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1、计算机原理信息第1页,此课件共70页哦6.0 6.0 计算机的硬件系统计算机的硬件系统典型微机系统2第2页,此课件共70页哦数字逻辑基础补充数字逻辑基础补充3-时序逻辑时序逻辑触发器,时序逻辑电路3第3页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念一、控制器的功能:一、控制器的功能:“指挥中心指挥中心”正确且自动地连续执行指令正确且自动地连续执行指令即:即:向计算机各功能部件发出控制信号向计算机各功能部件发出控制信号1.1.取指令取指令2.2.分析指令分析指令3.3.执行指令执行指令4.4.控制程序和数据的输入与结果的输出控制程序和数据的输入与结果的输出5.5.对异常情况
2、和某些请求的处理对异常情况和某些请求的处理4第4页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念二、控制器的组成1)指令部件2)时序部件3)微操作序列形成部件4)中断控制逻辑5第5页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念操作码操作码地址码地址码IR指令译码器指令译码器地址形成部件地址形成部件微操作微操作信号发生器信号发生器微操作命令序列微操作命令序列时钟时钟节拍发生器节拍发生器中断控制逻辑中断控制逻辑状态寄存器状态寄存器中断请求中断请求指令结束指令结束I/OI/O状态信息状态信息控制台信息控制台信息运行状态运行状态程序计数器程序计数器PCPC6第
3、6页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念控制器基本组成框图(图6.3)前页7第7页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念1、指令部件(1)PC 程序计数器:存放指令地址,有存放指令地址,有+1或接收新值功能或接收新值功能PC位数与位数与MAR位数一致位数一致程序开始时,程序开始时,PC内容为程序在内存的首地址内容为程序在内存的首地址顺序执行,顺序执行,PC内容不断加内容不断加“1”非顺序时,非顺序时,PC指向目标地址指向目标地址(2)IR 指令寄存器:存放当前正在执行的指令内容(OP与OA)8第8页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制
4、器的基本概念控制器的基本概念(3)ID 指令译码器:将指令中的将指令中的OP部分译码,分析是什么操作部分译码,分析是什么操作(4)地址形成部件:指令指令OA中给出的是形式地址,由寻址方式经过运中给出的是形式地址,由寻址方式经过运算得出有效地址算得出有效地址2、时序部件(1)脉冲源(2)启停控制逻辑(3)节拍信号发生器按需要给出脉冲信号9第9页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念3、中断控制逻辑用来处理中断的硬件电路4、微操作序列形成部件微操作:最基本的、不可再分解的操作。例如:打开一个逻辑门微操作信号发生器:输入:ID译码得出的控制操作信号、时序信号、功能部件返回
5、的状态信号和条件信号输出:完成该指令所需的微操作控制信号10第10页,此课件共70页哦6.1 6.1 控制器的基本概念控制器的基本概念三、控制器的分类(实现):根据微操作信号发生器的实现方法不同来分:a)组合逻辑控制器快,可修改性差快,可修改性差b)微程序控制器设计规整,可修改;速度慢设计规整,可修改;速度慢c)PLA控制器前两者的综合前两者的综合11第11页,此课件共70页哦6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方式一、三级时序系统M、T、P1、指令周期:取出一条指令到该指令执行完所需要的时间。不同指令的指令周期不相同2、机器周期(CPU周期):把指令周期分成取指周期、执行周期等若
6、干机器周期。12第12页,此课件共70页哦多级时序信号之间的关系多级时序信号之间的关系三级时序信号之间的关系三级时序信号之间的关系 13第13页,此课件共70页哦6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方式1)不同指令所包含的机器周期数可能不同2)为了控制简单,规定每个M一样长CPU访问主存的时间最长以主存的工作周期(存取周期)规定机器周期的大小14第14页,此课件共70页哦6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方式3、节拍 T:(时钟周期)把机器周期分成若干个时间相等的节拍,每个节拍完成一个基本操作。如:ALU一次运算、寄存器间一次传送等。15第15页,此课件共70页哦4、
