 3.2.6 微程序控制方式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用微程序控制方式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用1.1.優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) （1 1）設(shè)計(jì)規(guī)整，設(shè)計(jì)效率高；）設(shè)計(jì)規(guī)整，設(shè)計(jì)效率高；（2 2）易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能；）易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能；（3 3）結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡(jiǎn)潔，可靠性高；）結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡(jiǎn)潔，可靠性高；（4 4）性價(jià)比高。）性價(jià)比高。2.2.缺點(diǎn)缺點(diǎn) （1 1）速度慢）速度慢訪存頻繁訪存頻繁轉(zhuǎn)移較多轉(zhuǎn)移較多（2 2）執(zhí)行效率不高）執(zhí)行效率不高3.3.應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 用于速度要求不高、功能較復(fù)雜的機(jī)器中。用于速度要求不高、功能較復(fù)雜的機(jī)器中。特別適用于系

44、列機(jī)特別適用于系列機(jī)未充分發(fā)揮數(shù)據(jù)未充分發(fā)揮數(shù)據(jù)通路本身具有的通路本身具有的并行能力并行能力 連接方式 信息傳輸控制方式3.3.1 3.3.1 主機(jī)和外設(shè)的連接方式主機(jī)和外設(shè)的連接方式1.1.輻射式輻射式 主機(jī)主機(jī)I/OI/OI/OI/OI/OI/O早期：不易擴(kuò)展早期：不易擴(kuò)展 主機(jī)主機(jī) 接口接口 接口接口I/OI/OI/OI/OI/OI/O現(xiàn)在：便于擴(kuò)展現(xiàn)在：便于擴(kuò)展2.2.總線式總線式 主機(jī)主機(jī) 接口接口 接口接口I/OI/O I/O I/O I/O I/O便于擴(kuò)展便于擴(kuò)展總線總線3.3.通道式通道式 主機(jī)主機(jī) 通道通道 通道通道I/OI/OI/OI/OI/OI/O并行能力并行能力提高提高

45、3.3.2 3.3.2 信息傳送控制方式信息傳送控制方式1.1.直接程序傳送方式直接程序傳送方式用用I/OI/O指令編程實(shí)現(xiàn)信息傳送。指令編程實(shí)現(xiàn)信息傳送。（程序查詢）（程序查詢）（1 1）外設(shè)狀態(tài)）外設(shè)狀態(tài)空閑空閑工作工作結(jié)束結(jié)束啟動(dòng)啟動(dòng)完成一次完成一次工作工作調(diào)用完調(diào)用完再請(qǐng)求再請(qǐng)求000001011010空閑空閑：調(diào)用前，：調(diào)用前，設(shè)備不工作；設(shè)備不工作；結(jié)束結(jié)束：調(diào)用后，：調(diào)用后，設(shè)備完成工作。設(shè)備完成工作。在接口中設(shè)在接口中設(shè)置置狀態(tài)字狀態(tài)字表表示這些狀態(tài)。示這些狀態(tài)。（2 2）查詢流程）查詢流程啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)外設(shè)工作完成？外設(shè)工作完成？N NY Y入入/出操作出操作（3 3）優(yōu)缺

46、點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)硬件開(kāi)銷?。挥布_(kāi)銷??；實(shí)時(shí)處理能力差實(shí)時(shí)處理能力差, ,并行程并行程度低，無(wú)實(shí)時(shí)處理能力。度低，無(wú)實(shí)時(shí)處理能力。（4 4）應(yīng)用場(chǎng)合）應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)對(duì)CPUCPU效率要求不高的場(chǎng)合，效率要求不高的場(chǎng)合， 或診斷、或診斷、 調(diào)試過(guò)程。調(diào)試過(guò)程。2.2.中斷方式中斷方式查詢：查詢：（1 1）中斷的引入）中斷的引入程序程序并行操作并行操作主機(jī)主機(jī)外設(shè)外設(shè)空閑空閑啟動(dòng)啟動(dòng)等待等待工作工作程序程序交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)中斷：中斷：主機(jī)主機(jī)程序程序外設(shè)外設(shè)空閑空閑啟動(dòng)啟動(dòng)工作工作程序程序請(qǐng)求請(qǐng)求中斷程序中斷程序交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)程序程序（2 2）中斷定義）中斷定義開(kāi)中斷開(kāi)中斷一條指令結(jié)束一條指令結(jié)束時(shí)有中斷

