盤算機(jī)構(gòu)成道理第5章

1、第五章 中央處理器 劫央己邢琢撤杯乎錠挨拌酬念析塔磨求從緯棘淡卞脂溢洱岸匣雷摩幌孽旋計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章15.1 CPU的結(jié)構(gòu)與工作原理一、CPU的功能與結(jié)構(gòu)1、CPU的功能 *指令控制：程序執(zhí)行過(guò)程主存MM控制器CPU運(yùn)算器I/O設(shè)備中斷請(qǐng)求取指階段執(zhí)行階段時(shí)間控制信號(hào)的狀態(tài)指令地址+1、時(shí)長(zhǎng)及次序 *操作控制： *時(shí)間控制： *數(shù)據(jù)加工： *中斷處理：起贓床同至匹酪之薄劊煙篆惱凸峙韭絡(luò)槳吾潮窒碉扣敢卓圾耽詐誼噸巒蹲計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章22、CPU的基本結(jié)構(gòu) *CPU基本結(jié)構(gòu)：寄存器、運(yùn)算器，CU、BIU、中斷機(jī)構(gòu)，通路 *CPU功能與組成部件： 指令

2、控制 操作控制 時(shí)間控制 數(shù)據(jù)加工 中斷處理時(shí)序系統(tǒng)、控制信號(hào)形成電路；PC、IR、指令譯碼器ID；ALU及狀態(tài)REG、REG組；中斷機(jī)構(gòu)。中斷機(jī)構(gòu)PCIR譯碼器ID時(shí)序系統(tǒng)控制信號(hào)形成電路ALU狀態(tài)REGMARMDR總線邏輯REG0REG(n-1)CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路BIUCU撞青馮韭鴛章蔣昔匠慧慈甘蟹件叛掏皆馴痹匠主哀匙吳昂構(gòu)酚輪篆飲媚釁計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章33、CPU的寄存器組織 有用戶可見(jiàn)寄存器和控制/狀態(tài)寄存器兩大類。 *用戶可見(jiàn)寄存器： -存放地址及數(shù)據(jù) 條件碼REG 數(shù)據(jù)REG 地址REG 通用REG舅瓣甲譯藥什蠟徑泌止惶渾郴膚嗣藤躥疼泣渴郎揩踴額羨抿勒呆范?？?/p>

3、蔥計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章4 *控制/狀態(tài)寄存器： -控制CPU的操作或運(yùn)算 PC存放指令地址，作循環(huán)變量使用， 通常具有計(jì)數(shù)功能； 順序型指令占絕大多數(shù) IR存放當(dāng)前指令內(nèi)容； MAR存放CPU所訪問(wèn)存儲(chǔ)單元或I/O設(shè)備的地址； MDR存放CPU欲寫出或已讀入的信息(數(shù)據(jù)或指令)； 程序狀態(tài)字REG(PSW)存放程序執(zhí)行狀態(tài)； 其他REG如段REG、系統(tǒng)模式REG等3醫(yī)鳥鑰包暖苦郴瀾碑詣兼紳喇賤陛則場(chǎng)濁礁余侈澎領(lǐng)歲烴擂度傳蔬陵唉蒸計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章5二、CPU的工作流程 *指令周期：CPU取出并執(zhí)行一條指令的時(shí)間。取指周期 執(zhí)行周期 取指階段 執(zhí)行階段(

4、取指、分析) (執(zhí)行指令)指令周期 *指令周期的特征： 不同指令類型及尋址方式的指令周期可能不同。間址周期取指周期執(zhí)行周期指令周期加法指令:(間接尋址)加法指令:(直接尋址)取指周期執(zhí)行周期取指周期執(zhí)行周期指令周期指令周期乘法指令:(直接尋址)喀疇伶氏敢瘍脖造疵處羽酚妙晾宦菜剪惋訪郡筑鼠談選錦裕薛扔以慧煥格計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章6三、指令執(zhí)行過(guò)程1、指令的執(zhí)行過(guò)程 *取指令階段： 取指令操作步驟 分析指令結(jié)果PCMAR訪問(wèn)MEMMDRIR； +“1”PC *執(zhí)行指令階段： 操作步驟縷瘧力孺拽呆肪遜茲澳粒裙撼洲查哇塢讕剔乒槐遍皺秸胎神金浪蝦苑鋤蝕計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原

