CPU與控制單元設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)組成原理與匯編語(yǔ)言

〔組成原理局部〕

2000級(jí)北航計(jì)算機(jī)學(xué)院劉旭東Tel：82316285，82317634Mail：第五局部CPU與控制單元設(shè)計(jì)一、CPU的結(jié)構(gòu)與功能二、指令流程與組合邏輯控制器三、微程序原理四、微程序控制器設(shè)計(jì)一、CPU的結(jié)構(gòu)與功能二、指令流程與組合邏輯控制器三、微程序原理四、微程序控制器設(shè)計(jì)1.1CPU的結(jié)構(gòu)與功能CPU的功能取指令：具備從存儲(chǔ)器中取出指令的功能地址部件：解決指令地址的產(chǎn)生指令部件：保存從存儲(chǔ)器中取來(lái)的指令分析指令：分析指令的操作性質(zhì)，計(jì)算指令操作對(duì)象的位置〔地址〕譯碼部件：對(duì)指令進(jìn)行譯碼執(zhí)行指令：實(shí)現(xiàn)指令的操作功能控制信號(hào)：根據(jù)指令的操作性質(zhì)和操作對(duì)象的地址，產(chǎn)生一系列的微操作控制信號(hào)，從而控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器或輸入輸出接口等部件，實(shí)現(xiàn)指令所表示的功能。1.1CPU的結(jié)構(gòu)與功能CPU的結(jié)構(gòu)運(yùn)算器：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元〔ALU〕存放器：通用計(jì)算機(jī)〔GR〕，標(biāo)志存放器〔FR，又稱程序狀態(tài)字PSW〕控制單元〔CU〕：指令部件：指令存放器〔IR〕譯碼部件：指令譯碼器〔ID〕控制部件：微操作控制信號(hào)產(chǎn)生部件時(shí)序部件：產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)中斷系統(tǒng)：處理異常事務(wù)內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路〔InternalBus〕1.1CPU的結(jié)構(gòu)與功能CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)執(zhí)行單元控制單元存放器單元中斷系統(tǒng)內(nèi)部總線1.1CPU的結(jié)構(gòu)與功能CPU內(nèi)部的存放器通用存放器〔GeneralRegister〕：用戶可見，匯編語(yǔ)言可以直接使用；數(shù)據(jù)存放器、基址存放器、變址存放器、堆棧指針、標(biāo)志存放器〔條件代碼存放器〕等控制與狀態(tài)存放器：一般用戶不可見，為系統(tǒng)控制專用，用戶不可直接使用。MAR〔MemoryAddressRegister〕：存儲(chǔ)器地址存放器MBR/MDR〔MemoryBufferRegister，MemoryDataRegister〕：存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)緩沖存放器PC〔ProgramCounter〕：程序計(jì)數(shù)器，存放下一條指令的地址IR〔InstructionRegister〕：指令存放器，存放當(dāng)前執(zhí)行的指令編碼1.1CPU的結(jié)構(gòu)與功能執(zhí)行單元〔EU－ExecutionUnit〕執(zhí)行單元的核心：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元〔ALU〕，完成算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算等操作；存放器：提供數(shù)據(jù)緩沖；控制單元〔CU－ControlUnit〕指令存放器IR指令譯碼器ID〔InstructionDecoder〕時(shí)序部件：提供各種時(shí)序信號(hào)控制信號(hào)生成部件：產(chǎn)生計(jì)算機(jī)其他部件所需要的所有微操作控制信號(hào)。中斷系統(tǒng)檢查中斷信號(hào)，中斷CPU的正常程序執(zhí)行，處理異常事務(wù)。