CPU基本組成模型寄存器組成實用

會計學(xué)1CPU基本組成模型寄存器組成實用3-1運算器CPU的功能數(shù)據(jù)加工（運算器）對數(shù)據(jù)進行算術(shù)和邏輯運算處理；指令控制（控制器）指令的執(zhí)行次序，嚴格按順序；操作控制（控制器）由指令產(chǎn)生操作控制信號/微命令；時間控制（控制器）對各種操作實施時間上的控制/時序；算術(shù)邏輯運算部件ALUALU的主要作用完成二進制代碼的定點算術(shù)運算和邏輯運算。ALU的核心是加法器。加法器全加器AiBiCi∑i,Ci

+1

可以用兩個半加器構(gòu)成的全加器;∑I=AiBiCiCi+1=AiBi+(AiBi)Ci+++第1頁/共53頁3-1運算器并行加法器的進位并行加法器：N位同時進行，由進位鏈實現(xiàn)進位信號Ci的傳遞。設(shè)：A=An-1An-2…Ai..A1A0 B=Bn-1Bn-2…Bi..B1B0則：Ci+1=AiBi+(AiBi)Ci

令：Gi=AiBiPi=AiBi于是：Ci+1=Gi+PiCi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)省器件，成本低。++第2頁/共53頁3-1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，有效地減少進位延遲時間。（同時進位）（見P61圖3-3）以4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)Ci可同時形成。對于長字長的加法器通常采用分組進位結(jié)構(gòu)：組內(nèi)并行、組間串行進位鏈組內(nèi)并行、組間并行進位鏈ALU舉例SN74181介紹（見P62圖3-4）內(nèi)部結(jié)構(gòu)；功能：4位ALU完成16種算術(shù)邏輯運算；4片SN74181和1片SN74182組成一個16位的組間并行進位ALU。（見P63圖3-6）第3頁/共53頁3-2運算方法定點加減運算原碼加減由操作碼、操作數(shù)的符號決定最終的操作，結(jié)果的符號判斷復(fù)雜；繁瑣，硬件復(fù)雜；補碼加減[X+Y]補=

[X]補+[Y]補[X-Y]補=

[X]補+[-Y]補補碼表示，符號參加運算，結(jié)果為補碼表示；例[X]補=

00110110[Y]補=

11001101[X+Y]補[X-Y]補

00110110 00110110+11001101+ 00110011100000011 01101001第4頁/共53頁3-2運算方法溢出的判斷運算結(jié)果為正，且大于所能表達的最大正數(shù)，稱為正溢出；運算結(jié)果為負，且小于所能表達的最小負數(shù)，稱為負溢出；溢出判斷方法：P66單符號位判斷溢出=AnBnSn+AnBnSn最高有效位的進位判斷P67變形補碼（雙符號位）00為正，11為負（運算時擴充）結(jié)果01正溢出，10負溢出（判斷）例P67變形補碼請同學(xué)們練習(xí)P111第3題（2）第4題（2）第5頁/共53頁3-2運算方法移位邏輯移位、循環(huán)移位和算術(shù)移位；邏輯移位無數(shù)值意義的二進制碼，左移時低位補0，右移時高位補0；循環(huán)移位閉合移位環(huán)路算術(shù)移位帶符號數(shù)的移位，左移一位相當(dāng)于乘2，右移一位相當(dāng)于除2；原碼 P68補碼右移補碼左移浮點加減運算規(guī)格化浮點數(shù)具有唯一的表示形式和最長的有效位；運算與實現(xiàn)（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△E=Ex-Ey尾數(shù)相加減：定點數(shù)的加減；規(guī)格化和判溢舍入：常用恒置1法第6頁/共53頁3-2運算方法課本P111第5題解：EX補=11，01MX補=00.110111 EY補=11，10MY補=11.010111[△E]補=[Ex]補+[-Ey]補=1101+0010=1111△E=-1，故X的階碼較小，要對階尾數(shù)MX補右移一位，階碼EX補加1，得

