中央處理器(中)

1、振蕩器振蕩器分頻器分頻器時鐘脈沖時鐘脈沖工作脈沖工作脈沖時鐘周期時鐘周期( (節(jié)拍節(jié)拍) )產(chǎn)生電位產(chǎn)生電位型微命令，型微命令，控制控制操作操作時間段時間段產(chǎn)生脈沖型產(chǎn)生脈沖型微命令，控微命令，控制制定時操作定時操作一般由一般由、等組等組成。成。啟停控制邏輯啟?？刂七壿嫻?jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯環(huán)行脈沖發(fā)生器環(huán)行脈沖發(fā)生器時鐘脈沖源時鐘脈沖源MREQIORQRDWEIORQMERQRDWET1 T2 T3T4啟動啟動停機停機IORQ MERQ RDWET1T2T3T4 。RSCPDQQ010110101100111110發(fā)發(fā)/接接接接/發(fā)發(fā)總線總線例例: :異步傳送操

2、作異步傳送操作主設(shè)備（控制部件）：主設(shè)備（控制部件）：從設(shè)備（執(zhí)行部件）：從設(shè)備（執(zhí)行部件）：基本思想基本思想引入了程序技術(shù)，使設(shè)計規(guī)整；引入了程序技術(shù)，使設(shè)計規(guī)整；引入了存儲邏輯，使功能易于擴展。引入了存儲邏輯，使功能易于擴展。1 微命令和微操作微命令和微操作 微命令微命令：微命令是微操作的控制信號，而微操作是：微命令是微操作的控制信號，而微操作是微命令的操作內(nèi)容。微命令的操作內(nèi)容。 一條指令的功能是通過執(zhí)行一系列操作控制步驟完成一條指令的功能是通過執(zhí)行一系列操作控制步驟完成的；這些控制步驟中的基本操作稱為的；這些控制步驟中的基本操作稱為微操作微操作。 微指令微指令：在一個：在一個CPU周期

3、中，一組實現(xiàn)一定操作功能周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合。也將微指令稱作控制字（的微命令的組合。也將微指令稱作控制字（CW），），其中每一位代表一個微命令。其中每一位代表一個微命令。 微程序微程序：完成指定任務(wù)的微指令序列稱為微程序。一：完成指定任務(wù)的微指令序列稱為微程序。一條機器指令的功能可由一段微程序解釋完成。條機器指令的功能可由一段微程序解釋完成。一條微指令由一條微指令由操作控制操作控制和和順序控制順序控制兩大部分組成。兩大部分組成。 又稱又稱“”，其中每一位都表示一個，其中每一位都表示一個微命令微命令。 又稱又稱“”，；3 微程序控制器的原理圖微程序控制器的原理圖1.1.主要

4、部件主要部件（1 1）控制存儲器）控制存儲器CMCM功能：功能： 存放微程序存放微程序。CMCM屬于屬于CPUCPU，不屬于主存儲器。，不屬于主存儲器。(2)(2)微指令寄存器微指令寄存器 IR功能：功能： 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： 提供兩類微地址提供兩類微地址。微程序

5、入口地址：微程序入口地址：由由機器指令機器指令操作碼形成。操作碼形成。后續(xù)微地址：后續(xù)微地址：由由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運微地址字段、現(xiàn)行微地址、運行狀態(tài)行狀態(tài)等形成。等形成。2.2.工作過程工作過程（1 1）取機器指令）取機器指令CMCM取指取指微指令微指令I(lǐng)RIR微命令字段微命令字段譯碼器譯碼器微命令微命令主存主存機器指令機器指令I(lǐng)RIR（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（3 3）執(zhí)行首條微指令）執(zhí)行首條微指令I(lǐng)RIRIRIR譯碼器譯碼器微命令微命令操作部件操作部件（4 4）

6、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)行微地址運行狀態(tài)運行狀態(tài)微地址形微地址形成電路成電路后續(xù)微地址后續(xù)微地址ARARCMCM后續(xù)微指令后續(xù)微指令I(lǐng)RIR(5)(5)執(zhí)行后續(xù)微指令執(zhí)行后續(xù)微指令同（同（3 3）(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) )。 。1 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

7、 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順序控制字段的順序控制字段的P1，P2設(shè)順序控制字段的設(shè)順序控制字段的P1，P2的作用：的作用： 為為00表示下一條微指令的地址為當(dāng)前微指令的表示下一條微指令的地址為當(dāng)前微指令的順序控制字段的后四位順序控制字段的后四位 為為10表示表示P1譯碼測試，以當(dāng)前指令寄存器中的譯碼測試，以當(dāng)前指令寄存器中的指令的操作碼指令的操作碼OP取下一條微指令的地址取下一條微指令的地址 為為01表示表示P2測試，測試條件為進位標(biāo)志測試，測試條件為進位標(biāo)志C

8、y，以以Cy來修改微地址寄存器的最后一位。來修改微地址寄存器的最后一位。第一條微指令第一條微指令第二條微指令第二條微指令010 100 100 100 00000 00 1001010 001 001 100 00000 01 0000010 001 001 001 00000 00 0000000 000 000 000 11111 10 0000第三條微指令第三條微指令第四條微指令第四條微指令PC-AR-ABUSDBUS-DR-IR, PC+1P1P2R1+R2-R2R2+R3-R2R2-R3-R2Cy=10000101010010001Cy=0 微程序控制器的工作過程實質(zhì)就是：在微程序控