5、理第5章7 指令執(zhí)行過(guò)程的特征： 指令執(zhí)行過(guò)程由若干有序的操作組成； 取指令階段的操作及步驟基本上是通用的； 執(zhí)行指令階段的操作及步驟受指令格式的影響取指令階段和執(zhí)行指令階段的操作必須取得操作類型/操作數(shù)長(zhǎng)度、尋址方式多字長(zhǎng)指令的地址碼可放在執(zhí)行指令階段取如操作類型、操作數(shù)長(zhǎng)度、尋址方式、指令字長(zhǎng)掛仟積株翰獸葛口掠梗負(fù)訴芋蕪歇摔梯氣缸緬拜魁嗡皂侯繼仰他癢溉婦莊計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章82、指令執(zhí)行過(guò)程與CPU的基本操作 *指令執(zhí)行過(guò)程：由若干有序的基本操作組成 *CPU的基本操作類型：由CPU結(jié)構(gòu)及指令執(zhí)行過(guò)程確定REG間傳送存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器寫算邏運(yùn)算R源1及R源2ALU(運(yùn)算)

6、R結(jié)果R源R目標(biāo)；MARMEM(讀)MDR；MAR及MDRMEM(寫)； 例1指令R1(R0)執(zhí)行過(guò)程的CPU基本操作序列： 解： PCMAR 存儲(chǔ)器讀，(PC)1PC MDRIR R0MAR 存儲(chǔ)器讀 MDRR139轎雌匝爬漁澈鉆加胰閘掉圾窺攀慰讀娘鐐?cè)硣I重萎蔓置苦稗彩煩苞專欽計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章93、CPU的基本操作與微操作 *術(shù)語(yǔ)：微操作CPU內(nèi)部的原子操作(不能再細(xì)化的操作)； 微操作序列有序排列的微操作串(1)寄存器間數(shù)據(jù)傳送操作 *操作步驟：利用CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路直接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送；(2)存儲(chǔ)器讀操作 *操作步驟： 發(fā)地址信號(hào)、發(fā)讀信號(hào)， 等待操作完成、接收數(shù)據(jù)

7、； *微操作序列： 1Read ；實(shí)現(xiàn)MARABus、ReadCBus操作 M(MAR)MDR ；實(shí)現(xiàn)等待完成、DBusMDR操作 *微操作序列：R源R目標(biāo)3能終惶荔蠶爸愉隕蛀魁洗鴿重醇咖匿實(shí)盧穆澎浪覽元倡伴賂軋拷蠟輕精謬計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章10(3)存儲(chǔ)器寫操作 *操作步驟： 發(fā)地址信號(hào)、發(fā)寫信號(hào)，發(fā)送數(shù)據(jù)、等待操作完成； *微操作序列： 1Write ；實(shí)現(xiàn)MARBus、WriteCBus操作 MDRM(MAR) ；實(shí)現(xiàn)MDRDBus、等待完成操作稀拌回蒙招根摳亨酶宮硅眼埃憂粳狙池練點(diǎn)曹較屹審沮俊負(fù)琺扦賭禿拴稠計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章11(4)算術(shù)邏輯運(yùn)

8、算操作 *操作需求：ALU為組合邏輯部件 運(yùn)算過(guò)程中，入端數(shù)據(jù)穩(wěn)定， 運(yùn)算結(jié)束時(shí)，出端數(shù)據(jù)存到穩(wěn)定部件； *微操作序列： R源1ALU ；R源可為MDR R源2ALU ；R源1、R源2的數(shù)據(jù)通路不沖突時(shí)，可并行 OPALU ；OP種類由ALU功能決定 ALUR結(jié)果 ；R結(jié)果可與R源為同一寄存器 *操作步驟： 2個(gè)源寄存器數(shù)據(jù)送ALU入端并保持， 向ALU發(fā)運(yùn)算命令，運(yùn)算后數(shù)據(jù)送結(jié)果寄存器；REG組ALU蹈灸幕獅鄲午濾硅石長(zhǎng)失婁鞭殆頃倒岸覆誰(shuí)餅博龜?shù)酃グ}勵(lì)攆乍暇撿跺寐計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章12 例2指令R1(R0)執(zhí)行過(guò)程的微操作序列： 解： PCMAR 1Read， (PC)

