第三章第三讲微程序控制器的微程序设计PPT讲稿.ppt

第三章第三讲微程序控制器的微程序设计第1页，共18页，编辑于2022年，星期二作业：作业：1.认真看懂认真看懂A、B、D组指令的执行步骤，你能提出什么改进或者变动组指令的执行步骤，你能提出什么改进或者变动的意见吗？说明每组指令各步骤完成的主要功能。说明取指的两个步骤的控的意见吗？说明每组指令各步骤完成的主要功能。说明取指的两个步骤的控制信号的控制作用。制信号的控制作用。2.认真看懂认真看懂ADD指令执行步骤的控制信号的控制作用，写出指令执行步骤的控制信号的控制作用，写出SUB、OR、AND指令执行步骤的控制信号，指出它们和指令执行步骤的控制信号，指出它们和 ADD 指令使用的控制信号的区指令使用的控制信号的区别。别。3.写出写出 JR 和和 JRC 指令在执行功能、执行步骤和使用的控制信号指令在执行功能、执行步骤和使用的控制信号方面的区别。方面的区别。4.写出写出 PUSH DR 和和 POPF在指令格式、执行功能和执行步骤中使用的在指令格式、执行功能和执行步骤中使用的控制信号方面的区别。控制信号方面的区别。5.总结教学计算机中确定微指令下地址的方式和在微指令字中总结教学计算机中确定微指令下地址的方式和在微指令字中的具体的控制办法。的具体的控制办法。第2页，共18页，编辑于2022年，星期二控制器部件控制器部件总体要求：总体要求：控制器部件的功能、组成、设计与实现是课程教学中的重点难控制器部件的功能、组成、设计与实现是课程教学中的重点难点内容，应该学得好一点。点内容，应该学得好一点。1.设计控制器的基础和依据是指令系统，包括指令的功能、格式、设计控制器的基础和依据是指令系统，包括指令的功能、格式、选用的寻址方式等；选用的寻址方式等；2.控制器的功能和组成概述，指令的执行步骤概述等内容要非控制器的功能和组成概述，指令的执行步骤概述等内容要非常清楚地理解，这是学习后续知识的指导性纲要；常清楚地理解，这是学习后续知识的指导性纲要；3.依据指令系统和计算机组成的初步设计，完成依据指令系统和计算机组成的初步设计，完成不同类型不同类型指令的执行指令的执行步骤设计（分成几步，各步骤的功能和接续关系）是更为基础步骤设计（分成几步，各步骤的功能和接续关系）是更为基础一点的内容；一点的内容；4.依据计算机的各功能部件的运行要求，设计控制器应该提供给依据计算机的各功能部件的运行要求，设计控制器应该提供给各功能部件的控制信号，是控制器设计的一个步骤；各功能部件的控制信号，是控制器设计的一个步骤；5.设计每条指令的每一个执行步骤所用的控制信号是控制器设设计每条指令的每一个执行步骤所用的控制信号是控制器设计过程中最机械、费时、繁琐的一个步骤；计过程中最机械、费时、繁琐的一个步骤；6.硬连线的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控硬连线的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控制信号，并用不同的方法实现对自身的控制作用。制信号，并用不同的方法实现对自身的控制作用。7.指令执行过程的流水线控制是提高指令执行速度的有效措施，指令执行过程的流水线控制是提高指令执行速度的有效措施，这些内容不作为基本教学要求。这些内容不作为基本教学要求。第3页，共18页，编辑于2022年，星期二 控制器的组成控制器的组成程序计数器程序计数器PC：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。指令寄存器指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作数地址。存放指令内容：操作码与操作数地址。主脉冲源与启停控制线路，主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号。按需要给出主脉冲信号。指令执行步骤标记线路：指令执行步骤标记线路：指明每条指令的执行步骤。指明每条指令的执行步骤。控制信号记忆或产生线路控制信号记忆或产生线路：给出计算机各功能部件部件给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。协同运行所需要的控制信号。