47、請(qǐng)求？時(shí)有中斷請(qǐng)求？N NY Y繼續(xù)原程序繼續(xù)原程序（3 3）中斷流程）中斷流程CPUCPU內(nèi)設(shè)置允許中斷標(biāo)志內(nèi)設(shè)置允許中斷標(biāo)志CPUCPU暫時(shí)中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某暫時(shí)中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某個(gè)隨機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完畢個(gè)隨機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完畢后自動(dòng)恢復(fù)原程序的執(zhí)行。后自動(dòng)恢復(fù)原程序的執(zhí)行。=1 =1 允許響應(yīng)中斷允許響應(yīng)中斷（開(kāi)中斷）（開(kāi)中斷）=0 =0 不允許響應(yīng)中斷不允許響應(yīng)中斷（關(guān)中斷）（關(guān)中斷）啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)執(zhí)行中斷執(zhí)行中斷服務(wù)程序服務(wù)程序繼續(xù)原程序繼續(xù)原程序響應(yīng)響應(yīng)返回返回 CLI CLI ；請(qǐng)求請(qǐng)求關(guān)中斷，初始化關(guān)中斷，初始化 啟動(dòng)；

48、啟動(dòng)； 啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備響應(yīng)響應(yīng)返回返回例例.PC.PC系列機(jī)系列機(jī)允許中斷位允許中斷位IF=IF=0 0 關(guān)中斷關(guān)中斷1 1 開(kāi)中斷開(kāi)中斷 STI STI ；開(kāi)中斷開(kāi)中斷（4 4）程序組織）程序組織（5 5）硬件設(shè)置）硬件設(shè)置響應(yīng)響應(yīng)邏輯邏輯CPUCPU禁止禁止/ /允許設(shè)備請(qǐng)求允許設(shè)備請(qǐng)求設(shè)備工作完成設(shè)備工作完成（6 6）應(yīng)用場(chǎng)合）應(yīng)用場(chǎng)合用于中、低速用于中、低速I/OI/O操作或處理復(fù)雜隨機(jī)事態(tài)。操作或處理復(fù)雜隨機(jī)事態(tài)。判優(yōu)判優(yōu)邏輯邏輯請(qǐng)求請(qǐng)求邏輯邏輯屏蔽屏蔽邏輯邏輯非屏蔽非屏蔽CPUCPU送屏蔽字送屏蔽字( (動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備優(yōu)先級(jí)) )設(shè)備提出請(qǐng)求設(shè)備提出請(qǐng)求判別設(shè)備優(yōu)

49、先級(jí)判別設(shè)備優(yōu)先級(jí)CPUCPU響應(yīng)請(qǐng)求，并轉(zhuǎn)相響應(yīng)請(qǐng)求，并轉(zhuǎn)相應(yīng)服務(wù)程序入口應(yīng)服務(wù)程序入口CPUCPU接口接口注意區(qū)分注意區(qū)分CPUCPU對(duì)請(qǐng)求的對(duì)請(qǐng)求的屏蔽屏蔽和對(duì)請(qǐng)求的和對(duì)請(qǐng)求的響應(yīng)響應(yīng)。送屏蔽字送屏蔽字開(kāi)開(kāi)/ /關(guān)中斷關(guān)中斷3.3.直接存儲(chǔ)器存取直接存儲(chǔ)器存取(DMA)(DMA)方式方式（1 1）定義）定義DMADMA控制器接控制器接直接依靠硬件實(shí)現(xiàn)主存與直接依靠硬件實(shí)現(xiàn)主存與I/OI/O間的數(shù)據(jù)傳送，間的數(shù)據(jù)傳送，傳送期間不需傳送期間不需CPUCPU程序干預(yù)。程序干預(yù)。1)I/O1)I/O與與主存主存，而不是，而不是I/OI/O與與CPUCPU或或I/OI/O與與主機(jī)主機(jī)。2)2)早期