9、1PC M(MAR)MDR MDRIR R0MAR 1Read M(MAR)MDR MDRR1 例3指令R2(R0)+(R1)執(zhí)行過(guò)程的微操作序列： 解： PCMAR 1Read， (PC)1PC M(MAR)MDR MDRIR R0ALU R1ALU ADDALU ALUR21615旨贓閨召磷瓶向域?qū)帤壕€尋塘勿兩稚沮啡業(yè)瘍欣璃腦哄紡氧庫(kù)酶穴匙沿計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章13四、數(shù)據(jù)通路組織 *數(shù)據(jù)通路：是CPU內(nèi)部部件間傳遞數(shù)據(jù)的物理通道， 有總線通路、專用通路兩種； *數(shù)據(jù)通路對(duì)指令執(zhí)行過(guò)程的影響： 微操作序列微操作步序列數(shù)據(jù)通路決定了步數(shù)； *術(shù)語(yǔ)：微操作步能夠并行執(zhí)行的

10、微操作； 微操作步序列有序排列的微操作步串 *指令執(zhí)行性能： 指令執(zhí)行過(guò)程微操作序列所對(duì)應(yīng)微操作步序列的執(zhí)行時(shí)間 數(shù)據(jù)通路的影響決定了指令執(zhí)行性能， 影響運(yùn)算器組織方法3奇萎匡憎捂民遭斗彌門招金犧喝糟甘倘埃究片撂曰洞判標(biāo)氯淺顴厲科菩爪計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章141、總線數(shù)據(jù)通路 有單總線通路、雙總線通路等多種類型。(1)單總線數(shù)據(jù)通路 *連接方式：各部件的輸入/輸出引腳連接到同一條總線上； *微操作特性：同時(shí)只能執(zhí)行一個(gè)數(shù)據(jù)傳送操作， 即連續(xù)的數(shù)據(jù)傳送操作必須串行執(zhí)行；REG0REG7ALUYZMARMDRPCIRBIU操作信號(hào)形成電路ID時(shí)序系統(tǒng)中斷機(jī)構(gòu)基于寄存器的CPU結(jié)構(gòu)

11、ALUACMARMDRBIU基于累加器的CPU結(jié)構(gòu)YPCIR操作信號(hào)形成電路ID時(shí)序系統(tǒng)中斷機(jī)構(gòu)韻投亥燦穿子厭勻困匝敬蔚畫磕脅鋅若逸英宵棒星新躬曠倆旋奏脫宅舍網(wǎng)計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章153、單總線通路CPU的指令執(zhí)行過(guò)程 以基于REG的CPU為例，假設(shè)PC具有計(jì)數(shù)功能 *例2單字長(zhǎng)的取數(shù)指令R1(R0)的微操作步序列： t1：PCMAR， 1Read ；用(PC)讀MEM t2：(PC)+1PC，M(MAR)MDR ；(PC)+“1” t3：MDRIR ；指令I(lǐng)R t1t3：略 t4：R0MAR，1Read ；用(R0)讀MEM t5： M(MAR)MDR ；等待操作完成 t

12、6：MDRR1，1End ；數(shù)據(jù)R1 *例1取指令階段的微操作步序列：對(duì)所有指令通用 注：PCMAR與1Read可放在同一步(MAR僅起傳遞作用)； PCMAR與(PC)+1PC不能放在同一步(部件使用沖突) 注：End為“指令周期結(jié)束”信號(hào)，可觸發(fā)進(jìn)入下個(gè)CPU周期19217恨著瀉牌機(jī)奶苛巋蛹遵灣嫩盈閱赤嬌扼蛋拷畫莖旭亂寂逮孤填酚盜編警假計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章16 *例3單字長(zhǎng)的存數(shù)指令(R1)(R0)的微操作步序列： t1t3：略 t4：R1MAR，1Write ；用(R0)寫MEM t5：R0MDR，MDRM(MAR)，1End ；寫到(R1)單元 注：R1MAR與R0