1.2模型機(jī)結(jié)構(gòu)返回1.2模型機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的8086／8088結(jié)構(gòu)16位系統(tǒng)通用存放器部件主存地址存放器MAR主存數(shù)據(jù)存放器MDR暫存器C,D,Z程序計(jì)數(shù)器PC指令存放器IRALU存儲(chǔ)器部件控制部件數(shù)據(jù)通路與控制信號(hào)微操作控制信號(hào)與控制脈沖1.3模型機(jī)的指令系統(tǒng)雙操作數(shù)指令格式RR型或RS型，必有一個(gè)操作數(shù)在存放器中〔存放器直接尋址〕長(zhǎng)度2～4個(gè)字節(jié)〔前2個(gè)字節(jié)必須〕Opcode：操作碼〔6位〕d:方向字段〔1位〕。在第二個(gè)字節(jié)中，REG確定一個(gè)操作數(shù)〔存放器直接尋址〕，MOD和R/M確定零一個(gè)操作數(shù)的尋址方式。方向字段d說(shuō)明REG確定的是源操作數(shù)還是目的操作數(shù)。d=1,REG確定目的操作數(shù)，MOD+R/M確定源操作數(shù)d=0,REG確定源操作數(shù)，MOD+R/M確定目的操作數(shù)W：字／字節(jié)字段〔1位〕：操作數(shù)是字節(jié)〔8位〕還是字〔16位〕W=1，字〔16位〕W=0，字節(jié)〔8位〕1.3模型機(jī)的指令系統(tǒng)雙操作數(shù)指令格式REGW=1W=0000AXAL001CXCL010DXDL011BXBL100SPAH101BPCH110SIDH111DIBH寄存器編碼表1.3模型機(jī)的指令系統(tǒng)雙操作數(shù)指令格式1.3模型機(jī)的指令系統(tǒng)單操作數(shù)指令格式指令分類傳送指令：MOVDest，Src算術(shù)指令：ADDDest，SrcSUBDest，SrcANDDest,SrcORDest,SrcXORDest,Src單操作數(shù)指令：INCDest,DECDest,NEGDest,NOTDest

移位指令：SALDest,1;SARDest,1程序控制指令：轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)子指令等一、CPU的結(jié)構(gòu)與功能二、指令流程與組合邏輯控制器三、微程序原理四、微程序控制器設(shè)計(jì)2.1控制方式與時(shí)序系統(tǒng)控制方式同步控制方式：以主時(shí)鐘為根底異步控制方式同步控制方式下的時(shí)序系統(tǒng)脈沖時(shí)序信號(hào)：主時(shí)鐘脈沖節(jié)拍信號(hào)：T1，T2，T3，T4機(jī)器周期信號(hào)：M1，M2，M3，M4指令周期指令周期取指周期：從存儲(chǔ)器取出指令送指令存放器取數(shù)周期：計(jì)算操作數(shù)有效地址，取出操作數(shù)；執(zhí)行周期：執(zhí)行指令的功能指令周期與機(jī)器周期、節(jié)拍周期的關(guān)系同步控制方式下，指令周期包括多個(gè)〔不一定固定〕機(jī)器周期；每個(gè)機(jī)器周期包括固定個(gè)數(shù)的節(jié)拍周期2.1控制方式與時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序系統(tǒng)2.1控制方式與時(shí)序系統(tǒng)時(shí)序部件2.2指令流程與微操作時(shí)間表指令周期分析〔針對(duì)模型計(jì)算機(jī)及其指令系統(tǒng)而言〕取指周期的微操作流程MOV指令的微操作流程單操作數(shù)指令的微操作流程雙操作數(shù)指令的微操作流程其他指令的微操作流程2.2指令流程與微操作時(shí)間表指令的執(zhí)行過(guò)程取指：從存取器讀取當(dāng)前指令送到指令存放器〔IR〕，要根據(jù)指令編碼的長(zhǎng)度才能確定讀取指令的詳細(xì)流程。取數(shù)：計(jì)算操作數(shù)地址，讀取操作數(shù)，要根據(jù)操作數(shù)的來(lái)源與尋址方式才能確定具體的操作過(guò)程。執(zhí)行：執(zhí)行并送結(jié)果。取指周期指令的核心局部占16Bits，機(jī)器字長(zhǎng)16Bits，每一次從存儲(chǔ)器能讀取16Bits指令編碼長(zhǎng)度有2個(gè)字節(jié)〔16位〕，4個(gè)字節(jié)〔32位〕，甚至6個(gè)字節(jié)，但指令核心局部長(zhǎng)度為16位。取指周期特指讀取指令核心局部〔16Bits〕的周期，所以在這種前題下，所有指令的取指周期是完全一樣的。