計算機組成原理第五章3-4節(jié)ppt課件

1、計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.3.1 時序產(chǎn)生器作用和體制5.3.2 時序信號產(chǎn)生器5.3.3 控制方式5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制、時序產(chǎn)生器作用和體制作用：作用：CPU中的控制器用它指揮機器的工作中的控制器用它指揮機器的工作CPU可以用時序信號可以用時序信號/周期信息來辨認(rèn)從內(nèi)存周期信息來辨認(rèn)從內(nèi)存中取出的是指令取指還是數(shù)據(jù)執(zhí)行）中取出的是指令取指還是數(shù)據(jù)執(zhí)行）一個一個CPU周期中時鐘脈沖對周期中時鐘脈沖對CPU的動作有嚴(yán)的動作有嚴(yán)格的約束格的約

2、束操作控制器發(fā)出的各種信號是時間時序信操作控制器發(fā)出的各種信號是時間時序信號和空間部件操作信號的函數(shù)。號和空間部件操作信號的函數(shù)。5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6體制組成計算機硬件的器件特性決定了時序信號的基本體制是電位脈沖制以觸發(fā)器為例）D為電位輸入端，CPClock Pulse為脈沖輸入端R,S為電位輸入端特性方程如下D=0時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置0D=1時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置15.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制、時序產(chǎn)生器作用和體制5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院

3、體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6n硬布線控制器，采用主狀態(tài)周期硬布線控制器，采用主狀態(tài)周期節(jié)拍電位節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖三級體制節(jié)拍脈沖三級體制n時序信號產(chǎn)生電路復(fù)雜時序信號產(chǎn)生電路復(fù)雜5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制、時序產(chǎn)生器作用和體制5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6n微程序控制器，節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖二級體制n利用微程序順序執(zhí)行來實現(xiàn)微操作n時序信號產(chǎn)生電路簡單5.3.1、時序產(chǎn)生器作用和體制、時序產(chǎn)生器作用和體制5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心

4、2022-4-65.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器n功能：產(chǎn)生時序信號n各型計算機產(chǎn)生時序電路不相同n大、中型計算機的時序電路復(fù)雜，微型計算機的時序電路簡單n構(gòu)成：n時鐘源n環(huán)形脈沖發(fā)生器n節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯n啟停控制邏輯5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6一、時鐘脈沖源一、時鐘脈沖源nn電路左邊是振蕩電路，右邊是整形電路，左邊的電路產(chǎn)生接近正弦波的波形，右邊非門則將其整形為一個理想的方波11RC1C25.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)

5、構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6二、環(huán)形脈沖發(fā)生器二、環(huán)形脈沖發(fā)生器n作用：產(chǎn)生一組有序間隔相等或不等的脈沖序列5.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6環(huán)形脈沖發(fā)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器C4C1C2C3計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6三、節(jié)拍脈沖和讀三、節(jié)拍脈沖和讀/寫時序的編碼寫時序的編碼節(jié)拍脈沖的譯碼邏輯一個CPU周期包含4個等間隔的節(jié)拍脈沖）10430332022101.CTCTCCTCCT5.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器5.3 時序產(chǎn)

6、生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6讀寫時序信號的譯碼邏輯表達(dá)式以上帶的表示信號來自微程序控制器，持續(xù)一個CPU周期 讀寫時序信號受到控制的信號，而節(jié)拍脈沖信號時計算機加上電源后就產(chǎn)生。DRCRD2EWCWE2三、節(jié)拍脈沖和讀三、節(jié)拍脈沖和讀/寫時序的編碼寫時序的編碼5.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6四、啟停控制邏輯四、啟?？刂七壿媶印⑼C是隨機的，對讀/寫時序

7、信號也需要由啟停邏輯加以控制。當(dāng)運行觸發(fā)器為“1時，打開時序電路。當(dāng)計算機啟動時，一定要從第1個節(jié)拍脈沖前沿開始工作。當(dāng)運行觸發(fā)器“0時，關(guān)閉時序產(chǎn)生器。停機時一定要在第4個節(jié)拍脈沖結(jié)束后關(guān)閉時序產(chǎn)生器。5.3.2、時序信號產(chǎn)生器、時序信號產(chǎn)生器5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.3.3 控制方式控制方式機器指令所包含的CPU周期數(shù)反映了指令的復(fù)雜程度，不同CPU周期的操作信號的數(shù)目和出現(xiàn)的先后次序也不相同?？刂品绞剑嚎刂撇煌僮餍蛄袝r序信號的方法。分為以下幾種：同步控制方式異步控制方式聯(lián)合控制方式5.3 時序產(chǎn)生器和