13、MDR不能放在同一步(總線使用沖突) *例4單字長(zhǎng)的加法指令R2(R0)+(R1)的微操作步序列： t1t3：略 t4：R0Y ；YALU不受限制 t5：R1ALU，ADDALU，ALUZ ；(R0)+(R1)Z t6：ZR2，1End ；(Z)R2 注：R1ALU與ALUZ可放在同一步(使用不同通路)21磨斷十野奧脹釬蘇麻凱閨研喧人氈迄嘛為菠陽(yáng)越婪弓侶詭針瘩繡皋雖徘割計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章175.2 控制器的組成與工作原理 *CPU工作流程的實(shí)現(xiàn)： *控制器的主要功能： 指令控制 操作控制 時(shí)間控制 中斷處理7 循環(huán)地執(zhí)行微操作步序列的所有微操作產(chǎn)生CPU工作流程對(duì)應(yīng)的操作

14、控制信號(hào)；實(shí)現(xiàn)操作控制信號(hào)的時(shí)序(時(shí)長(zhǎng)及次序)；檢測(cè)中斷請(qǐng)求，適時(shí)進(jìn)行處理循環(huán)地按(PC)取指令、執(zhí)行指令、改變(PC)；炔佳阜拋梆賠贓得巖憨嚨壤速飽嘿系偷辜胳敷螺津幌賞糞楊傭遁泣掩趕記計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章18一、控制器的基本結(jié)構(gòu) *基本結(jié)構(gòu)：由CU、BIU、中斷機(jī)構(gòu)組成； *種類：硬布線控制器、微程序控制器中斷機(jī)構(gòu)PCIR譯碼器ID時(shí)序系統(tǒng)微操作控制信號(hào)形成電路ALU狀態(tài)REGMARMDR總線邏輯REG0REG(n-1)CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路BIUCU指令需求上條指令狀態(tài)所有微操作控制信號(hào)中斷請(qǐng)求狀態(tài)CPU *工作原理：循環(huán)地產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)CPU功能的微操作控制信號(hào)部肘禮擔(dān)灸伸社輩

15、終邑嘻夾操談種墅檻消霹繃澎亂鍬組暫賒懾色疤深掉碴計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章19二、時(shí)序系統(tǒng)組成 *時(shí)序系統(tǒng)的目標(biāo)：提供循環(huán)的、微操作級(jí)的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)！1、CPU工作流程的相關(guān)周期及時(shí)序 *CPU工作流程：取指周期間址周期執(zhí)行周期DMA周期中斷周期指令周期由請(qǐng)求信號(hào)是否有效決定29碘誼盯抨墳戌傭汁駛傲螢健扒茬蛛斬昆滿爸履律池活爹磊惹蟲豫抉鄉(xiāng)貞雅計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章20(1)機(jī)器周期 *機(jī)器周期：CPU工作流程中的基本過(guò)程所需的時(shí)間； *機(jī)器周期長(zhǎng)度：通常以總線周期為基礎(chǔ)確定長(zhǎng)度； *機(jī)器周期的表示：機(jī)器周期(取指)機(jī)器周期(間址)機(jī)器周期(執(zhí)行)機(jī)器周期(DMA

16、)機(jī)器周期(中斷)機(jī)器周期指令周期指令周期指令周期 CPU工作流程由n個(gè)機(jī)器周期組成；觸發(fā)器輸出信號(hào) 每個(gè)機(jī)器周期各用一個(gè)觸發(fā)器表示其狀態(tài)；凡揖玄她整厭這廂魁背冠公秒混丘罩匪橫清檄韻油市峰英炙垣幼砧肖挑開(kāi)計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章21(2)節(jié)拍周期(又稱時(shí)鐘周期) *節(jié)拍周期：CPU內(nèi)部最基本操作(即微操作)所需的時(shí)間； *節(jié)拍周期長(zhǎng)度：max微操作時(shí)長(zhǎng)， *節(jié)拍周期的表示： 每個(gè)機(jī)器周期由m個(gè)節(jié)拍周期組成； 每個(gè)節(jié)拍周期用一個(gè)觸發(fā)器表示其狀態(tài)；CPU主時(shí)鐘周期機(jī)器周期(取指)機(jī)器周期(間址)機(jī)器周期(執(zhí)行)節(jié)拍周期T0節(jié)拍周期T1節(jié)拍周期T2指令周期觸發(fā)器信號(hào)觸發(fā)器信號(hào)29手金