2.2指令流程與微操作時(shí)間表取指周期的微操作流程取指流程需要4個(gè)節(jié)拍指令地址送MAR存儲(chǔ)器讀出指令指令送MDR，并調(diào)整PC指令送IR每條指令執(zhí)行過(guò)程的第一個(gè)機(jī)器周期M1都是取指周期〔取到指令核心局部〕M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表MOVAX，BX指令執(zhí)行的微操作流程指令長(zhǎng)度：16位，一次可讀取完畢〔指令代碼：89DBH)讀取指令周期：機(jī)器周期M1內(nèi)完成執(zhí)行周期：機(jī)器周期M2內(nèi)完成M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期BX送暫存器CIBGR,RDGR,W/BCPC,BX地址M2.T1暫存器C送AXIBC,WRGR,W/BAX地址M2.T2無(wú)操作M2.T3無(wú)操作M2.T4執(zhí)行周期結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表MOVAX，1000H[BX]指令執(zhí)行的微操作流程指令長(zhǎng)度：32位，分兩次讀取〔指令代碼：8B870010H〕讀取指令周期：機(jī)器周期M1內(nèi)完成〔讀第一個(gè)16位〕讀變址值周期：機(jī)器周期M2內(nèi)完成取操作數(shù)周期：機(jī)器周期M3內(nèi)完成執(zhí)行周期：機(jī)器周期M4內(nèi)完成M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表M2.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M2.T1PC送MARIBPCM2.T2從存儲(chǔ)器讀取1000HABMAR,RD,W/B1000H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（1000H）送DIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPDM2.T4取變址值(BX)+1000H送ZIBGR,RDGR,W/B,ADDBX地址,CPZM3.T1源操作數(shù)地址Z送MARIBZCPMARM3.T2取數(shù)周期讀取源操作數(shù)ABMAR,RD,W/BM3.T3源操作數(shù)送MDRMDRDBCPMDRM3.T4結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表M4.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M4.T1源操作數(shù)送AXIBMDR,WRGR,W/BM4.T2

需要的控制脈沖AX的地址M4.T4執(zhí)行周期結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表MOV1000H[BX],AX指令執(zhí)行的微操作流程指令長(zhǎng)度：32位，分兩次讀取〔指令代碼：89870010H〕讀取指令周期：機(jī)器周期M1內(nèi)完成〔讀第一個(gè)16位〕讀變址值周期：機(jī)器周期M2內(nèi)完成取操作數(shù)周期：機(jī)器周期M3內(nèi)完成M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期結(jié)構(gòu)圖2.2指令流程與微操作時(shí)間表結(jié)構(gòu)圖M2.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M2.T1PC送MARIBPCM2.T2從存儲(chǔ)器讀取1000HABMAR,RD,W/B1000H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（1000H）送DIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPDM2.T4取變址值(BX)+1000H送ZIBGR,RDGR,W/B,ADDBX地址,CPZM3.T1目的操作數(shù)地址送MARIBZCPMARM3.T2執(zhí)行周期AX送MDRIBGR,GRRD,W/BAX地址，CPMDRM3.T3寫存儲(chǔ)器ABMAR,DBMDRWR,W/BM3.T42.2指令流程與微操作時(shí)間表結(jié)構(gòu)圖ADD2000H[BX]，1000H指令執(zhí)行的微操作流程指令長(zhǎng)度：48位，分三次讀取〔指令代碼：818700200010H〕讀取指令周期：機(jī)器周期M1內(nèi)完成〔讀第一個(gè)16位〕讀變址值周期：機(jī)器周期M2內(nèi)完成取操作數(shù)周期：機(jī)器周期M3內(nèi)完成取立即數(shù),完成加法：機(jī)器周期M4內(nèi)完成執(zhí)行周期：機(jī)器周期M5內(nèi)完成M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期2.2指令流程與微操作時(shí)間表結(jié)構(gòu)圖M2.