EX補=11,10MX補=00.011100（1入）尾數(shù)求和：MX補+

MY補=

11.110011

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

[X]浮+[Y]浮=1100；11.001100十進制加減運算轉(zhuǎn)換為二進制后進行運算；BCD碼運算BCD碼指令二進制碼指令，然后進行校正（加6校正）第7頁/共53頁3-2運算方法定點數(shù)乘除運算無符號數(shù)手算算法無符號數(shù)一位乘法思想：將N位乘轉(zhuǎn)換為N次累加與移位，即每次只求一位乘數(shù)所對應(yīng)的新部分積，并與原來部分積作一次累加，然后右移一位。P73硬件實現(xiàn)圖3-9第8頁/共53頁3-2運算方法運算過程舉例：P111第6題（1）

B：1001被乘數(shù)A：0000C：1101乘數(shù)

0000 1101 C0=1

累加1 +B 1001 1001

移位1 0100 1110 C0=0

累加2 +0 0000 0100

移位2 0010 0111 C0=1

累加3 +B 1001 1011

移位3 0101 1011 C0=1

累加4 +B 1001 1110

移位4 0111 0101

（結(jié)果）

第9頁/共53頁3-2運算方法無符號整數(shù)一位除法無符號整數(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(fù)余數(shù)法：試探除法手工算法 011010.1011 0.10010- 0.01011除數(shù)右移1位，減

0.001110- 0.001011除數(shù)右移1位，減

0.0000110 0.0001011 除數(shù)右移1位，不減

0.00001100 - 0.00001011除數(shù)右移1位，減

0.00000001第10頁/共53頁3-2運算方法不恢復(fù)余數(shù)除法當(dāng)余數(shù)A>0時，商1，下一步A左移一位，然后減去除數(shù)B；若余數(shù)A<0時，商0，下一步左移一位，然后加除數(shù)B；除數(shù)N位，以上操作做N步；

P76圖3-12浮點數(shù)乘除運算乘法階碼相加，判溢出；尾數(shù)相乘；規(guī)格化。除法預(yù)置：檢測除數(shù)、被除數(shù)是否為0；尾數(shù)調(diào)整：預(yù)防溢出；求階差；尾數(shù)相除。第11頁/共53頁3-3模型機CPU一、CPU模型基本組成：控制器：控制計算機內(nèi)部各個部件的操作指令譯碼器（IR），時序系統(tǒng)，微操作信號發(fā)生器；運算部件ALU：實現(xiàn)指令指令指定的算術(shù)、邏輯操作ALU

寄存器：存放指令地址、指令、操作數(shù)、結(jié)構(gòu)等R0～R3，C，D，Z，IR，PC，PSW，SP，MAR，MDRCPU內(nèi)部總線、數(shù)據(jù)通路：連接CPU內(nèi)各部件，為數(shù)據(jù)傳送提供數(shù)據(jù)通路ALU總線，系統(tǒng)總線，傳輸控制門等；結(jié)構(gòu)圖如下:

說明：實際的機器要繁雜的多，例子是精簡過了的，只有骨髓第12頁/共53頁第13頁/共53頁3-3模型機CPU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，由微操作信號發(fā)生器根據(jù)指令產(chǎn)生控制信號序列以命令相應(yīng)部件分布完成指定的工作；控制器既可以控制CPU內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送，使ALU完成指定功能和其他內(nèi)部操作，也可以向CPU外部發(fā)出控制信號，控制CPU與存儲器或I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。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。第14頁/共53頁3-3模型機CPU這些寄存器中：存放控制信息的寄存器：指令寄存器IR程序計數(shù)器PC程序狀態(tài)字PSW

存放數(shù)據(jù)的寄存器：通用寄存器R0～R3暫存器C、D、Z堆棧指針SP

與主存接口連接的寄存器：存儲器地址寄存器MAR存儲數(shù)據(jù)緩沖寄存器MDR其中：每個寄存器均為16位，D觸發(fā)器，D端輸入數(shù)據(jù)，CPU脈沖有效時，數(shù)據(jù)進入寄存器第15頁/共53頁3-3模型機CPU（一）寄存器1、通用寄存器：R0R1R2R3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(jié)果，也可用作變址寄存器、地址指針和計數(shù)器等）

2、暫存器C：暫存來自主存單元的內(nèi)容

不能放到通用寄存器，會破壞其原有的內(nèi)容D：暫存一個送入ALU的操作數(shù)，具有左右移功能Z：存放ALU運算結(jié)果暫存器C、D、Z的特點：對程序員透明，不能編程訪問。（因為它們沒有地址編號，執(zhí)行時會隱含使用它們）