9、制器的控微程序控制器的工作過程實質(zhì)就是：在微程序控制器的控制下，計算機執(zhí)行機器指令的過程。具體可分為：制下，計算機執(zhí)行機器指令的過程。具體可分為： 機器開始運行時，自動地將取指微程序的入口微地址送機器開始運行時，自動地將取指微程序的入口微地址送 入入并并從從中讀出微指令，送往中讀出微指令，送往，當(dāng)取指微程序執(zhí)行完以后，從主存中取，當(dāng)取指微程序執(zhí)行完以后，從主存中取出的機器指令就已經(jīng)存入出的機器指令就已經(jīng)存入中了。中了。5 CPU周期與微指令周期的關(guān)系周期與微指令周期的關(guān)系一條微指令的保持時間就是一個一條微指令的保持時間就是一個CPU周期周期的時間的時間,但是起始位置有區(qū)別但是起始位置有區(qū)別用統(tǒng)

10、一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行 P P 微指令周期微指令周期 微指令微指令打入打入 IR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 ARCPUCPU周期周期 6 機器指令與微指令的關(guān)系機器指令與微指令的關(guān)系（1）一條機器指令對應(yīng)一個微程序一條機器指令對應(yīng)一個微程序，此微程，此微程序是由若干條微指令序列組成的。序是由若干條微指令序列組成的。（2）指令指令、程序程序、地址地址對應(yīng)于對應(yīng)于內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器；微微指令指令、微微程序程序、微微地址地址對應(yīng)于對應(yīng)于控制存儲器控制存儲器。（3）一

11、個一個CPU周期對應(yīng)于一個微指令周期周期對應(yīng)于一個微指令周期。方框圖就是微程序流程圖。方框圖就是微程序流程圖。解釋一條機器指令的微指令的集合解釋一條機器指令的微指令的集合6 機器指令與微指令的關(guān)系（1 1）有利于）有利于；（2 2）有利于）有利于；（3 3）有利于）有利于；（4 4）有利于）有利于；（5 5）有利于）有利于；1.1.微命令的微命令的編碼方法編碼方法（1 1）直接表示法）直接表示法例例. . 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)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

12、 1C C0=0=0 0 進位初值為進位初值為0 01 1 進位初值為進位初值為1 1R R= =0 0 不讀不讀1 1 讀讀0 0 不寫不寫1 1 寫寫W W= =微指令中通常只有個別位采用直接控制法。微指令中通常只有個別位采用直接控制法。（2 2）分段直接編碼法）分段直接編碼法例例. .對加法器輸入端進行控制。對加法器輸入端進行控制。微命令由多個字段編碼直接給出。微命令由多個字段編碼直接給出。000 000 不發(fā)命令不發(fā)命令某微指令中設(shè)置了某微指令中設(shè)置了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 A BR、CD、ER、CD、FAIAI3010 C A0

13、10 C A100 F B100 F B001 R A001 R A010 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。不能同時出現(xiàn)不能同時出現(xiàn)CD相斥性微命令相斥性微命令：在同一個在同一個CPUCPU周周期中，不能同期中，不能同時執(zhí)行的微操時執(zhí)行的微操作操作。作操作。相相斥斥相相斥斥相相斥斥操作唯一；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

14、A BR、CD、ER、CD、F000 000 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： 一條微指令能同時一條微指令能同時提供若干微命令，便于組織各種操作。提供若干微命令，便于組織各種操作。 編碼較簡單；編碼較簡單；1.微命令的微命令的編碼方法編碼方法（3 3）混

15、合表示混合表示法法直接表示法用每一位表示一個微命令，表示的能力有直接表示法用每一位表示一個微命令，表示的能力有限，使用方便限，使用方便編碼表示法用多個字段表示不同操作，可以控制相容編碼表示法用多個字段表示不同操作，可以控制相容和相斥微操作，可以表示很多微命令，但是每個字段和相斥微操作，可以表示很多微命令，但是每個字段都需要譯碼才能得到相應(yīng)的微操作，實現(xiàn)效率低都需要譯碼才能得到相應(yīng)的微操作，實現(xiàn)效率低所以，混合表示法就是在一個微指令的操作控制字段所以，混合表示法就是在一個微指令的操作控制字段混合使用編碼法和直接表示法，一部分直接表示，一混合使用編碼法和直接表示法，一部分直接表示，一部分編碼表示。

16、部分編碼表示。2 微地址形成微地址形成方式方式（1 1）增量方式（計數(shù)器方式）增量方式（計數(shù)器方式 ）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。 無條件轉(zhuǎn)移：無條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址?，F(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。 條件轉(zhuǎn)移：條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。址和轉(zhuǎn)移條件。 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）多路轉(zhuǎn)移方式）多路轉(zhuǎn)移方式( (斷定方式斷定方式) )由直接給定和測試斷定相結(jié)合形成微地址

17、。由直接給定和測試斷定相結(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. .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位為機器指令目的尋址方式位為機器指令目的尋址方式微地址低微地址低3 3位為機器指令源尋址方式位為機器指令源尋址方式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3 微指令微指令格式格式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。（1 1）水平型微指