8、控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6同步控制方式指令的機器周期和時鐘周期數(shù)不變）完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令采用不定長機器周期中央控制與局部控制的結(jié)合異步控制方式每條指令需要多長時間就占多長時間聯(lián)合控制方式大部分指令在固定的周期內(nèi)完成，少數(shù)難以確定的操作采用異步方式機器周期的節(jié)拍脈沖固定，但是各指令的機器周期數(shù)不固定微程序控制器采用）5.3.3 控制方式控制方式5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式（1 1同步控制同步控制各項操作受統(tǒng)一時序控制。各項操作受統(tǒng)一時序控制。定義：定義：特點：特點： 有明顯時序時間劃分，有明顯時序

9、時間劃分，優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 時序關(guān)系簡單，時序劃分規(guī)整，時序關(guān)系簡單，時序劃分規(guī)整，控制不復(fù)雜；控制不復(fù)雜；時間安排不合理。時間安排不合理。應(yīng)用場合：應(yīng)用場合： 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。控制邏輯易于集中，便于管理。 ( (各掛接部件速度相近，傳送時間確各掛接部件速度相近，傳送時間確定，傳送距離較近定，傳送距離較近) )。 時鐘周期時時鐘周期時間固定，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)格同步定時控制。據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時控制。各項操作受統(tǒng)一時序控制。各項操作受統(tǒng)一時序控

10、制。由由CPU或其他設(shè)備提或其他設(shè)備提供供（2 2異步控制異步控制 各項操作按不同需要安排時間，不各項操作按不同需要安排時間，不受統(tǒng)一時序控制。受統(tǒng)一時序控制。定義：定義：特點：特點： 無統(tǒng)一時鐘周期劃分，無統(tǒng)一時鐘周期劃分，例例. .異步傳送操作異步傳送操作 主設(shè)備：主設(shè)備：申請并掌握總線權(quán)的設(shè)備。申請并掌握總線權(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。總線總線主主從從 從設(shè)備：從設(shè)備：響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。響應(yīng)主設(shè)備請求的設(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

11、設(shè)備詢問從設(shè)備主設(shè)備詢問從設(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主設(shè)備輸出端與總線斷開計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6開展微程序的概念和原理是由英國劍橋大學(xué)的MVWilkes教授于1951年在曼徹斯特大學(xué)計算機會議上首先提出來的，當(dāng)時還沒有合適的存放微程序的控制存儲器的元件。到1964年，IBM公司在IBM 360系列機上成功地采用了微程序設(shè)計技術(shù)。20世紀(jì)70年代以來，由于VLSI技術(shù)的發(fā)展，推動了微程序設(shè)計技術(shù)的發(fā)展

12、和應(yīng)用。目前，從大型機到小型機、微型機都普遍采用了微程序設(shè)計技術(shù)。5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6基本思想：仿照解題的方法，把操作控制信號編制成微指令，存放到控制存儲器里，運行時，從控存中取出微指令，產(chǎn)生指令運行所需的操作控制信號。從上述可以看出，微程序設(shè)計技術(shù)是用軟件方法來設(shè)計硬件的技術(shù)。5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.1微程序控制原理 5.4.2微程序設(shè)計技術(shù)5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.1微程

13、序控制原理微程序控制原理 微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令叫作微命令，它是構(gòu)成控制序列的最小單位。叫作微命令，它是構(gòu)成控制序列的最小單位。例如：打開或關(guān)閉某個控制門的電位信號、某個寄例如：打開或關(guān)閉某個控制門的電位信號、某個寄存器的打入脈沖等。存器的打入脈沖等。微命令是控制計算機各部件完成某個基本微操作的微命令是控制計算機各部件完成某個基本微操作的命令。命令。微操作：是微命令的操作過程。微操作：是微命令的操作過程。微命令和微操作是一一對應(yīng)的。微命令和微操作是一一對應(yīng)的。微命令是微操作的控制信號，微操作是微命令的操微命令是微操作的控制信號，

14、微操作是微命令的操作過程。作過程。微操作是執(zhí)行部件中最基本的操作。微操作是執(zhí)行部件中最基本的操作。5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6R1R2R3C iALUXYJKDR+-M1234685791011125.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6R1R2R3C iALUXYJKDR+-M123468579101112數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6R1R2R3C iALUXYJKDR+-M123468579101