7、工作脉冲 P:二、时序信号的产生例计数器变化规律:0001 10 11 00。6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方式T0T1T2T3P16第16页,此课件共70页哦6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方式三、控制方式1、同步控制方式(固定时序控制方式):统一的时序控制,以最复杂指令的操作时间作为统一的时间间隔标准优点:设计简单,容易实现缺点:大多数简单指令空闲时间多,速度降低2、异步控制方式(“应答”方式):例如:CPU发出存储器Read信号,“启动”MEM读结束后,发出MFC信号“结束”17第17页,此课件共70页哦6.2 6.2 时序系统与控制方式时序系统与控制方
8、式3、联合控制方式(同步异步的混合方式):功能部件内部同步控制 功能部件之间异步控制例如:CPU内部同步 CPU与外设或主存异步优点:没有时间浪费,速度提高缺点:控制复杂18第18页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程系统总线系统总线AB CB DBMI/O内总线内总线控制部件时序寄存器MARMDRALUPSWPCIRYZ19第19页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程一、寄存器的设置:1 1、通用寄存器:、通用寄存器:2 2、专用寄存器:存放特定的内容、专用寄存器:存放特定的内容MAR、MDR、PC、IRPSW:例如8086的PSW为16位
9、,用到9位OF DF IF TF SFZFAFPFCF024678910111520第20页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程总线特点:同一个时刻只能有一个发送端,但可以有多个接收端实现方法:三态门控制端输入输出控制信号“1”时,门打开,输出输入控制信号“0”时,门关闭例如:(R0)R1,因为通过总线传送,控制信号R0out1可将R0内容送到总线上,此时令控制R1in1,可使R1的接收门打开,完成(R0)R121第21页,此课件共70页哦习题3.27A,B是两个D型边沿寄存器1)外部数据如何才能传送到B2)如何实现A+BA,A+BB3)若A,B均为锁存器,有什么影响
10、22第22页,此课件共70页哦6.3 指令的执行过程指令的执行过程一个简单的3+2执行过程23第23页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程二、指令的执行过程:取指令取指令 分析指令分析指令 执行指令执行指令1、取指令:即(PC)IR(PC)AB发READ命令指令内容DB IR(PC)1 PC2、分析指令:IR中的OP部分送至ID中3、执行指令:由控制逻辑发出微操作控制序列,完成指令功能24第24页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程以下一条加法指令为例:以下一条加法指令为例:功能功能:(rs)+(rs1)+disp)rd操作码rs,rd rs
11、1Imm(disp)需要完成以下操作(每组操作需要一个机器周期)1.取指令(并分析指令)2.计算数据地址3.到存储器取数4.运算并送结果25第25页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程26第26页,此课件共70页哦6.3 6.3 指令的执行过程指令的执行过程图1.取指令:即(PC)IRPCAB;发READ命令;指令内容DB IR;(PC)1 PC2.计算地址:rs1 GR,(rs1)ALU,disp ALU;“+”;ALU AR3.取数:ARAB;发READ命令;DB DR;4.运算:rs GR,(rs)ALU,DRALU;“+”;ALU rd,置状态位27第27页,
12、此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器一、时序与节拍一条指令的实现可分为取址、取数等若干步,执行一步一条指令的实现可分为取址、取数等若干步,执行一步所需时间为一个机器周期。所需时间为一个机器周期。可用计数器译码器电路或循环移位寄存器实现机器周期可用计数器译码器电路或循环移位寄存器实现机器周期的区分。的区分。CY1-4在对应的在对应的机器周期内为有效机器周期内为有效28第28页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器二、操作控制信号的产生二、操作控制信号的产生1.1.操作控制信号的形成逻辑操作控制信号的形成逻辑操作码译码器:将操作码输入,每根操作码译码