50、由早期由CPUCPU控制傳送；控制傳送； 現(xiàn)在由現(xiàn)在由DMADMA控制器控制器控制傳送，控制傳送，管總線權(quán)，管總線權(quán)，傳送完畢再交還總線權(quán)。傳送完畢再交還總線權(quán)。3)3)傳送期間只要傳送期間只要CPUCPU不訪存，可并行操作。不訪存，可并行操作。4)4)傳送前和傳送后需要程序干預(yù)。傳送前和傳送后需要程序干預(yù)。（2 2）硬件設(shè)置）硬件設(shè)置操作類型操作類型地址計(jì)數(shù)地址計(jì)數(shù)控制傳送方向控制傳送方向DMADMA控制器控制器接口接口提供主存地址提供主存地址交換量計(jì)數(shù)交換量計(jì)數(shù)控制傳送次數(shù)控制傳送次數(shù)DMA/中中斷斷 請(qǐng)請(qǐng)求求數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖傳遞請(qǐng)求傳遞請(qǐng)求暫存交換數(shù)據(jù)暫存交換數(shù)據(jù)外設(shè)尋址外設(shè)尋址提供外設(shè)

51、地址提供外設(shè)地址初始化信息初始化信息（3 3）DMADMA流程流程啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)一個(gè)總線周期結(jié)一個(gè)總線周期結(jié)束時(shí)有束時(shí)有DMADMA請(qǐng)求？請(qǐng)求？N NY Y 繼續(xù)程序繼續(xù)程序傳送操作類型、主存首址、傳送操作類型、主存首址、交換量、外設(shè)尋址信息交換量、外設(shè)尋址信息一次一次DMADMA傳送傳送地址地址+1交交換量換量-1一條指令結(jié)束一條指令結(jié)束時(shí)有中斷請(qǐng)求？時(shí)有中斷請(qǐng)求？中斷處理中斷處理Y Y交換量交換量=0=0？N NY Y申請(qǐng)中斷申請(qǐng)中斷N N響應(yīng)響應(yīng)主程序主程序?qū)崿F(xiàn)初始化。實(shí)現(xiàn)初始化。三個(gè)階段：三個(gè)階段：程序準(zhǔn)備：程序準(zhǔn)備：DMADMA傳送：傳送：善后處理：善后處理：（4 4）應(yīng)用場(chǎng)合）應(yīng)

52、用場(chǎng)合用于高速、簡(jiǎn)單、批量數(shù)據(jù)用于高速、簡(jiǎn)單、批量數(shù)據(jù)傳送。傳送。硬件硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)M MI/OI/O。中斷處理程序中斷處理程序判斷傳送的正誤。判斷傳送的正誤。DMADMA與中斷的相同點(diǎn)：與中斷的相同點(diǎn)：能響應(yīng)隨機(jī)請(qǐng)求；可并行操作。能響應(yīng)隨機(jī)請(qǐng)求；可并行操作。DMADMA與中斷的不同點(diǎn)：與中斷的不同點(diǎn)：中斷：用程序?qū)崿F(xiàn)中、低速中斷：用程序?qū)崿F(xiàn)中、低速I/OI/O傳送；能處理復(fù)雜傳送；能處理復(fù)雜 一條指令結(jié)束時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求。一條指令結(jié)束時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求。事態(tài)；事態(tài)；DMADMA：用硬件實(shí)現(xiàn)高速、簡(jiǎn)單用硬件實(shí)現(xiàn)高速、簡(jiǎn)單I/OI/O傳送；一個(gè)總線傳送；一個(gè)總線 周期結(jié)束時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求。周期結(jié)束時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求。 程序切