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M2.T1PC送MARIBPCM2.T2從存儲(chǔ)器讀取2000HABMAR,RD,W/B2000H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（2000H）送ALU加法結(jié)果送ZIBMDR,ADD,W/B需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPZM2.T4取變址值BX送暫存器DIBGR,RDGRCPD，BX地址目的操作數(shù)地址Z送MAR地址暫存在CIBZCPMAR,CPCM3.T1取數(shù)周期讀取目的操作數(shù)ABMAR,RD,W/BM3.T2目的操作數(shù)送MDRMDRDBCPMDRM3.T3目的操作數(shù)送DIBMDRCPDM3.T42.2指令流程與微操作時(shí)間表時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)需要的控制脈沖M4.T3M4.T1PC送MARIBPCM4.T2從存儲(chǔ)器讀取1000HABMAR,RD,W/B1000H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1完成加法IBMDR,ADD,W/BCPMARCPMDRCPPCCPZM4.T4取立即數(shù)進(jìn)行加法結(jié)構(gòu)圖目的操作數(shù)地址C送MARIBCCPMARM5.T1保存結(jié)果加法結(jié)果送MDRIBZCPMDRM5.T2結(jié)果寫存儲(chǔ)器ABMAR,DBMDRWR,W/BM5.T3NoOperationM5.T42.2指令流程與微操作時(shí)間表結(jié)構(gòu)圖JNE1200指令執(zhí)行的微操作流程指令長(zhǎng)度：假定占32位，分兩次讀取不相等時(shí)轉(zhuǎn)移，相對(duì)尋址，目標(biāo)地址＝〔PC〕＋1200讀取指令周期：機(jī)器周期M1內(nèi)完成〔讀第一個(gè)16位〕讀轉(zhuǎn)移地址周期：機(jī)器周期M2內(nèi)完成M1.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期2.2指令流程與微操作時(shí)間表結(jié)構(gòu)圖1200H送暫存器DM2.T3時(shí)間節(jié)拍完成功能需要的微操作信號(hào)M2.T1PC送MARIBPCM2.T2從存儲(chǔ)器讀取1200HABMAR,RD,W/B1200H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPC取轉(zhuǎn)向地址IBMDR,W/BCPDM2.T4計(jì)算轉(zhuǎn)向地址IBPC，ADD，W/BCPZM3.T1實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移如果Z＝0時(shí)轉(zhuǎn)移條件來(lái)自標(biāo)志寄存器IBZCPPCM3.T22.3微操作信號(hào)的綜合譯碼與微操作控制信號(hào)局部邏輯圖2.3微操作信號(hào)的綜合例IBMDR微操作控制信號(hào)的綜合例如中的所有指令的M1.T4節(jié)拍MOVAX,1000H[BX]指令的M2.T4節(jié)拍〔條件：操作碼譯碼為MOV，源操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址〕。MOV1000H[BX]，AX指令的M2.T4節(jié)拍〔條件：操作碼譯碼為MOV，目的操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址〕。ADD2000H[BX],1000H指令的M2.T4，M3.T4和M4.T4節(jié)拍〔條件：操作碼譯碼為ADD，目的操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址，源操作數(shù)尋址為立即數(shù)尋址〕JNE1200指令的M2.T4節(jié)拍2.3微操作信號(hào)的綜合例1：IBMDR微操作控制信號(hào)的綜合Sx表示源操作數(shù)是變址尋址,SR表示存放器直接尋址〔可以理解為譯碼器的輸出端〕Dx表示目的操作數(shù)是變址尋址Simm表示源操作數(shù)是立即數(shù)尋址OPMov，OPAdd和OPJne表示操作碼譯碼輸出指令時(shí)間節(jié)拍操作碼譯碼源尋址譯碼IBMDR有效的時(shí)間與條件目尋址譯碼示例中的所有指令M1.T4MOVAX,1000H[BX]M2.T4MOVSxDRMOV1000H[BX],AXM2.T4MOVSRDxADD2000H[BX],1000HM2.T4ADDSimmDxM3.T4ADDSimmDxM4.T4ADDSimmDxJNE1200M2.T4JNEFR2.3微操作信號(hào)的綜合IBMDR微操作控制信號(hào)的布爾表達(dá)式指令時(shí)間節(jié)拍操作碼譯碼源尋址譯碼IBMDR有效的時(shí)間與條件目尋址譯碼示例中的所有指令M1.T4MOVAX,1000H[BX]M2.T4MOVSxDRMOV1000H[BX],AXM2.T4MOVSRDxADD2000H[BX],1000HM2.T4ADDSimmDxM3.T4ADDSimmDxM4.T4ADDSimmDxJNE1200M2.T4JNEFR2.3微操作信號(hào)的綜合例2：IBZ微操作控制信號(hào)的綜合MOVAX,1000H[BX]指令的M3.T2節(jié)拍〔條件：操作碼譯碼為MOV，源操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址〕。MOV1000H[BX],AX指令的M3.T2節(jié)拍〔條件：操作碼譯碼為MOV，目的操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址〕。ADD2000H[BX],1000H指令的M3.T1，M5.T2〔條件：操作碼譯碼為ADD，目的操作數(shù)尋址譯碼為變址尋址,源操作數(shù)尋址為立即數(shù)尋址〕JNE1200指令的M3.T2節(jié)拍〔條件為Z＝0〕2.3微操作信號(hào)的綜合例IBZ微操作控制信號(hào)的綜合Sx表示源操作數(shù)是變址尋址〔可以理解為譯碼器的輸出端〕Dx表示目的操作數(shù)是變址尋址Simm表示源操作數(shù)是立即數(shù)尋址OPMov，OPAdd和OPJne表示操作碼譯碼輸出指令時(shí)間節(jié)拍操作碼譯碼源尋址譯碼IBZ有效的時(shí)間與條件目尋址譯碼MOVAX,1000H[BX]M3.T2MOVSxDRMOV1000H[BX],AXM3.T2MOVSRDxADD2000H[BX],1000HM3.T1ADDSimmDxM5.T2ADDSimmDxJNE1200M3.T2JNEFRZ＝02.3微操作信號(hào)的綜合IBZ微操作控制信號(hào)的布爾表達(dá)式依照上述方式構(gòu)造的控制器稱為組合邏輯控制器〔硬連線控制器〕指令時(shí)間節(jié)拍操作碼譯碼源尋址譯碼IBZ有效的時(shí)間與條件目尋址譯碼MOVAX,1000H[BX]M3.T2MOVSxDRMOV1000H[BX],AXM3.T2MOVSRDxADD2000H[BX],1000HM3.T1ADDSimmDxM5.T2ADDSimmDxJNE1200M3.T2JNEFRZ＝02.3微操作信號(hào)的綜合微操作控制信號(hào)C的布爾函數(shù)2.3微操作信號(hào)生成部件的實(shí)現(xiàn)控制部件的實(shí)現(xiàn)硬連線實(shí)現(xiàn)方式組合邏輯電路可編程邏輯陣列PLA可編程陣列邏輯PAL通用陣列邏輯GAL微程序控制器一、CPU的結(jié)構(gòu)與功能二、指令流程與組合邏輯控制器三、微程序原理四、微程序控制器設(shè)計(jì)3.1微程序原理根本思路指令的執(zhí)行：按順序執(zhí)行一系列的微操作，每一個(gè)時(shí)鐘周期〔節(jié)拍〕完成一個(gè)或多個(gè)微操作。微操作：實(shí)際上是控制器送出的控制線，具有1和0兩種狀態(tài)。將指令執(zhí)行微操作序列中一個(gè)節(jié)拍內(nèi)同時(shí)完成的微操作用一個(gè)二進(jìn)制代碼串來(lái)表示，這就是微指令。微指令的執(zhí)行：通過(guò)某種邏輯產(chǎn)生該微指令所表示的微操作控制信號(hào)，送控制總線，并維持一個(gè)時(shí)鐘周期。指令的執(zhí)行＝微指令的序列微指令序列＝微程序一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序?qū)⑺兄噶顚?duì)應(yīng)的微程序保存在存儲(chǔ)器中〔控制存儲(chǔ)器〕基于這種思想構(gòu)造的控制器：微程序控制器3.1微程序原理M1.T3順序完成功能需要的微操作信號(hào)M1.T1指令地址送MARIBPCM1.T2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIRM1.T4取指周期微指令1微指令2微指令3微指令4包含4條微指令的取指微程序〔公共微程序〕MOV1000H[BX],AX指令執(zhí)行的微操作流程3微指令完成功能需要的微操作信號(hào)1指令地址送MARIBPC2ReadMemoryABMAR,RD,W/B指令送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（指令）送IRIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPIR4取指微程序3.1微程序原理3微指令完成功能需要的微操作信號(hào)1PC送MARIBPC2從存儲(chǔ)器讀取1000HABMAR,RD,W/B1000H送MDRMDRDB調(diào)整PC