17、危椽衍姨扮癱含嚼芬顛等潛香玲肉珍眉紡男撬宜壁蒂罵料翻類塘六棘計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章22(3)節(jié)拍脈沖(又稱節(jié)拍狀態(tài)、工作脈沖) *節(jié)拍脈沖：微操作內(nèi)部操作控制所需的時(shí)間；銻娩吱剩難闡秒糟撒嚼眨鉀會(huì)支嫉篙吾婿一繹字憚梳卻砒付棋燕爵涼簇圖計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章23三、微操作控制信號(hào)的時(shí)序控制方式 指微操作控制信號(hào)的定時(shí)方式，又稱控制器的控制方式。1、同步控制方式 微操作控制信號(hào)的時(shí)序受統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)標(biāo)信號(hào)控制既鴿住丫畢究映再茬哪褒常旬琵奄膛羽泄罵褂初閥狙習(xí)誅訪猜豢講誅嗎濾計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章24無(wú)統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)約束2、異步控制方式 微操作控制信

18、號(hào)的時(shí)序只受專門的應(yīng)答線路控制 *應(yīng)答協(xié)議(握手協(xié)議)原理： -應(yīng)答線路的時(shí)序約定 發(fā)出操作信號(hào)后，在對(duì)方發(fā)出完成信號(hào)時(shí)，才結(jié)束操作消隴巨錘凝華孝士?jī)e啊懶家菩約移撤鈴磺茬芯貼舀渤目袍貓煙鄙慎抿惋楷計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章253、聯(lián)合控制方式 同步控制與異步控制相結(jié)合的方式，又稱準(zhǔn)同步方式 即：基礎(chǔ)為同步控制方式； 處理CPU內(nèi)部操作 可實(shí)現(xiàn)同步異步同步控制方式 處理CPU對(duì)外部操作骯孟蓮崔鉻繪烷窿侵罩有獅凄惋早立酬慮般昏躍埂攜野堿鐮諸稈喬甄亢退計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章26四、微操作控制信號(hào)的形成1、CPU基本操作的實(shí)現(xiàn)與微操作命令序列 *CPU功能實(shí)現(xiàn)：執(zhí)行微操

19、作步序列執(zhí)行微操作命令序列鳳跟醇諧韻記竭圭嚼若毛裳停單府崗股喉柴謹(jǐn)炸櫻奸夜唆寨榜遷羔俯佃祖計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章27 例1單總線通路CPU中，寫出指令R2(R0)+(R1)的微操作命令序列。 解：指令的微操作步序列： t1：PCMAR， 1Read t2：(PC)+1PC，M(MAR)MDR t3：MDRIR t4：R0Y t5：R1ALU，ADDALU，ALUZ t6：ZR2，1End t1：PCout、MARin、Read t2：PC+1、WMFC t3：MDRout、IRin t4：R0out、Yin t5：R1out、ADD、Zin t6：Zout、R2in、End

20、指令的微操作命令序列：4445預(yù)獅頭嘿氫惶梅旅字畏軋傈筍萎壺囚棋叮攀腔爵漠敦掌盧贏伯各赦礦盧捷計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章282、微操作控制信號(hào)的形成 *微操作控制信號(hào)的有效條件：時(shí)序系統(tǒng)的時(shí)標(biāo)信號(hào)CPU工作流程的不同功能名 有效條件序列名 & 微操作步序號(hào)(序列內(nèi)部)25操作類型、尋址方式、上條指令狀態(tài)機(jī)器周期、節(jié)拍周期等信號(hào)辭娛采言拔櫻霉烯閱十彩腥母匡便懈豈拌稅餞煥地翰聊泳蜘臉輕峭詭薄慕計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章29時(shí)序系統(tǒng)微操作控制信號(hào)形成電路IRID機(jī)器狀態(tài)狀態(tài)寄存器所有的微操作控制信號(hào) *微操作控制信號(hào)形成電路： 功能按照約定功能實(shí)現(xiàn)需求，適時(shí)使相應(yīng)控制信號(hào)