3、IR指令寄存器：存放正在執(zhí)行的一條指令特點：不能編程訪問（從主存中取出一條指令放在IR中，指令譯碼器對其進行分析）4、PC程序計數(shù)器第16頁/共53頁3-3模型機CPU提供指令的地址，具有加1計數(shù)的功能有轉(zhuǎn)移指令時，由指令將下條指令地址放到PC中

5、PSW

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(nèi)容稱為程序狀態(tài)字PSWPSW包括：結(jié)果標(biāo)志：近位標(biāo)志C，溢出標(biāo)志V，結(jié)果為0標(biāo)志Z，結(jié)果為負標(biāo)志S，奇偶標(biāo)志P編程設(shè)定標(biāo)志：單步標(biāo)志T，中斷標(biāo)志I（允許CPU響應(yīng)外部中斷請求）6、SP堆棧指針SP用來存放棧頂單元的地址特點：可編程訪問（有寄存器地址）

7、與主存接口的寄存器MAR：存放CPU訪問主存或I/O接口的地址MDR：存放CPU與主存或I/O接口之間傳送的數(shù)據(jù)第17頁/共53頁3-3模型機CPU（二）ALU運算部件ALU內(nèi)部采用SN74181芯片，也是16位?？赏瓿葾DD、SUB、AND

、OR、XOR、COM、NEG、A＋1、A－1、B＋1、B－1的運算功能（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(chǎn)生控制信號、控制CPU

內(nèi)部和外部各部件的操作控制部件產(chǎn)生的控制信號向CPU內(nèi)部發(fā)送：控制寄存器之間的數(shù)據(jù)傳送、ALU的運算向CPU外部發(fā)送：CPU與存儲器之間

CPU與I/O接口之間的信息傳送

微操作信號發(fā)生器控制信號時序系統(tǒng)及外部的控制信號譯碼器PSW第18頁/共53頁3-3模型機CPU（四）總線與數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)（1）ALU總線又稱為CPU內(nèi)總線CPU內(nèi)部設(shè)置一組16位雙向總線，連接ALU與各寄存器（各寄存器連在ALU總線上，ALU分時共享）（2）系統(tǒng)總線CPU、主存儲器、I/O接口都是連接在系統(tǒng)總線上包括：16根地址總線、16根數(shù)據(jù)總線、控制總線通過MAR向地址總線提供訪問主存單元或I/O接口地址通過MDR向數(shù)據(jù)總線發(fā)送或接收數(shù)據(jù)主要用來提供CPU與主存儲器、CPU與接口之間數(shù)據(jù)傳送的通路二、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操作：RiRj路徑：Ri，ALU總線,Rj控制信號序列：Riout

，CPRj第19頁/共53頁3-3模型機CPU2、主存到CPU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IR

操作：MIR（地址在PC中）路徑：PC,ALU總線，MAR，AB，M，DB，MDR，ALU總線，IR

控制信號序列：PCout,CPMAR,EMAR,RD,SMAR,MDRout,CPIR3、CPU數(shù)據(jù)寫入主存通過系統(tǒng)總線傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)在R2中，存儲單元地址在R1中，將數(shù)據(jù)寫入存儲器的步驟（1）R1MAR（2）R2MDR（3）MDRMMARMDR

ALU總線

R1R2第20頁/共53頁3-3模型機CPU4、執(zhí)行算術(shù)或邏輯操作要求一個操作數(shù)在D中，另一個操作數(shù)來自內(nèi)總線

R1＋R2R3

ALU總線

D1R1

AB2ALUR2

3

Z4R3第21頁/共53頁3-4指令的執(zhí)行過程一、指令的執(zhí)行過程執(zhí)行過程分3個階段取指令：PC提供地址的內(nèi)存單元到IR；PC提供地址；從M中取出指令到IR；修改PC內(nèi)容指向下條指令地址分析指令：由IR中的指令產(chǎn)生微操作命令序列；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。并行的重疊方式在分析執(zhí)行一條指令運算的同時，預(yù)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。第22頁/共53頁3-4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(guān)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，因此引入時序信號控制。1、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/節(jié)拍，所有微操作被按時間順序先后分配到各個節(jié)拍上完成；節(jié)拍長度：定為完成CPU內(nèi)部花費時間最長的微操作優(yōu)點：控制集中，簡單，設(shè)計實現(xiàn)容易。