运算器部件运算器部件主存储器部件主存储器部件总线及输入总线及输入/输出接口输出接口(输入输入/输出设备输出设备)控制器部件控制器部件各部件包括各部件包括也包括也包括设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制第4页，共18页，编辑于2022年，星期二 每条指令的执行步骤每条指令的执行步骤读取指令读取指令指令地址送入主存地址寄存器指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器分析指令分析指令按指令规定内容执行指令按指令规定内容执行指令 不同指令的操作步骤数，不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大和具体操作内容差异很大,检查有无中断请求检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程若无，则转入下一条指令的执行过程形形成成下下一一条条指指令令地地址址R_R类型指令类型指令读写内存类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令输入输出类型指令其他类型指令其他类型指令 可能执行可能执行 一一次或多次次或多次 是一次读是一次读内存操作内存操作公共操作公共操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作是每一条指令的特定操作第5页，共18页，编辑于2022年，星期二控制控制存储器存储器映射映射IRPC接口接口输出输出设备设备 主主 存存储储 器器运算器运算器部件部件下下地地址址启停启停地地址址寄寄存存器器数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线.控制条件控制条件微指令寄存器微指令寄存器主振主振微程序微程序方案的方案的控制器控制器接口接口输入输入设备设备第6页，共18页，编辑于2022年，星期二微程序控制器实验微程序控制器实验 Am2910MAPROM微下微下地址地址CI SCC30 30SCC Gal控制存储器（控制存储器（ROM）指令操作码指令操作码微指令转移的控微指令转移的控制条件制条件/SCC微指令寄存器微指令寄存器0MRW SA I86 B口口 0SST DC2 0 I20 SB I53 A口口 SSHSCI DC1CP/G读命令读命令1.确定指令功能与格式确定指令功能与格式 2.划分指令执行步骤划分指令执行步骤 3.设计微指令内容设计微指令内容 4.分配微指令地址分配微指令地址5.把新微指令写入控存把新微指令写入控存 6.需要时修改需要时修改 MAPROM 和和 SCC Gal等等 7.调试并且运行调试并且运行B 口二选一口二选一A 口二选一口二选一IR.SRIR.DR第7页，共18页，编辑于2022年，星期二第8页，共18页，编辑于2022年，星期二 微程序控制器部件微程序控制器部件56位的微指令字长，位的微指令字长，微下地址字段微下地址字段16位，位，控制命令字段控制命令字段40位，位，7 片片 28C64 组成控存。组成控存。1 片片 28C65，从指令操，从指令操 作码产生微地址，作码产生微地址，1 片片 374 存存 8 位下地址，位下地址，1 片片 273 存存 8 位条件码，位条件码，1 片片377存存8位现微地址。位现微地址。1 片片Am2910给出下一条给出下一条 微指令地址，微指令地址，1 片片GAL 按判断条件产按判断条件产 生微指令转移信号生微指令转移信号/CC；5 片片GAL用作为用作为 5 片片 8位位 的的 D 触发器的寄存器，触发器的寄存器，2 片片GAL 实现两个实现两个4 位的位的 2 选选 1 芯片功能。芯片功能。8 或或 16位的指令寄存器。位的指令寄存器。第9页，共18页，编辑于2022年，星期二 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR)/MAP寄存器之间寄存器之间运算与传送运算与传送 读、写内存读、写内存AR地址地址 AR地址地址 读、写内存读、写内存 或或 I/O 接口接口 读、写内存读、写内存 PC地址地址（2）16 位机的基本指令、扩展指令执行流程图位机的基本指令、扩展指令执行流程图A组组B组组C组组D组组/ResetB、C、D组组第10页，共18页，编辑于2022年，星期二 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR)/MAP寄存器之间寄存器之间运算与传送运算与传送 读、写内存读、写内存AR地址地址 AR地址地址 读、写内存读、写内存 或或 I/O 接口接口 读、写内存读、写内存 PC地址地址（2）16 位机的基本指令、扩展指令执行流程图位机的基本指令、扩展指令执行流程图A组组B组组C组组D组组/ResetB、C、D组组把原来完成读取指令的那一条把原来完成读取指令的那一条微指令中的下地址字段的微指令中的下地址字段的 CI3CI0 从从14h 修改为修改为 02h,则则它还同时完成了依据指令操作它还同时完成了依据指令操作码读出对应的微指令。