53、換程序切換總線權(quán)切換總線權(quán)切換 指令系統(tǒng) CPU總體結(jié)構(gòu) 組合邏輯控制器設(shè)計(jì) 微程序控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)步驟：設(shè)計(jì)步驟：擬定指令系統(tǒng)擬定指令系統(tǒng)確定總體結(jié)構(gòu)確定總體結(jié)構(gòu)安排時(shí)序安排時(shí)序擬定指令流程和微命令序列。擬定指令流程和微命令序列。形成控制邏輯形成控制邏輯3.4.1 3.4.1 指令系統(tǒng)指令系統(tǒng)1.1.指令格式指令格式格式、尋址方式、格式、尋址方式、指令類型設(shè)置指令類型設(shè)置寄存器、寄存器、ALUALU、數(shù)、數(shù)據(jù)通路設(shè)置據(jù)通路設(shè)置畫(huà)流程圖畫(huà)流程圖( (寄存器傳送級(jí)寄存器傳送級(jí)) )列操作時(shí)間表列操作時(shí)間表組：列邏輯式，形組：列邏輯式，形成邏輯電路成邏輯電路微：按微指令格式微：按微指令格式編寫(xiě)微程序

54、編寫(xiě)微程序指令字長(zhǎng)指令字長(zhǎng)1616位，采用寄存器型尋址，指令中位，采用寄存器型尋址，指令中給出寄存器號(hào)。給出寄存器號(hào)。 （主存容量為（主存容量為64K64K1616位）位）雙操作數(shù)指令格式：雙操作數(shù)指令格式：4 6 3 34 6 3 3操作碼操作碼 寄存器號(hào)寄存器號(hào) 尋址方式尋址方式 寄存器號(hào)寄存器號(hào) 尋址方式尋址方式目的目的地址地址源源地地址址單操作數(shù)指令格式：?jiǎn)尾僮鲾?shù)指令格式：操作碼操作碼 （可擴(kuò)展）（可擴(kuò)展） 寄存器號(hào)寄存器號(hào) 尋址方式尋址方式4 3 3 3 34 3 3 3 3目的地址目的地址轉(zhuǎn)移指令格式：轉(zhuǎn)移指令格式：15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 015 12 1

55、1 9 8 6 5 4 3 2 1 0轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移條件操作碼操作碼 寄存器號(hào)寄存器號(hào) 尋址方式尋址方式 方式方式 NZVCNZVCCPUCPU可編程訪問(wèn)的寄存器：可編程訪問(wèn)的寄存器：尋址方式尋址方式 編碼編碼 助記符助記符 定義定義2.2.尋址方式尋址方式寄存器尋址寄存器尋址通用寄存器通用寄存器R R、指令計(jì)數(shù)器、指令計(jì)數(shù)器PCPC、堆棧指針、堆棧指針SPSP、程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSWPSW000000R RR R內(nèi)容為操作數(shù)內(nèi)容為操作數(shù)寄存器間址寄存器間址001001（R R）R R內(nèi)容為操作數(shù)地址內(nèi)容為操作數(shù)地址自減型寄存自減型寄存器間址器間址010010-(R)-(R)