2、同步控制方式的多極時序系統(tǒng)在CPU中為實現(xiàn)同步控制，必須設(shè)置時序系統(tǒng)，產(chǎn)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指令周期：第23頁/共53頁3-4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/CPU周期；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，稱時鐘周期/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脈沖的周期一致，由時鐘脈沖的后沿實現(xiàn)周期切換。第24頁/共53頁第25頁/共53頁3-4時序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，無固定的周期節(jié)拍；無統(tǒng)一的時序，各操作之間的銜接通過“結(jié)束--起始”聯(lián)絡(luò)信號實現(xiàn)；聯(lián)合控制方式以上兩種方式的結(jié)合組合邏輯控制器按產(chǎn)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。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(chǎn)生等情況。 第六節(jié)介紹微程序控制器。第26頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)模型機的指令系統(tǒng)一、指令格式見P87雙操作數(shù)指令如：ADD，SUB，MOV等單操作數(shù)指令如：INC，DEC等轉(zhuǎn)移指令如：JMP，JSR等可編程寄存器有七個，編號如下：通用寄存器R0～R3000～011堆棧指針SP100程序狀態(tài)字PSW101程序計數(shù)器PC111第27頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)二、尋址方式模型機采用按字編址，字長16位，主存每個單元16位。采用定字長指令格式，指令字長16位，操作數(shù)字長16位（1）立即數(shù)尋址方式；（2）寄存器尋址方式；（3）存儲器尋址方式：直接尋址方式寄存器間接尋址方式自減型寄存器間址方式自增型寄存器間址方式變址方式模型機尋址方式簡表類型尋址方式匯編符號可指定寄存器0型寄存器尋址 RR0～R3，SP，PSW1型寄存器間址(R)R0～R3，SP2型自減型寄存器間址-(R)R0～R3，SP3型自增型寄存器間址(R)+R0～R3，SP，PC3型立即數(shù)尋址 (R)+/PCR0～R3，SP，PC4型直接尋址 DIPC5型變址尋址X(R)R0～R3，SP，PC第28頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)例子指令“ADDR0，R1”：（將R1和R2的內(nèi)容相加，結(jié)果放到R0中）例如：MOVR1，（R3）寄存器尋址方式寄存器間址尋址方式

000001000011001

操作碼目的源

例如：立即尋址

MOVR1，（PC）＋

PC操作碼、尋址

PC+1立即數(shù)MOVR1，（PC）＋

PC+1…下條指令

…第29頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)例如：MOVR1，DI

從存儲器取得指令，PC＋1PC，取操作數(shù)地址CPU存儲器，獲得操作數(shù)，放入R1.

例如：MOVR1，X（R2）

PC操作碼、尋址

位移量

下一條指令

…（R2）＋位移量

操作數(shù)

…

獲得指令CPU；PC＋1PC；按PC地址取出位移量＋R2；按此地址獲得操作數(shù)。第30頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)三、操作類型P901、傳送指令MOV－傳送，操作碼0000

功能：實現(xiàn)立即數(shù)R，立即數(shù)M，RR，RM，MR，

MM，堆棧操作，I/O操作。

2、雙操作數(shù)算術(shù)運算邏輯指令

ADD－加，操作碼0001SUB－減，操作碼0010AND－邏輯與，操作碼0011OR－邏輯或，操作碼0100EOR－異或，操作碼01013、單操作數(shù)算術(shù)邏輯指令COM－求反，操作碼0110NEG－求補，操作碼0111ING－加1，操作碼1000DEC－減1，操作碼1001SL－左移，操作碼1010SR－右移，操作碼1011第31頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)4、程序控制類指令（1）轉(zhuǎn)移指令JMP，操作碼1100