15、112控制信號控制信號5.4 微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-61 R11 R1輸入輸入 2 R22 R2輸入輸入 3 R33 R3輸入輸入 4 R14 R1送送X X 5 R35 R3送送Y Y 6 R26 R2送送X X 7 R27 R2送送Y Y 8 DR8 DR送送X X 9 R19 R1送送Y Y 10 10 加加 11 11 減減 12 12 傳送傳送 寄存器寄存器的輸入的輸入脈沖脈沖四路數(shù)據(jù)四路數(shù)據(jù)選擇器的選擇器的選擇端選擇端運算控運算控制端制端R1R2R3C iALUXYJKDR+-M1234685791011125.4 微程序控制器微程序

16、控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6R1R2R3C iALUXYJKDR+-M1234685791011123 R33 R3輸入輸入 4 R14 R1送送X X 7 R27 R2送送Y Y 10 10 加加 （R1）+（R2）R33 R33 R3輸入輸入 9 R19 R1送送Y Y 6 R26 R2送送X X 10 10 加加 5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6相容性微命令：在相容性微命令：在同一個同一個CPUCPU周期周期中，可以同時執(zhí)中，可以同時執(zhí)行的微操作命令。行的微操作命令。相斥性微命令：相斥性微命

17、令：在同一個在同一個CPUCPU周期周期中，不能同時執(zhí)中，不能同時執(zhí)行的微操作操作。行的微操作操作。相相斥斥相相斥斥相相斥斥5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.1微程序控制原理微程序控制原理微指令：把在同一微指令：把在同一CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作控制信息，存儲在控制存儲器里，稱為一條微指令在控制存儲器里，稱為一條微指令Microinstruction）。）。它是微命令的組合，微指令存儲在控制器中的控制存儲器中它是微命令的組合，微指令存儲在控制器中的控制存儲器中一條微指令通常至少包含兩大部分信

18、息：一條微指令通常至少包含兩大部分信息：操作控制字段，又稱微操作碼字段，用以產(chǎn)生某一步操作所需的操作控制字段，又稱微操作碼字段，用以產(chǎn)生某一步操作所需的各個微操作控制信號。各個微操作控制信號。某位為某位為1，表明發(fā)微指令，表明發(fā)微指令微指令發(fā)出的控制信號都是節(jié)拍電位信號，持續(xù)時間為一個微指令發(fā)出的控制信號都是節(jié)拍電位信號，持續(xù)時間為一個CPU周期周期微命令信號還要引入時間控制微命令信號還要引入時間控制順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產(chǎn)生下一條要執(zhí)行順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產(chǎn)生下一條要執(zhí)行的微指令地址。的微指令地址。5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計

19、算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6微程序微程序一系列微指令的有序集合就是微程序。一系列微指令的有序集合就是微程序。一段微程序?qū)?yīng)一條機器指令。一段微程序?qū)?yīng)一條機器指令。微地址微地址 ：存放微指令的控制存儲器的單元地址：存放微指令的控制存儲器的單元地址5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6微指令基本格式微指令基本格式5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-63、微程序控制器原理5.4.1微程序控制原理微程序控制原理

20、5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6控制存儲器(CM). 這是微程序控制器的核心部件，用來存放微程序。其性能(包括容量、速度、可靠性等)與計算機的性能密切相關(guān)。微指令寄存器(IR)用來存放從CM取出的正在執(zhí)行的微指令，它的位數(shù)同微指令字長相等。微地址形成部件用來產(chǎn)生初始微地址和后繼微地址，以保證微指令的連續(xù)執(zhí)行。微地址寄存器(MAR) 它接受微地址形成部件送來的微地址，為下一步從CM中讀取微指令作準(zhǔn)備。5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6微程序執(zhí)

21、行過程舉例微程序執(zhí)行過程舉例加法運算：ab6設(shè)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5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6實現(xiàn)實現(xiàn)“十進(jìn)制加法的微程序的各條微指令編碼如下：十進(jìn)制加法的微程序的各條微指令編碼如下： 第一條微指令的二進(jìn)制編碼是：第一條微指令的二進(jìn)制編碼是： 000 000 000 000 11111100000 000 000 000 000 11111100000 第二條微指令的二進(jìn)制編碼是：第二條微指令的二進(jìn)制編碼是： 010 100 100 100 0000

22、0001001 010 100 100 100 00000001001 第三條微指令的二進(jìn)制編碼是：第三條微指令的二進(jìn)制編碼是： 010 001 001 100 00000010000 010 001 001 100 00000010000 第四條微指令的二進(jìn)制編碼是：第四條微指令的二進(jìn)制編碼是： 010 001 001 001 00000000000 010 001 001 001 00000000000組組成成一一段段微微程程序序 計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6四條微指令如下000 000 000 000 111111000000000取指令操作信號P1判別0