PC+1MDR（1000H）送DIBMDR需要的控制脈沖CPMARCPMDRCPPCCPD4取數(shù)和執(zhí)行部分微程序(BX)+1000H送ZIBGR,RDGR,W/B,ADDBX地址,CPZ5目的操作數(shù)地址送MARIBZCPMAR6AX送MDRIBGR,GRRD,W/BAX地址，CPMDR7寫存儲(chǔ)器ABMAR,DBMDRWR,W/B63.1微程序原理ROM控制存儲(chǔ)器取指公共微程序ADD微程序SUB微程序AND微程序JMP指令微程序控制存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)3.1微程序原理3.1微程序原理微指令的構(gòu)成要素操作控制字段：描述微操作控制信息，以便產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)；順序控制字段：通過(guò)順序控制字段決定下一條微指令的地址〔在控制存儲(chǔ)器中的地址〕。操作控制字段順序字段3.1微程序原理微程序控制器的原理〔微指令執(zhí)行過(guò)程〕根據(jù)指令譯碼得到該指令的第一條微指令的地址。讀取微指令送微指令存放器μIR生成微操作信號(hào)送控制總線〔執(zhí)行該微指令〕順序邏輯根據(jù)順序控制字段和標(biāo)志形成下一條微指令的地址并送CMAR，以便讀取下一條微指令。3.2微指令格式操作控制字段編碼方式直接控制編碼：每一個(gè)二進(jìn)制位代表1個(gè)微操作控制信號(hào)。1表示執(zhí)行該微操作，0表示不執(zhí)行該微操作。不需要譯碼。分段直接編譯：將微操作分組，同一組微操作互斥，不會(huì)同時(shí)執(zhí)行，任何時(shí)候最多只有一個(gè)微操作被執(zhí)行，組間微操作可能同時(shí)執(zhí)行，組內(nèi)微操作采用編碼方式。從編碼到微操作信息需要譯碼。3.2微指令格式順序控制字段條件字段：該微指令執(zhí)行完后，是否要根據(jù)ALU的標(biāo)志以及根據(jù)什么標(biāo)志來(lái)確定下一條微指令在控制存儲(chǔ)器中的地址。次地址字段：順序執(zhí)行時(shí)，指出下一條微指令的地址，有條件轉(zhuǎn)移時(shí)，需要與條件字段配合才能確定真正要執(zhí)行的下一條微指令。微操作控制信息字段條件字段次地址字段3.3微指令的順序控制順序控制技術(shù)決定下一條微指令的因素：當(dāng)前微指令，條件標(biāo)志，指令操作碼順序執(zhí)行時(shí)：次地址字段直接給定，每條機(jī)器指令的微程序的最后一條微指令的次地址字段一定是公共取指微程序的第一條微指令在控制存儲(chǔ)器中的地址。公共取指微程序的最后一條微指令的次地址沒有什么意義，需要根據(jù)操作碼的譯碼結(jié)果才能確定下一次要執(zhí)行的微指令的地址。微指令中有條件轉(zhuǎn)移是的次地址技術(shù)：雙次地址字段地址邏輯生成次地址3.2微指令格式順序執(zhí)行的情況3.3微指令的順序控制3.3微指令的順序控制雙地址字段3.3微指令的順序控制生成次地址3.4微指令執(zhí)行的時(shí)序控制微程序控制器的速度與硬接線控制器的速度誰(shuí)快？3.5微程序設(shè)計(jì)微程序設(shè)計(jì)的根本步驟根據(jù)機(jī)器結(jié)構(gòu)圖寫出每一條機(jī)器指令的微操作流程，劃分微指令；根據(jù)機(jī)器結(jié)構(gòu)圖確定微指令控制字段的編碼格式根據(jù)條件標(biāo)志確定微指令條件字段的編碼格式根據(jù)所有指令的微指令數(shù)確定控制存儲(chǔ)器的容量和微指令次地址字段的位數(shù)。劃分公共微指令確定每一條微指令在控制存儲(chǔ)器中的地址根據(jù)微指令格式編寫每一條微指令的編碼設(shè)計(jì)地址轉(zhuǎn)移邏輯3.6微程序設(shè)計(jì)舉例3.6微程序設(shè)計(jì)舉例微指令格式〔40位字〕控制字段〔24位〕：表示24個(gè)微操作，依次是:GRIB,PCIB,ZIB,FRIB,DIB,CIB,MDRIB,RDGR,WRGR,MARAB,MDRDB,DBMDR,RD,WR,SAL,SAR,ADD,SUB,B-1,W/B,P+1,CLPC,