151211986543210

操作碼寄存器號尋址方式NZVC

轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移條件0～5全0，表示無條件轉(zhuǎn)移000001，C＝0轉(zhuǎn)移100001，C＝1轉(zhuǎn)移000010，V＝0轉(zhuǎn)移100010，V＝1轉(zhuǎn)移000100，Z＝0轉(zhuǎn)移100100，Z＝1轉(zhuǎn)移001000，N＝0轉(zhuǎn)移101000，N＝1轉(zhuǎn)移第32頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)（2）轉(zhuǎn)子指令JSR，操作碼1101

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程序入口地址送入PC中。（3）返回指令RST，操作碼1100RST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寄存器間址，且指定寄存器為SP“JMP（SP）＋”指令完全等效RST的功能。四、指令流程一、模型機時序三級時序：工作周期、節(jié)拍（時鐘周期）、工作脈沖1、工作周期取指周期FT

源周期ST目的周期DT用于控制指令的正常執(zhí)行執(zhí)行周期ET中斷周期ITDMA周期DMA用于控制I/O傳送第33頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)設(shè)置6個觸發(fā)器，分別作為6個周期狀態(tài)標(biāo)志＝1，表示工作周期開始＝0，表示工作周期結(jié)束在指令執(zhí)行過程中，任何時候只能有一個觸發(fā)器為“1”。

FTSTDTETDMA請求DMATY中斷請求NDMAT轉(zhuǎn)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PC－公操作ST：按源尋址方式形成源地址，取出源操作數(shù)，存放于暫存器C中。YNDT：按目的尋址方式形成目的地址，或取目的操作數(shù)，存放于暫存器D中。ET：將操作碼完成相應(yīng)操作（傳送、運算）按操作碼完成相應(yīng)操作（傳送、運算）轉(zhuǎn)移地址送PC，返回地址壓棧保存。第34頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)2、時鐘周期（節(jié)拍T）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，CPU內(nèi)存儲器之間的傳送，

CPU寄存器內(nèi)部之間的時間比向存儲器寫入的時間要短，但經(jīng)常采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；同樣的時鐘周期，不同的指令所需的節(jié)拍數(shù)各異；節(jié)拍發(fā)生器由計數(shù)器T和節(jié)拍譯碼器組成；T=0開始計數(shù)，若工作周期要延長則發(fā)T+1命令繼續(xù)計數(shù)，工作周期完成發(fā)T=0復(fù)位命令。 譯碼產(chǎn)生節(jié)拍狀態(tài)T0，T1，T2，…等作為操作的時間標(biāo)志。工作周期結(jié)束時T清零

3、工作脈沖P每個節(jié)拍結(jié)束時設(shè)置一個脈沖節(jié)拍T

脈沖P

打入寄存器進行時序轉(zhuǎn)換第35頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)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來源。脈沖的后沿作為工作周期的切換的定時信號。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（寄存器之間的傳送操作）用寄存器傳送語言描述（如R0MAR）例子……………第36頁/共53頁3-5組合邏輯控制器指令流程P95圖3-20 取指流程圖（公共）P97圖3-21 MOV指令流程圖P99圖3-22 雙操作數(shù)指令流程圖P99圖3-23 單操作數(shù)指令流程圖P100圖3-24 轉(zhuǎn)移指令流程圖P101圖3-25 轉(zhuǎn)子指令流程圖第37頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)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，目的地址采用寄存器間接尋址方式。請擬出其指令流程。解答：FT0PC MARFT1 M MDRIR PC+1PCST0 PC MARST1 M MDRD PC+1PC ST2 D+R1 ZST3 Z MARST4 M MAR CDT0 R0MARET0 C MDRET1 MDRM第38頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)運算類指令流程擬出ADDR0，R1的讀取與執(zhí)行流程。指令功能：R1和R0的內(nèi)容相加，結(jié)果送入R0，運算通過ALU進行FT0：PCMARFT1:MMDRIRPC+1PCST0:R1CDT0:R0DET0:C+DZET1:ZR0擬出SUB（R1），DI的讀取與執(zhí)行流程。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操作數(shù)相減，結(jié)果存入目的地址中。FT0:PCMARFT1:MMDRIRPC+1PCST0:PCMAR第39頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)ST1:MMDRMARPC+1PCST2:MMDRCDT0:R1MARDT1:MMDRDET0:C-DZET1:ZMDRET2:MDRM