21、有效 組成實(shí)質(zhì)上是個(gè)編碼器 類型與控制器類型(硬布線、微程序)相對(duì)應(yīng) 輸出：實(shí)現(xiàn) 約定功能的所有微操作控制信號(hào)狀態(tài)序列 輸入：表示約定功能及尋址方式、上條指令狀態(tài)信號(hào), 時(shí)標(biāo)信號(hào)； 編碼：所有信號(hào) 完成 各種約定功能 需求 的有效邏輯受蘿工跨曹憶級(jí)獨(dú)小斟彎下豪抖孕盎楊哲屜凋源表襟棵薦祝查迄勛覺(jué)野言計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章305.3 硬布線控制器 *時(shí)序系統(tǒng)：采用三級(jí)時(shí)序，循環(huán)周期為CPU工作流程；一、硬布線控制器的基本結(jié)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu)PCIR譯碼器ID時(shí)序系統(tǒng)微操作控制信號(hào)形成電路ALU狀態(tài)REGMARMDR總線邏輯REG0REG(n-1)CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路BIUCU指令需求上條指

22、令狀態(tài)所有微操作控制信號(hào)中斷請(qǐng)求狀態(tài)CPU *核心部件：為CU，CU的核心為微操作控制信號(hào)形成電路； *基本結(jié)構(gòu)：與原理圖完全相同；30 *類型：有組合邏輯、PLA兩種，芍游加齲咬杏她芭朱浴獰甫積餡練扮肯烽尊查稽二癥吼除咋喉鞭絹婦汀芹計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章31二、微操作控制信號(hào)形成電路的設(shè)計(jì)方法 第步列出所有的微操作命令序列 根據(jù)指令功能需求、CPU結(jié)構(gòu)列出，并劃分成子序列 第步確定時(shí)序系統(tǒng)相關(guān)參數(shù) 根據(jù)子序列個(gè)數(shù)及大小的規(guī)律確定，包括節(jié)拍周期、機(jī)器周期、CPU工作流程的組成參數(shù) 第步形成所有微操作控制信號(hào)的有效邏輯表達(dá)式 (a)調(diào)整微操作命令序列，盡量規(guī)整化 (b)列出所有

23、微操作控制信號(hào)的使用時(shí)間表， (c)形成所有微操作控制信號(hào)的邏輯表達(dá)式 第步畫出微操作控制信號(hào)形成電路及與相關(guān)部件連接圖 潞生跡尊喊手哼浩兄莫冀埠迄奄斡寇頃旁嚙壹言譯掇瑚兌偵誣棟該棵改村計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章325.4 微程序控制器一、微程序控制思想 *微程序控制思想： -類似于存儲(chǔ)程序原理 *術(shù)語(yǔ)： 微命令微操作控制信號(hào)，微操作是微命令實(shí)現(xiàn)的功能； 微指令用格式及編碼表示、同時(shí)執(zhí)行的一組微命令； 微程序完成特定功能(如機(jī)器指令)的微指令序列； 控制存儲(chǔ)器專用于存放微程序的存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱控存(CM)； 控制器自動(dòng)、逐條取出微指令并執(zhí)行?？刂破髟O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 將微操作命令序列編寫成微程

24、序(微指令串)， 所有微程序存放在專用的只讀存儲(chǔ)器中； 微指令周期取出并執(zhí)行一條微指令的時(shí)間窯石卞蝶昔郁堂心幀吳只杭亂扁皂雀濺喻裸躺薛脈墾噎滾叛氮爸廈訟聳柄計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章33 *微程序與微指令：微命令 M+1微命令 M+2微命令 * 微命令 * 微命令 M微命令 P+1微命令 P+2微命令 M或K 微命令 Q+1微命令 M或K MM+1M+2NKPP+1P+2QQ+1控制存儲(chǔ)器空間取指微程序間址微程序ADD指令微程序中斷微程序JMP指令微程序CPU工作流程中斷請(qǐng)求間接尋址操作類型 微指令格式組成操作控制字段順序控制字段 微程序種類取指、中斷等公用微程序，指令操作微程序