56、-(SP)-(SP)R R內(nèi)容內(nèi)容-1-1為操作數(shù)地址為操作數(shù)地址SPSP內(nèi)容內(nèi)容-1-1為棧頂?shù)刂窞闂ｍ數(shù)刂穼ぶ贩绞綄ぶ贩绞?編碼編碼 助記符助記符 定義定義101101(PC)+(PC)+(R)+d(R)+d為有效地址為有效地址 R R內(nèi)容為操作數(shù)地址，內(nèi)容為操作數(shù)地址，立即立即/ /自增型自增型寄存器間址寄存器間址011011(R)+(R)+訪問(wèn)后訪問(wèn)后R R內(nèi)容內(nèi)容+1+1(SP)+(SP)+SPSP內(nèi)容內(nèi)容為棧頂?shù)刂?，為棧頂?shù)刂?，出棧后出棧后SPSP內(nèi)容內(nèi)容+1+1PCPC內(nèi)容內(nèi)容為立即數(shù)地址，為立即數(shù)地址，取數(shù)后取數(shù)后PCPC內(nèi)容內(nèi)容+1+1變址變址X(R)X(R)X(PC)X(P

57、C)(PC)+d(PC)+d為有效地址為有效地址跳步跳步110110SKPSKP跳過(guò)下條指令執(zhí)行跳過(guò)下條指令執(zhí)行操作碼操作碼 助記符助記符 含義含義3.3.指令類型指令類型用于數(shù)傳、堆棧、用于數(shù)傳、堆棧、I/OI/O操作操作00000000MOVMOV傳送傳送00010001ADDADD加加01010101EOREOR異或異或雙操作數(shù)指令雙操作數(shù)指令01100110COMCOM求反求反10111011SRSR右移右移單操作數(shù)指令單操作數(shù)指令11001100JMPJMP轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移11001100RSTRST返回返回11011101JSRJSR轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 4

58、3 2 1 0 5 4 3 2 1 0轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址無(wú)條件轉(zhuǎn)無(wú)條件轉(zhuǎn)JMP JMP 寄寄 尋尋 方式方式 NZVCNZVC0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 無(wú)進(jìn)位無(wú)進(jìn)位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(C=(C=0 0) )0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 無(wú)溢出無(wú)溢出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(V=(V=0 0) )0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 數(shù)非零轉(zhuǎn)數(shù)非零轉(zhuǎn)(Z=(Z=0 0) )0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 數(shù)為正轉(zhuǎn)數(shù)為正轉(zhuǎn)(N=(N=0 0) )1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 有進(jìn)位有進(jìn)位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(C=(C=1 1) )1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 有溢出有溢出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)(V=(V=1 1)

59、 )1 0 1 0 1 1 0 00 0 數(shù)為零轉(zhuǎn)數(shù)為零轉(zhuǎn)(Z=(Z=1 1) )1 1 1 1 0 0 00 0 0 數(shù)為負(fù)轉(zhuǎn)數(shù)為負(fù)轉(zhuǎn)(N=(N=1 1) )條件滿足，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移地址；條件不滿足，順序執(zhí)行。條件滿足，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移地址；條件不滿足，順序執(zhí)行。隱含約定：轉(zhuǎn)子時(shí)返回地址壓棧保存。隱含約定：轉(zhuǎn)子時(shí)返回地址壓棧保存。15 12 11 9 8 6 5 015 12 11 9 8 6 5 0子程序入口子程序入口 RSTRST SPSP （SPSP）+ + JSR JSR 寄寄 尋尋 方式方式 NZVCNZVC 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 03.4.2 CPU3.4.2 CPU總體結(jié)構(gòu)

60、總體結(jié)構(gòu)1.1.寄存器設(shè)置寄存器設(shè)置（1 1）可編程寄存器（）可編程寄存器（1616位）位）通用寄存器通用寄存器：R R0 0(000)(000)、R R1 1(001)(001)R R2 2(010)(010)、R R3 3(011)(011)允許中斷（開(kāi)中斷）允許中斷（開(kāi)中斷） （可擴(kuò)展）（可擴(kuò)展） I N Z V CI N Z V C 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0暫存器暫存器C C（2 2）非編程寄存器（）非編程寄存器（1616位）位）堆棧指針堆棧指針：SPSP(100)(100)指令計(jì)數(shù)器指令計(jì)數(shù)器：PCPC(111)(111)程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字：PSWPSW(101)(1