码读出对应的微指令。第11页，共18页，编辑于2022年，星期二加电启动时，加电启动时，执行执行 0PC接下来的两步，接下来的两步，完成取指操作完成取指操作按指令操作码，按指令操作码，读出相应微指令读出相应微指令按指令具体功能按指令具体功能,再分别用再分别用 1、2、3、4 步完成不同步完成不同指令组的中各条指令组的中各条指令的执行过程指令的执行过程最后检查中断请最后检查中断请求信号，有请求求信号，有请求时则响应中断，时则响应中断，否则开始下一条否则开始下一条指令的执行过程指令的执行过程第12页，共18页，编辑于2022年，星期二下址下址 CI30 SCC30 0MRW CI30 SCC30 0MRW 0 I20 0 I20 SA I86 I86 SB I53 BI53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR,SR MVRR DR,SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 1 条微指令条微指令和和第第 2 条微指令条微指令用于完成读取指令，具体操作功能是：用于完成读取指令，具体操作功能是：PCAR，PC+1PC；PC 是是 R5，A口口 和和 B口口 均选均选5，B口内容口内容+1 送送 B口；输出口；输出A口的内容送口的内容送AR寄存器。寄存器。读主存，读主存，读出内容读出内容 IR;微指令都是微指令都是顺序执行，故顺序执行，故 2910选选 14#命令。命令。第第 3 条微指令按读出的指令的操作码，形成相应微指令的地址，读出条微指令按读出的指令的操作码，形成相应微指令的地址，读出该条微指令并将其写入微指令寄存器，该条微指令并将其写入微指令寄存器，2910选选 2#命令，控制运算器的命令，控制运算器的 I8I6 选选 001 码，保证运算器的各寄存器内容不变化。码，保证运算器的各寄存器内容不变化。无存储器和无存储器和IO读写，故读写，故/MIO REQ/WE 选选 100 码。码。第13页，共18页，编辑于2022年，星期二下址下址 CI30 SCC30 0MRW CI30 SCC30 0MRW 0 I20 0 I20 SA I86 I86 SB I53 BI53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 030 3 0 4 1 B 8 0 0 1 0 0 030 3 0 4 4 B 8 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR,SR MVRR DR,SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 3 条微指令条微指令和和第第 4 条微指令条微指令 用于完成两个累加器之间的用于完成两个累加器之间的相加相加和和传送传送操作。具体操作是：操作。具体操作是：2 累加器相加，累加器相加，DR+SRDR，A口和口和B口口 编编码来自指令寄存器，故码来自指令寄存器，故SA 和和 SB都给都给 1 值；下微指令转判中断请求值；下微指令转判中断请求,故故 2910选选 3#命令且命令且 SCC 为为 0000,必转必转 30。第第 4 条微指令，条微指令，完成两个累加器之间的数据传送，完成两个累加器之间的数据传送，累加器累加器SR的内容的内容和和 0相加，存入相加，存入DR寄存器中，不保存标志位的值，故寄存器中，不保存标志位的值，故SST为为000，无存储器和无存储器和 IO读写。这两条微指令内容有些类似。读写。这两条微指令内容有些类似。