13、器:将操作码输入,每根输出线表示一条指令,任何时刻只有输出线表示一条指令,任何时刻只有一根有效。一根有效。2.2.操作控制信号的组合产生操作控制信号的组合产生组合逻辑电路(与、或、非等组合逻辑电路(与、或、非等门电路组合)门电路组合)29第29页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器3 3、操作控制信号的产生(以加法指令为例)、操作控制信号的产生(以加法指令为例)1 1)在取指令在取指令CPUCPU周期(周期(CY1CY1)所需的控制信号可)所需的控制信号可由指令译码与由指令译码与CY1CY1组合组合即:即:PCAB=ADDPCAB=ADDCY1CY1 DBIR=ADD
14、 DBIR=ADDCY1CY1 PC+1=ADD PC+1=ADDCY1 CY1 注:注:a a:此时指令尚未取出:此时指令尚未取出 b b:对任一条指令取指命令相同:对任一条指令取指命令相同因此:因此:CY1CY1即可决定此控制信号,即可决定此控制信号,例:例:PCAB=ADDPCAB=ADDCY1 CY1 可改为可改为PCAB=CY1PCAB=CY1 30第30页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器3 3、操作控制信号的产生(以加法指令为例)、操作控制信号的产生(以加法指令为例)2 2)对加法指令的)对加法指令的CY2CY2、CY3CY3、CY4CY4等阶段出现的
15、控制等阶段出现的控制命令依次进行分析。命令依次进行分析。例:例:RS1GR=ADDRS1GR=ADDCY2 CY2 “+”=ADD=ADDCY2CY2 ALUAR=ADD ALUAR=ADDCY2 CY2 ARAB=ADD ARAB=ADDCY3;CY3;“+”=ADD=ADDCY4CY4 ALU rd=ADD ALU rd=ADDCY4CY4对其他指令用同样的方法对各个阶段的命令进行对其他指令用同样的方法对各个阶段的命令进行分析。例分析。例“+”=SUB=SUBCY2CY231第31页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器3 3、操作控制信号的产生(以加法指令为例)、
16、操作控制信号的产生(以加法指令为例)2 2)(接前页)将同一控制信号在若干条指令的某些周期中所需接前页)将同一控制信号在若干条指令的某些周期中所需要的组合起来。要的组合起来。“+”=ADD=ADD(CY2+CY4CY2+CY4)SUBSUBCY2CY2JMPJMPCY2CY2为操作码译码的输出与时序信号经为操作码译码的输出与时序信号经“与、或、非与、或、非”等门电路的组等门电路的组合。合。3 3)同类型的指令控制信号大部分相同,少量不同。不同类型)同类型的指令控制信号大部分相同,少量不同。不同类型指令,控制信号的差异较大。指令,控制信号的差异较大。例:整个算术逻辑运算仅例:整个算术逻辑运算仅A
17、LUALU的操作命令等少量有差异的操作命令等少量有差异32第32页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器3 3、操作控制信号的产生(以加法指令为例)、操作控制信号的产生(以加法指令为例)4 4)在确定操作码时,一般令同类指令的一部分操作码相同,以便化)在确定操作码时,一般令同类指令的一部分操作码相同,以便化简。简。例:例:8 8位操作码,位操作码,00010001111111表示加法指令,表示加法指令,00100010111111表示减法指令。表示减法指令。,且算术逻辑指令的低三位均为。,且算术逻辑指令的低三位均为111111。设某条命令设某条命令A A在所有的算术逻辑
18、指令中都需要,则:在所有的算术逻辑指令中都需要,则:A=ADDA=ADDCY2CY2SUBSUBCY2CY2逻辑加逻辑加CY2CY2=(ADD+SUB+ADD+SUB+逻辑加逻辑加+)CY2CY2=OP2=OP20P10P1OP0OP0CY2CY233第33页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器4 4。控制器的组成。控制器的组成34第34页,此课件共70页哦6.5 6.5 组合逻辑控制器组合逻辑控制器4 4。控制器的组成。控制器的组成1 1)程序计数器和中断控制逻辑)程序计数器和中断控制逻辑PCPC的四个输入来源:的四个输入来源:开机时开机时顺序执行时顺序执行时程序转
19、移时程序转移时响应中断时响应中断时2 2)译码器)译码器3 3)硬布线逻辑的实现)硬布线逻辑的实现可由可由PLAPLA、PALPAL和和GALGAL等具有两极门电路的电路实现。等具有两极门电路的电路实现。其中第一级为与门、第二级为或门。其中第一级为与门、第二级为或门。back35第35页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器一、微程序控制的基本概念1951 英 剑桥大学 威尔克斯Wilkes提出组合逻辑控制器的优点:速度快速度快缺点:设计的规整性差、可修改性差(不灵活)设计的规整性差、可修改性差(不灵活)6.4.1基本工作原理基本工作原理基本思想:基本思想:用软件的方法来实