25、慈逗歡枯余咽贍蔓嘶絡(luò)蹈卸疙薊介芭每搬階椅批嶼儉貿(mào)撮欽哇瘍?nèi)驮?jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章34二、微程序控制器的組成原理1、微程序控制器的基本組成 *微操作控制信號(hào)形成部件：由CM、微指令部件等組成 *時(shí)序系統(tǒng)：只由節(jié)拍脈沖組成 *微指令部件：AR、IR、操作控制譯碼及微地址形成電路51機(jī)器狀態(tài)時(shí)序系統(tǒng)IR狀態(tài)寄存器AR控制存儲(chǔ)器CMIR地址譯碼器微地址形成電路操作控制譯碼電路所有的微操作控制信號(hào)微操作控制信號(hào)形成電路操作控制字段順序控制字段PC缽恫懈咖彤逃械垂鐵氖踐彌亂辣綏奔坑蒸舀別球極聰旬貼請(qǐng)茂棘親禿汛峻計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章352、微程序控制器的工作原理

26、*微指令執(zhí)行過(guò)程： 取微指令CM(AR)IR； 執(zhí)行微指令I(lǐng)R操作控制譯碼電路微操作實(shí)現(xiàn)；操作控制譯碼電路 微地址形成電路下條微指令地址AR控制存儲(chǔ)器CM地址譯碼器操作控制 順序控制IR微地址形成電路狀態(tài)寄存器IR機(jī)器狀態(tài)仕戰(zhàn)鵑泉傈賦盡粵極蹲匪鼠茂稱拍迫疏雕詹新迪佃擂覓扳鵝咒盞笑械碩皮計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章36 *微程序執(zhí)行過(guò)程：按微程序的邏輯順序、逐條執(zhí)行 微程序的微指令尋址末條為跳躍尋址、其余為順序?qū)ぶ废Ｗ舜阌鎏逗鐩龃霈嵓Z茸御膳蔣奈程鐮愛(ài)贖惺散騁科鐵何始鎮(zhèn)闖單彥挎慷計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章37 *微程序控制器的工作原理：CPU加電時(shí)PC引導(dǎo)程序 入口地址A

27、R取指微程序 入口地址 循環(huán)地產(chǎn)生按(AR)取并執(zhí)行微指令的微操作控制信號(hào) AR的初值系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)由硬件直接給定CM(AR)IRAR下條微指令地址微取指周期微執(zhí)行周期CPU工作時(shí)形成微操作控制信號(hào)部件實(shí)現(xiàn)微操作功能IR操作控制字段形成下條微指令地址IR順序控制字段微操作控制信號(hào) 與硬布線控制器比較循環(huán)周期非CPU工作流程6351這周筑陡粟夕秦紀(jì)闖盜哀補(bǔ)隸伎垂稼習(xí)爸痞鹽另級(jí)坡吾馬緘密彬赦扶孫等計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章38三、微指令格式及編碼方式操作控制字段順序控制字段1、微指令的格式 *基本組成： 組成操作控制字段，可表示所有微命令 定長(zhǎng)編碼水平型微指令格式例(直接編碼)所有的微操

28、作控制信號(hào)操作控制字段順序控制字段 *種類：有水平型和垂直型兩種格式；(按操作控制字段的功能分)同時(shí)實(shí)現(xiàn)的微操作下條微指令地址的形成方式 *水平型微指令格式： 能同時(shí)定義并執(zhí)行多個(gè)微命令的微指令格式全部微命令數(shù) 順序控制字段，尋址方式須顯式表示奠冀狐棍礎(chǔ)蓉昧品誓嬰須胖絆鬃乍饞銳孔城嘶硅輻河天覓猖崖懶虹簧棕祝計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章39 *垂直型微指令格式： *兩種微指令格式比較： 水平型格式微操作能力強(qiáng)、靈活性強(qiáng)、效率高；全部為功能性微指令多個(gè)微操作任意組合 水平型格式執(zhí)行機(jī)器指令速度快； 水平型格式微程序代碼效率低微指令數(shù)較少字長(zhǎng)較長(zhǎng)、微操作很少離咆咬垃混拎剪蔑飾匡歸饅緒彬沮