23、10 100 100 100 000000010011010存結(jié)果LDR2R1-XR2 - Y+5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6闡明：關(guān)于闡明：關(guān)于P1P1、P2P2測試的約定測試的約定中央處理器中央處理器 （1 1P1P1測試的約定：若測試的約定：若P1=1P1=1，則進(jìn)行，則進(jìn)行P1P1測試：測試： 將機器指令的操作碼將機器指令的操作碼OPOP作為下一條微指令的地址。作為下一條微指令的地址。 （2 2P2P2測試的約定：測試的約定： 若若P2=1P2=1，則進(jìn)行，則進(jìn)行P2P2測試：測試： 根

24、據(jù)進(jìn)位根據(jù)進(jìn)位CyCy的狀態(tài)，決定下一條微指令的地址。的狀態(tài)，決定下一條微指令的地址。 若若Cy=1Cy=1，則當(dāng)前微指令給出的后繼地址，則當(dāng)前微指令給出的后繼地址00000000就是就是 下一條微指令的地址；下一條微指令的地址； 若若Cy=0Cy=0，則下一條微指令的地址為，則下一條微指令的地址為00010001要執(zhí)行要執(zhí)行 S-6S-6運算）。運算）。 計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6十進(jìn)制加法指令的微程序十進(jìn)制加法指令的微程序010 001 001 100 000000100001001存結(jié)果LDR2R2 - XR3 - Y+P2判別P2條件為0，轉(zhuǎn)到取指令的

25、公操作010 001 001 001 000000000000001存結(jié)果LDR2R2 - XR3 - Y-轉(zhuǎn)到取指令的公操作計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65、CPU周期和微指令周期的關(guān)系5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-66.機器指令與微指令的關(guān)系機器指令與微指令的關(guān)系5.4.1微程序控制原理微程序控制原理5.4 微程序控制器微程序控制器（1一條機器指令對應(yīng)一段微程序，這段微程序是由若干條微指令序列組成的。因此，一條機器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。簡言

26、之，一條機器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。 （2從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與 控制存儲器有關(guān)。與此相關(guān)，也有相對應(yīng)的硬設(shè)備。 （3每一個CPU周期對應(yīng)一條微指令。 計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6機器指令與微指令 程序機器指令機器指令1機器指令機器指令2機器指令機器指令i機器指令機器指令n.微指令微指令2微指令微指令1微指令微指令i微指令微指令n.微程序計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)一、設(shè)計微指令應(yīng)當(dāng)追

27、求的目標(biāo)有利于縮短微指令的長度有利于縮小CM的容量有利于提高微程序的執(zhí)行速度有利于對微指令的修改有利于提高微程序設(shè)計的靈活性5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)1、微命令的編碼方法編碼有三種方法：直接表示法/編碼表示法/混合表示法直接表示法：操作控制字段中的各位分別可以直接控制計算機，不需要進(jìn)行譯碼。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6直接表示法舉例，操作控制字段的每一個獨立的二進(jìn)制位代表一個微命令，該位為“1表示這個微命令有效，為“0表示這個微命令無效。5.4.2 微程序設(shè)

28、計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)后繼微地址判斷條件uA0uA1uA2uA3uA4uA5P0P1P2P3INTSINTCLDIRLDPCM4PC_ADDPC_INCLDIARLDAR1AR1_INCM3LDERIAR_BUS#SW_BUS#RS_BUS#ALU_BUSLRWCEL#WRDLDDR1M1S0S1S2111213141516171819202122232425262728293031323334 微指令格式舉例TEC_5實驗平臺格式）35TJ計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-62、編碼表示法：將操作控制字段分為若干個小段，每段內(nèi)采用最短編碼法，段與段之間采用直接控制法。5

29、.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)編碼表示法特點：可以避免互斥，使指令字大大縮短，但增加了譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度減慢計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)3、混合編碼法：將前兩種結(jié)合在一起，兼顧兩者特點。一個字段的某些編碼不能獨立地定義某些微命令，而需要與其他字段的編碼來聯(lián)合定義.計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)二、微指令地址的形成機器指令的操作碼轉(zhuǎn)換成初始微地址的方式主要有兩種。計數(shù)器的方式多路轉(zhuǎn)移的方式5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)

30、中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)1、入口地址形成：如果機器指令操作碼字段的位數(shù)和位置固定，可以直接使操作碼與微程序入口地址的部分位相對應(yīng)。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)2、后繼微地址形成方法（1計數(shù)器的方式方法：微程序順序執(zhí)行時，其后繼微地址就是現(xiàn)行微地址加上一個增量(通常為1)；當(dāng)微程序遇到轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)子程序時，由微指令的轉(zhuǎn)移地址段來形成轉(zhuǎn)移微地址。在微程序控制器中也有一個微程序計數(shù)器PC，一般情況下都是將微地址寄存器MAR作為PC特點：優(yōu)點是簡單、易于掌握，編制微程序容易缺點