20、现控制器用软件的方法来实现控制器36第36页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器 将机器指令的操作(从取指到完成)分解成微将机器指令的操作(从取指到完成)分解成微命令序列,用二进制代码表示这些微命令,并编成命令序列,用二进制代码表示这些微命令,并编成微指令(控制字),再形成微程序,存放在控制存微指令(控制字),再形成微程序,存放在控制存储器(储器(CM)中。)中。一条机器指令与一段微程序对应一条机器指令与一段微程序对应 从控存中取出微指令就产生微命令,每段微程从控存中取出微指令就产生微命令,每段微程序的执行结果就是实现了一条机器指令的功能序的执行结果就是实现了一条机器指令
21、的功能微程序控制解决了组合逻辑控制器带来的规整性和修改性的问题37第37页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器二、基本术语(1)微操作最小的、不可再分解的操作。最小的、不可再分解的操作。e.g.打开一个逻辑门打开一个逻辑门 微命令微操作的控制信号微操作的控制信号 e.g.打开一个逻辑门的电位信号打开一个逻辑门的电位信号38第38页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(2)微指令若干微命令的组合,把数据通路中的若干微命令的组合,把数据通路中的所有控制信号用一个二进制状态字(控制字、微指所有控制信号用一个二进制状态字(控制字、微指令)表示。令)表示。编码
22、的每一位代表了一个控制信号,控制实现编码的每一位代表了一个控制信号,控制实现一步操作,全部指令的控制字放在控存中一步操作,全部指令的控制字放在控存中 控存中一个单元的内容控存中一个单元的内容一条微指令一条微指令 控存中一个单元的地址控存中一个单元的地址微地址微地址 (3)微周期从从CM中取出一条微指令并执行相中取出一条微指令并执行相应的微操作所需要的时间应的微操作所需要的时间 39第39页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器微指令格式控制字段控制字段下址字段下址字段微操作码字段微操作码字段产生某一步操作需要的各产生某一步操作需要的各微操作控制信号微操作控制信号 微地址码字
23、段微地址码字段用以控制产生下一条微用以控制产生下一条微指令所在的地址指令所在的地址(4)微程序一系列微指令的有序集合一系列微指令的有序集合 一段微程序一段微程序 对应对应 一条机器指令一条机器指令微程序与控制存储器微程序与控制存储器微程序控制级,机器设计者微程序控制级,机器设计者工作程序与主存储器工作程序与主存储器传统机器级,用户传统机器级,用户40第40页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器三、微程序控制器的组成和工作原理命命令令主主存存地地址址指指令令寄寄存存器器IRIROPOA 微微地地址址形形成成部部件件 微微地地址址寄寄存存器器控控存存CMCM微微指指令令寄寄存
24、存器器控控制制字字段段下下址址字字段段微微命命令令41第41页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器 四、举例:仍以加法指令为例(含四条微指令,每条的控制信号同时发出)42第42页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器假设例中共23条控制信号(见表6.1),微指令格式如下加法指令的四条微指令编码如下:当前正在执行的微指令从控制存储器取出后放在微指令寄存器中,寄存器的各个控制位的输出直接连到各个控制门上,进行控制。43第43页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器微程序流程如下:44第44页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器
25、微程序控制器工作原理:1)根据操作码进行译码,得到相应指令的第一条微指令地址。2)由微指令的下址字段指出下一条微指令的地址。3)控制字段的输出直接控制相关门45第45页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器1、执行“取机器指令”公共操作从从CM的的0号单元取出一段号单元取出一段“取机器指令取机器指令”用的微程序逐用的微程序逐条送到条送到 IR中。中。该微程序的微操作控制字段产生有关控制信号,完该微程序的微操作控制字段产生有关控制信号,完成从主存中取出一条机器指令并送到成从主存中取出一条机器指令并送到IR中。中。(PC)IR2、IR中的OP通过微地址形成部件,产生该机器指令对
