计算机组成原理 控制器部件精选文档.ppt
《计算机组成原理 控制器部件精选文档.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机组成原理 控制器部件精选文档.ppt(51页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、计算机组成原理 控制器部件本讲稿第一页,共五十一页定义:直接由各种类型的逻辑门产生所有微操定义:直接由各种类型的逻辑门产生所有微操作信号的控制器。作信号的控制器。4.2.4 4.2.4 组合逻辑控制器组合逻辑控制器注意:注意:每个微操作命令都是一个逻辑电路的输每个微操作命令都是一个逻辑电路的输出。所以,微操作命令发生器就是一个庞大出。所以,微操作命令发生器就是一个庞大的组合逻辑电路。的组合逻辑电路。本讲稿第二页,共五十一页C0C1C2CnT0T1T2Tk时序产生部件时序产生部件时序产生部件时序产生部件微命令产生部件微命令产生部件微命令产生部件微命令产生部件指指指指令令令令译译译译码码码码I0I
2、1Im微操作控制信号微操作控制信号 C Ci i=F(I=F(Ij j,T,Tk k,S,Sl l)I I I Ij j 指令译码产生的表示不同功能的信号指令译码产生的表示不同功能的信号指令译码产生的表示不同功能的信号指令译码产生的表示不同功能的信号T Tk k k k 节拍时序信号节拍时序信号S S S Sl l l l 运算结果状态信息运算结果状态信息运算结果状态信息运算结果状态信息状状状状态态态态标标标标志志志志S0S1SL本讲稿第三页,共五十一页微操作微操作微操作微操作流程分析流程分析流程分析流程分析化简化简化简化简逻辑表达式逻辑表达式逻辑表达式逻辑表达式用逻辑部件用逻辑部件用逻辑部件
3、用逻辑部件实现实现实现实现1.1.设计过程设计过程综合形成综合形成综合形成综合形成逻辑表达式逻辑表达式逻辑表达式逻辑表达式确定微操确定微操确定微操确定微操作序列作序列作序列作序列本讲稿第四页,共五十一页(2)(2)将各条指令在不同将各条指令在不同cpucpu周期的不同节拍中产生的周期的不同节拍中产生的同一微操作信号集中到一起形成一个逻辑表达式。同一微操作信号集中到一起形成一个逻辑表达式。(3)(3)将同一微操作出现的全部地方和条件进行化将同一微操作出现的全部地方和条件进行化简,求出最简的逻辑表达式。简,求出最简的逻辑表达式。(4)(4)画出每一个微操作命令的逻辑电路图,用逻画出每一个微操作命令
4、的逻辑电路图,用逻辑门来实现。辑门来实现。(1)(1)根据硬件的结构图写出每条指令的操作流程并分根据硬件的结构图写出每条指令的操作流程并分解成微操作序列。解成微操作序列。本讲稿第五页,共五十一页模型机结构图模型机结构图微命令微命令发生器发生器本讲稿第六页,共五十一页控制信号 操作控制信号 操作 C1 LDR1 C11 “M”传送 C2 LDR2 C12 “-”减法运算 C3 LDR3 C13 RD M 读 C4 R1X(ACX)C14 LDDR C5 R1Y(ACY)C15 LDIR C6 R2X C16 LDAR C7 R2Y C17 PC+1 C8 DRX C18 LDPC C9 R3Y
5、C19 “”与运算 C10 “+”(加法运算)C20 WR M 写本讲稿第七页,共五十一页本讲稿第八页,共五十一页PCMARRD MPC+1PCMDRIRIR(ADR)MARADDRD M读出操作AC+MDRAC指令译码M1M2T1T1T2T2T3T3T4T4LDAR(C16)RD M(C13)PC+1(C17)LDDR(C14)LDIR(C15)LDAR(C16)RD M(C13)LDDR(C14)指令译码DRX(C8)R1 Y(C5)“+”(C10)LDR1(C1)uI1uI2uI300H82H34HADD指令操作流程图指令操作流程图ADD指令微程序流程图指令微程序流程图本讲稿第九页,共五
6、十一页RD M=M1T2+M2T2(LDA+ADD+AND)LDPC=M2(T1JMP+T3JZZF=1)DRX=M2T4(LDA+ADD+AND)LDAR=M1T1+M2T1(LDA+STA+ADD+AND)本讲稿第十页,共五十一页 2.2.组合逻辑控制器的特点组合逻辑控制器的特点 最大的优点是:最大的优点是:产生控制信号的速度快!只产生控制信号的速度快!只需两级门或三级门的延时就可产生。需两级门或三级门的延时就可产生。缺点是:缺点是:由于一台计算机中的微操作控制信由于一台计算机中的微操作控制信号少则几十个,多则几百个甚至更多,要设计出号少则几十个,多则几百个甚至更多,要设计出能实时产生这么
7、多控制信号的逻辑线路,其设计能实时产生这么多控制信号的逻辑线路,其设计工作量很大工作量很大,设计过程复杂,并且电路形成后,设计过程复杂,并且电路形成后,很难实施修改,不利于指令系统的扩充很难实施修改,不利于指令系统的扩充。本讲稿第十一页,共五十一页 4.2.5 4.2.5 微程序控制器微程序控制器要点:要点:a.a.一条机器指令从取指令到执行都可以分一条机器指令从取指令到执行都可以分解成解成一系列确定的微操作步骤一系列确定的微操作步骤。而每个步。而每个步骤所需的骤所需的控制信号控制信号也就确定了。也就确定了。1.1.基本原理基本原理 用软件的方法来实现硬件的功能。用软件的方法来实现硬件的功能。