31、是這種方式不能實現(xiàn)兩路以上的并行微程序轉(zhuǎn)移，因而不利于提高微程序的執(zhí)行速度。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)（2多路轉(zhuǎn)移的方式根據(jù)條件轉(zhuǎn)移如圖條件：狀態(tài)條件/測試/微指令中微地址/操作碼計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6【例【例2】微地址寄存器有】微地址寄存器有6位位(A5-A0)，當(dāng)需要，當(dāng)需要修改其內(nèi)容時，可通過某一位觸發(fā)器的強置端修改其內(nèi)容時，可通過某一位觸發(fā)器的強置端S將其置將其置“1”?，F(xiàn)有三種情況：?，F(xiàn)有三種情況：(1)執(zhí)行執(zhí)行“取指微指令后，微程序按取指微指令后，微程序按IR的的OP字段

32、字段(IR3-IR0)進(jìn)行進(jìn)行16路分支；路分支；(2)執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進(jìn)位標(biāo)志執(zhí)行條件轉(zhuǎn)移指令微程序時，按進(jìn)位標(biāo)志C的狀的狀態(tài)進(jìn)行態(tài)進(jìn)行2路分支；路分支；(3)執(zhí)行控制臺指令微程序時，按執(zhí)行控制臺指令微程序時，按IR4，IR5的狀態(tài)的狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)行4路分支。路分支。 請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。請按多路轉(zhuǎn)移方法設(shè)計微地址轉(zhuǎn)移邏輯。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6 按所給設(shè)計條件，微程序有三種判別測試，分別為P1，P2，P3。 由于修改A5-A0內(nèi)容具有很大靈活性，現(xiàn)分配如下： (1)用P1和IR3-IR0修改A3-A0； (2)用P2和C修改A0

33、； (3)用P3和IR5，IR4修改A5，A4。 另外還要考慮時間因素T4(假設(shè)CPU周期最后一個節(jié)拍脈沖)，故轉(zhuǎn)移邏輯表達(dá)式如下：A5=P3IR5T4A4=P3IR4T4A3=P1IR3T4A2=P1IR2T4A1=P1IR1T4A0=P1IR0T4+P2CT4 由于從觸發(fā)器強置端修改，故前5個表達(dá)式可用“與非門實現(xiàn)，最后一個用“與或非門實現(xiàn)。 計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-65.4.2 微程序設(shè)計技術(shù)微程序設(shè)計技術(shù)3、微指令格式分為兩類：水平型微指令和垂直型微指令（1水平型微指令 水平型微指令是指一次能定義并能并行執(zhí)行多個微命令的微指令。格式如下控制字段判別測試

34、字段下地址字段5.4 微程序控制器微程序控制器計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6n水平型微指令特點： n優(yōu)點：n微指令字較長，速度越快。n微指令中的微操作有高度的并行性。n微指令譯碼簡單。n控制存儲器的縱向容量小，靈活性強。n缺陷：n微指令字比較長，明顯地增加了控制存儲器的橫向容量。n水平微指令與機器指令差別很大，一般要熟悉機器結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)通路、時序系統(tǒng)以及指令執(zhí)行過程的人才能進(jìn)行微程序設(shè)計，這對用戶來說是很困難的。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6（2垂直型微指令：采用編碼方式。設(shè)置微操作控制字段時，一次只能執(zhí)行一到二個微命令的微指令稱為垂直

35、型微指令。計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6 設(shè)：微指令字長為設(shè)：微指令字長為1616位，微操作碼位，微操作碼3 3位。位。 (1) (1)寄存器寄存器- -寄存器傳送型微指令寄存器傳送型微指令 其功能是把源寄存器數(shù)據(jù)送目標(biāo)寄存器。其功能是把源寄存器數(shù)據(jù)送目標(biāo)寄存器。1315 1315 位為微操作碼位為微操作碼( (下同下同) )，源寄存器和目標(biāo)寄存器編址各，源寄存器和目標(biāo)寄存器編址各5 5 位，可指定位，可指定3232個寄存器。個寄存器。15131287320000源寄存器編址源寄存器編址目標(biāo)寄存器編址目標(biāo)寄存器編址其它其它計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心計算機學(xué)院體系結(jié)構(gòu)中心2022-4-6 (2) (2)運算控制型微