26、应的微程序入口地址,送往 MAR中。五、微程序控制计算机的工作过程小结46第46页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器3、根据入口地址,访问CM,从CM中取出对应微程序的一条微指令,其控制字段产生一组微命令有关操作,由顺序控制字段形成下一条微指令地址,读取下一条微指令。4、一条机器指令对应的微程序执行完后,返回到“取机器指令”用的微程序入口地址,以便读取下一条机器指令并执行。控制字段控制字段下址字段下址字段指令系统固定指令系统固定 微程序固定微程序固定47第47页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制控制器微程序控制控制器一、微指令编码法1 1、直接控制法:、直接控
27、制法:(不译码法不译码法)微操作控制字段的每一位代表一个微命令微操作控制字段的每一位代表一个微命令优点:优点:简单直观,输出直接用于控制简单直观,输出直接用于控制缺点:缺点:微指令字长太长,控制存储器容量大微指令字长太长,控制存储器容量大2 2、最短编码法:、最短编码法:微指令字长最短微指令字长最短 将所有的微命令统一编码,每一条微指令只定义将所有的微命令统一编码,每一条微指令只定义一个微命令。一个微命令。控制字段控制字段下址字段下址字段6.4.2微程序设计技术48第48页,此课件共70页哦 优点:优点:微指令字长短微指令字长短 缺点:缺点:需要一个复杂的微命令译码器需要一个复杂的微命令译码器
28、 指令的并行性降低,微程序很长指令的并行性降低,微程序很长3 3、字段编码法:、字段编码法:折衷方案折衷方案 将操作控制字段分成小段,将操作控制字段分成小段,段内段内最短编码,段间最短编码,段间直接控制法直接控制法6.4 6.4 微程序控制控制器微程序控制控制器微命令总数为微命令总数为N,操作控制字段长度为,操作控制字段长度为L,L2N N49第49页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制控制器微程序控制控制器(1)字段直接编码法显式编码、单重定义编码法译码器译码器译码器译码器译码器译码器微命令微命令操作控制字段操作控制字段 A B 下址字段下址字段各字段可以独立地定义本各字段可以独立地
29、定义本字段的微命令,和其他字字段的微命令,和其他字段无关。段无关。优点:优点:采用较少的二进制位表示较多信息,使字长采用较少的二进制位表示较多信息,使字长缺点:缺点:译码使得执行速度译码使得执行速度50第50页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制控制器微程序控制控制器(2)字段间接编码法隐式编码、多重定义编码法进一步缩短字长译码器译码器译码器译码器译码器译码器微命令微命令操作控制字段操作控制字段 A B 下址字段下址字段一个字段某些编码需要一个字段某些编码需要和其他字段配合才能定和其他字段配合才能定义某些微命令。义某些微命令。51第51页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微
30、程序控制器52第52页,此课件共70页哦分段原则:分段原则:(1)互斥性的微命令在一段,相容性的不能一段互斥性的微命令在一段,相容性的不能一段(2)与数据通路对应与数据通路对应(3)每小段包含位数不能太多每小段包含位数不能太多(4)一般每小段要留一位状态位,表示不发出任何微一般每小段要留一位状态位,表示不发出任何微命令命令6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器53第53页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器二、微程序入口地址的形成控制字段控制字段下址字段下址字段初始微地址的形成取出机器指令后,由OP指出微程序的首地址(初始微地址、入口地址)微程序也有顺序、分支、转移、循
31、环等微程序也有顺序、分支、转移、循环等各个指令的入口地址形成一张入口地址表各个指令的入口地址形成一张入口地址表操作码操作码OP可以直接与入口地址的一部分对应可以直接与入口地址的一部分对应54第54页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器例如:例如:机器指令共机器指令共8条,用条,用3位表示位表示 000MOV指令,入口地址指令,入口地址A 001ADD指令,入口地址指令,入口地址B 111XXX指令,入口地址指令,入口地址HMOV微程序ADD微程序XXX微程序ABHGOTO AGOTO B假设假设 GOTO指令需要四指令需要四个字节个字节000 00001 00111 00
32、OP55第55页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器三、后继微地址的形成每条微指令执行完毕后根据要求形成后继地址(1)增量方式:(顺序转移型)PC这种方式同这种方式同PC产生机器指令地址很相似产生机器指令地址很相似顺序执行微指令时,后继地址由顺序执行微指令时,后继地址由 PC“1 1”形成形成遇到转移时,后继地址由遇到转移时,后继地址由 PC与形成转移微地址的与形成转移微地址的逻辑电路组合给出逻辑电路组合给出则下址字段仅起选择作用则下址字段仅起选择作用56第56页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器三、后继微地址的形成(1)增量方式:uPC的四个输入