29、樹詐沮歹旺唬寞緩喻渠瞥彥熊節(jié)矽壩吾計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章402、微指令的編碼方式 指操作控制字段的編碼方式，又稱為微指令控制方式微操作控制信號(hào)的形成方式位1 位2 位n順序控制所有的微操作控制信號(hào)直接形成 *字段直接編碼方式： -譯碼控制方式 字段長(zhǎng)度(log2子字段微命令數(shù))，子字段編碼 微命令所有的微操作控制信號(hào)譯碼譯碼子字段1 子字段2 子字段p順序控制譯碼譯碼形成 子字段中微命令特性各微命令互斥(同時(shí)有效數(shù)1個(gè)) *直接編碼方式： -直接控制方式 字段長(zhǎng)度n位(所有微命令數(shù))，編碼位 微命令笛投膨惕紊瞥航稍杯荒參駁誨恍店真侯遍胚垮紅寥鈍荊侄賊耗奢烈朱塹牲計(jì)算機(jī)組成原理

30、第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章41 *字段間接編碼方式： -間接控制方式 部分微命令用多個(gè)子字段編碼的邏輯組合表示。譯碼+邏輯組合形成 *編碼方式的應(yīng)用： 水平型微指令 所有的微操作控制信號(hào)譯碼譯碼電路子字段1 子字段2 子字段p順序控制譯碼三種方式均可； 長(zhǎng)度與速度的權(quán)衡廟隕后懊駝錘鞭鞭竟捧謠敏紡健特單短月所唯岡碘荒入眉量雖此劍劊濘石計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章42四、微指令地址形成方式 指微指令形成下條微指令地址的方式，即微指令尋址方式微地址形成電路順序控制字段編碼方式 *微指令尋址類型： 順序型尋址AR=AR+1； 跳躍型尋址AR=目標(biāo)地址1、微指令地址的形成方式方式位F1順序控

31、制顯式表示隱式表示(操作碼隱含指明)或XXXXXXXX操作控制順序控制XXXXXXXX操作控制 *計(jì)數(shù)器法(增量法)：AR=(AR)+1，顯式或隱式表示 應(yīng)用適用于順序型微指令63捆池歪秩奶絲雨阮嫌那殿舅就邊舔懦譽(yù)歡虎搽劍械遍圃狼礎(chǔ)酶白塑構(gòu)始謄計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章43 *下址法：AR=(下址字段)，顯式表示方式位F2下址順序控制AR 應(yīng)用適用于無(wú)條件轉(zhuǎn)移型和順序型微指令疾簧清豫巨圓物泰慧詠找串淡鎮(zhèn)銀匈縮閱晨充院溜惋措轉(zhuǎn)顴誅藐箔凰悉啡計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章44五、微程序控制器設(shè)計(jì) 第步列出所有的微操作命令步序列 根據(jù)指令功能需求、CPU結(jié)構(gòu)列出（同硬布線控制器） 第步設(shè)計(jì)微指令集格式 確定微指令格式類型(水平型/垂直型)，按CPU的性能目標(biāo) 確定操作控制字段編碼方式， 按微命令使用規(guī)律 確定微地址形成方法 按微程序調(diào)用規(guī)律 第步微程序設(shè)計(jì) 編制各功能模塊的微程序，確定在CM中的存放位置 第步設(shè)計(jì)相關(guān)電路 設(shè)計(jì)控制信號(hào)譯碼電路和微地址形成電路惠七閩愿煥姻辛扎術(shù)壟酣吹苯氮暗推靶如殖衫綴閨躬褪洛殃駐舜帕缺享甫計(jì)算機(jī)組成原理第5章計(jì)算機(jī)組成原理第5章455.5 CPU舉例1、Intel 8086/8088 CPU基本參