堆棧類指令流程擬出MOV–(SP),(R2)的讀取與執(zhí)行流程。指令功能：將R2所指示的單元的內(nèi)容壓入堆棧中FT0:PCMARFT1:MMDRIRPC+1PCST0:R2MARST1:MMDRC第40頁/共53頁3－5模型機的指令系統(tǒng)DT0:SP-1ZDT1:ZMAR、SPET0:CMDRET1:MDRM轉(zhuǎn)移類指令流程擬出指令JSRR1的讀取于執(zhí)行流程。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PC。FT0:PCMARFT1:MMDRIRPC+1PCST0:R1CET0:SP-1ZET1:ZMAR、SPET2:PCMARET3:MDRMET4:CPC第41頁/共53頁組合邏輯控制器與微程序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、微命令例如模型機如何取指令取指周期FT0：PCMARFT1：MMDRIR1、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）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）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/關(guān)門。例如：PCout為高電平時有效，16位輸出門打開，指令地址送出到

ALU總線脈沖型微命令用作定時控制（如寄存器的定時打入）地址從ALU總線MAR16位，CPMAR前沿出現(xiàn)時，將ALU總線上地址打入MAR第42頁/共53頁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1、如何產(chǎn)生微命令？PCoutCPMARPCOUT＝FT0＋MOV×ST0（變址尋址＋直接尋址＋立即尋址）＋MOV×DT0（變址尋址＋直接尋址）＋……

意義：在取指周期的第一拍FT0發(fā)微命令PCOUT；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ST0發(fā)微命令PCOUT

；或者傳送指令的目的采用變址、或直接尋址，則在目的周期的第一拍DT0發(fā)微命令PCOUT；脈沖信號CPMAR是與工作脈沖同步產(chǎn)生的，脈沖P產(chǎn)生，才有CPMARCPMAR＝FT0×P＋MOV×ST0（變址尋址＋直接尋址＋立即尋址＋

…）×P＋MOV×DT0（變址尋址＋直接尋址＋…）×P

＋……意義：在取指周期的第一拍FT0，當(dāng)工作脈沖P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，則在源周期的第一拍ST0當(dāng)脈沖P到來時，發(fā)微命令CPMAR

；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DT0當(dāng)工作脈沖P到來時，發(fā)微命令CPMAR

；第43頁/共53頁組合邏輯控制器與微程序控制器1、組合立即控制方式：用組合立即電路產(chǎn)生命令的方式2、采用組合邏輯控制方式產(chǎn)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？

3、組成邏輯控制器的工作過程

4、組合邏輯控制方式的優(yōu)缺點及應(yīng)用

1）基本思想綜合化簡產(chǎn)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(yīng)的時間發(fā)出所需的微命令，控制有關(guān)操作。

2）優(yōu)缺點產(chǎn)生微命令的速度快（1）設(shè)計不規(guī)整，設(shè)計效率低（不同的命令不同）控制器核心結(jié)果凌亂，不便于檢查和調(diào)試（2）不易修改，擴展指令系統(tǒng)功能。

3）應(yīng)用場合主要用于高速計算機，或規(guī)模較小的計算機。第44頁/共53頁3-6組合邏輯控制器與微程序控制器微命令的綜合與產(chǎn)生 在組合邏輯控制器中，微命令是由組合邏輯電路產(chǎn)生的。由產(chǎn)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；然后用組合邏輯門電路或PLA門陣列實現(xiàn)，即構(gòu)成微操作信號發(fā)生器。小結(jié)P102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(yīng)一段微程序，并在制造CPU時固化在CPU中的控制存儲器（CM）中.執(zhí)行機器指令的時候，CPU依次從CM中取出相應(yīng)的微指令，從而產(chǎn)生微命令。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。CM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。（CM）中的微程序決定了該CPU的指令系統(tǒng)。第45頁/共53頁3-6組合邏輯控制器與微程序控制器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

PCOUT1010CPMAR10001101010001

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（2）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2、微程序控制器組成原理（1）主要部件

1、控制存儲器CM功能：存放微程序有效微程序CM屬于CPU，不屬于主存儲器

2、微指令寄存器uIR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地址字段：指明后續(xù)地址的形成方式

3、微地址形成電路功能：提供微地址微程序入口地址：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、運行地址第46頁/共53頁3-6組合邏輯控制器與微程序控制器控制存儲器CM譯碼