33、对应四种状态,下址选B、C、DA:复位时B:不同指令的入口地址C:顺序执行时D:转移时优点:微地址产生机构简单缺点:速度慢,灵活性差57第57页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(2)增量与下址字段结合产生后继微地址 58第58页,此课件共70页哦控制字段控制字段下址字段下址字段BCF BAF6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器BCF(转移控制字段)(转移控制字段):条件选择:见表条件选择:见表6.2 如如001时判断是否结果为时判断是否结果为0BAF转移地址字段:转移地址字段:给出条件结果满足时的给出条件结果满足时的后继地址后继地址 PC的内容:的内容:复位时,第
34、一条指令的第一条微指令地址由机器提供(微程序入口)复位时,第一条指令的第一条微指令地址由机器提供(微程序入口)BCF=7时,由操作码形成微地址,译码时,由操作码形成微地址,译码 PCBCF为为1、2、3、4,对应三条条件、一条无条件转移指令:,对应三条条件、一条无条件转移指令:满足时满足时BAF PC;不满足则;不满足则 PC 加加1BCF为为5:转微子程序(:转微子程序(PC)RR;BCF为为6时:返回时:返回59第59页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(3)多路转移方式A:根据操作码不同,产生不同的后继微地址。用MAPROM,操作码为地址,其内容为入口地址B:根据
35、硬件状态不同决定后继微地址(4)微中断四、微指令格式设计原则:应该缩短微指令字长,减少微程序长设计原则:应该缩短微指令字长,减少微程序长度,使得速度提高度,使得速度提高60第60页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(1 1)水平型微指令:)水平型微指令:一条微指令定义并执行多个并行操作的微命令。优点:能充分利用数据通路的并行结构,使得微程序缩短,执行速度加快缺点:指令字长,CM容量,机器指令与微指令的差别大61第61页,此课件共70页哦6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(3 3)混合型微指令:)混合型微指令:不太长的微指令,又具有一定的并行控制能力。格式相对复杂优
36、点:字长,编程简单缺点:并行能力 ,微程序长,执行速度(2 2)垂直型微指令:)垂直型微指令:一条微指令只控制实现一两种操作。62第62页,此课件共70页哦五、动态微程序设计6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器1.微程序控制存储器微程序以解释的方式执行指令,指令固定,一般用ROM存放2.动态微程序设计如能根据用户的要求改变微程序,则具有动态微程序设计的功能。63第63页,此课件共70页哦六、微程序设计微指令执行方式6.4 6.4 微程序控制器微程序控制器(1 1)串行方式:)串行方式:取一条微指令执行取下一条执行T串串T取指取指T执行执行控存控存CMCM的存取时间的存取时间执行微操作的时间
37、执行微操作的时间(2 2)并行方式:)并行方式:P P取指、执行在时间上重合T并并T执行执行转移较难实现64第64页,此课件共70页哦6.6 6.6 微程序控制器的设计微程序控制器的设计 微程序控制器的设计步骤1)确定微程序控制方式如:并、串型;水平、垂直2)2)画出指令流程图画出指令流程图3)3)拟定微命令系统拟定微命令系统4)4)编制微程序编制微程序5)5)微程序代码化微程序代码化6)6)写入控制存储器(写入控制存储器(ROMROM)65第65页,此课件共70页哦6.7 6.7 流水线工作原理流水线工作原理 一、流水线基本工作原理1.顺序执行时取指1计算地址1取操作数1计算存结果1取指2计算地址在某些计算机中,CPU可分为指令部件和执行部件,则程序的执行过程可表示为I1E1I2E266第66页,此课件共70页哦6.7 6.7 流水线工作原理流水线工作原理 2、指令重叠执行67第67页,此课件共70页哦6.7 6.7 流水线工作原理流水线工作原理 二、流水线的阻塞流水线阻塞:流水线不能连续工作1、相关问题如:后面指令所用的数与前面的结果相关,但没有得到结果时。2、程序转移采用“猜测法”等。68第68页,此课件共70页哦习题69第69页,此课件共70页哦本章本章结束结束70第70页,此课件共70页哦
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