第14页，共18页，编辑于2022年，星期二下址下址 CI30 SCC30 0MRW CI30 SCC30 0MRW 0 I20 0 I20 SA I86 I86 SB I53 BI53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC2 DC1 14 3 6 4 7 1 0 0 0 0 0 3 230 3 0 3 7 3 0 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR,SR MVRR DR,SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 5、6 两条微指令完成读串行接口，两条微指令完成读串行接口，具体操作是：先送具体操作是：先送 IO 端口地端口地址（址（在在 IR 的低的低 8位位）到地址）到地址寄存器寄存器AR，DC1 为为 2 选选 IR 的低的低 8位送内位送内部总线，经部总线，经 ALU(送出送出 D+0)到到 AR（DC2 为为 3 是是 AR 接收）；接收）；IN 指令指令时转时转14#微指令（下地址微指令（下地址 3 个字段为个字段为 14 3 6）；）；下一微指令完成读串口输入到内部总线，把下一微指令完成读串口输入到内部总线，把D+0 送到送到 ALU并写进并写进 R0（B 口选口选 0000）；转判中断请求）；转判中断请求,故故 CI 选选 3#且且 SCC 为为 0000,必转必转 30。第15页，共18页，编辑于2022年，星期二下址下址 CI30 SCC30 0MRW CI30 SCC30 0MRW 0 I20 0 I20 SA I86 I86 SB I53 BI53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 7 0 0 0 0 0 0 0 000 E 0 4 3 3 1 4 0 0 0 3 030 3 0 0 2 2 0 5 5 0 0 0 1指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR,SR MVRR DR,SR IN IO-PORT CALA ADR 后后 4 条微指令条微指令之间顺序执行，前之间顺序执行，前 3 条的条的 CI 都是都是 E，依次，依次完成：完成：1.PCAR，PC+1 PC；(控制命令同读取指令的第控制命令同读取指令的第1步步);2.读内存读内存(MRW=001)送送 Q(D+0 Q)(子程序入口子程序入口)；3.修改堆栈指针并送修改堆栈指针并送AR，SP-1 SP,AR；SP 是是 R4，即，即R4 的内的内容容-1 R4 和和 AR(DC2 为为 3 是是 AR 接收接收);4.写断点（写断点（PC的内容）到堆栈的内容）到堆栈,即即 A 口指定的寄存器口指定的寄存器(R5)的内容经数的内容经数据总线送到内存并写入；子程序的入口地址据总线送到内存并写入；子程序的入口地址(在在 Q 中中)（Q的内容的内容+0）送入）送入 PC（B 口指定口指定 R5）。下地址控制完成转向判中断请求的微指令的地址）。下地址控制完成转向判中断请求的微指令的地址 30 处处。第16页，共18页，编辑于2022年，星期二8 位和位和16位教学机的控制器比较位教学机的控制器比较1.8 位和位和16位两种不同字长，造成教学机中运算器、存储位两种不同字长，造成教学机中运算器、存储器、数据总线、指令寄存器等字长不同；器、数据总线、指令寄存器等字长不同；2.不同字长的指令寄存器使常规指令的字长不同，故两种不同字长的指令寄存器使常规指令的字长不同，故两种机型使用不同的指令系统和不同的软件系统；机型使用不同的指令系统和不同的软件系统；3.8 位机能支持的指令条数较少，通常还只能使用更少的位机能支持的指令条数较少，通常还只能使用更少的通用累加器；通用累加器；4.8 位和位和16位机都使用位机都使用16位的地址总线，故程序计数器位的地址总线，故程序计数器PC和和堆栈指针堆栈指针SP、地址寄存器、地址寄存器AR都为都为16位；位；5.执行执行 8 位机指令要使用更多的操作步骤，计算与传位机指令要使用更多的操作步骤，计算与传送送16位地址，读写位地址，读写16位数据都得分成位数据都得分成2步完成；步完成；6.8 位和位和16位机的控制器提供大体相同的控制信号。位机的控制器提供大体相同的控制信号。第17页，共18页，编辑于2022年，星期二B、C组指令组指令TEC-2000 8位机指令执行流程图位机指令执行流程图R40R50ARLR4C0,R4 R4+1按按RESET键键ARHR5R5 R5+C0读内存读内存IR 读出内容读出内容ARL 低位地址低位地址ARL 低位地址低位地址寄存器之间的寄存器之间的数据运算与传送数据运算与传送寄存器之间的寄存器之间的数据运算与传送数据运算与传送ARH 高位地址高位地址ARH 高位地址高位地址 读写内存读写内存 读写内存读写内存响应与处理响应与处理中断请求中断请求1100100000000010011001111111010001010011101100011001A组指令组指令D组指令组指令 CALL RET读读取取指指令令的的步步骤骤第18页，共18页，编辑于2022年，星期二