8、本讲稿第十二页,共五十一页 b.因此可以将控制信号按一定规则进行编排,因此可以将控制信号按一定规则进行编排,形成控制字(形成控制字(微指令微指令)并保存在)并保存在专用的存储器专用的存储器中中。不同的机器指令对应不同的微指令序列不同的机器指令对应不同的微指令序列(微程序微程序)。)。c.执行一条机器指令时,只要逐条取出与其执行一条机器指令时,只要逐条取出与其对应原微程序,就可以产生所需的微操作控对应原微程序,就可以产生所需的微操作控制信号。制信号。本讲稿第十三页,共五十一页INC INC INC INC 微程序微程序微程序微程序1 12 2KK.ADD R1ADD R1,R2R2 INC R1
9、INC R1.主存储器主存储器控控制制存存储储器器 机器指令对应的微程序机器指令对应的微程序(微指令微指令)1 12 2N NADD ADD ADD ADD 微程序微程序微程序微程序.本讲稿第十四页,共五十一页 2 2、基本术语、基本术语微操作:微操作:对于指令的执行步骤中,不能再对于指令的执行步骤中,不能再分的操作分的操作.微命令:微命令:控制微操作的命令,即实现微操控制微操作的命令,即实现微操作的控制信号。作的控制信号。微指令:微指令:每一步操作所需的若干微命令,每一步操作所需的若干微命令,以代码的形式编排就构成一条微指令。以代码的形式编排就构成一条微指令。本讲稿第十五页,共五十一页微程序
10、:微程序:由一系列微指令的有序集合构由一系列微指令的有序集合构成。成。一条机器指令对应多条微指令构成一条机器指令对应多条微指令构成的微程序的微程序。控制存储器:控制存储器:集中存放所有机器指令微程集中存放所有机器指令微程序的专用存储器。每一个单元为一条微指序的专用存储器。每一个单元为一条微指令。通常为高速的令。通常为高速的ROMROM部件。部件。本讲稿第十六页,共五十一页3 3、微程序控制单元的基本框图、微程序控制单元的基本框图 微地址微地址 形成部件形成部件顺序逻辑顺序逻辑uMAR地址译码地址译码控制存储器控制存储器标志标志CLK至至 CPU 内部和系统总线的控制信号内部和系统总线的控制信号
11、 OPIR控制信号控制信号下地址下地址微指令基本格式微指令基本格式 uIR下地址下地址本讲稿第十七页,共五十一页4 4、微程序控制单元内容、微程序控制单元内容M+1MM+2P+1KK+2PP+2K+1取指周期取指周期 微程序微程序对应对应 LDA 操作的微程序操作的微程序对应对应 STA 操作的微程序操作的微程序间址周期间址周期 微程序微程序中断周期中断周期 微程序微程序M+1M+2P+1P+2K+1K+2MM转执行周期微程序转执行周期微程序转取指周期微程序转取指周期微程序本讲稿第十八页,共五十一页控存控存M+1MM+2P+1QQ+2PP+2Q+1取指周期取指周期 微程序微程序对应对应 LDA
12、 操操作的微程序作的微程序对应对应 ADD 操操作的微程序作的微程序Q+1Q+2MM+1M+2P+1P+2M对应对应 STA 操操作的微程序作的微程序K+1K+2MKK+2K+1LDA XADD YSTA Z主存主存STP用用户户程程序序5 5、工作原理、工作原理本讲稿第十九页,共五十一页(a)取指阶段取指阶段M uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令形成下条微指令地址形成下条微指令地址Ad(uMDR)uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad(uMDR)uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令M+1M+2PC MAR1 RM(M
13、AR)MDR(PC)+1 PCMDR IR0 0 1 0 0 0 0M+21 0 0 0 0 1M+1M0 1 0 0 1 0M+2M+1形成下条微指令地址形成下条微指令地址执行取指微程序执行取指微程序本讲稿第二十页,共五十一页(b)执行阶段执行阶段CM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad(uMDR)uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad(uMDR)uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令OP(IR)微地址形成部件微地址形成部件 uMAR(P uMAR)Ad(uMDR)uMARAd(IR)MAR1 RM(MAR)MDRMDR AC0
14、 0 0 0 0 0 1 0P+2 M执行执行 LDA 微程序微程序 形成下条微指令地址形成下条微指令地址 P+1形成下条微指令地址形成下条微指令地址 P+2形成下条微指令地址形成下条微指令地址 M(M uMAR)0 1 0 0 0P+2P+10 0 0 1 0 0 1P+1P本讲稿第二十一页,共五十一页(c)取指阶段取指阶段PC MAR1 R1 0 0 0 0 1M+1M全部微指令存在全部微指令存在 CM 中中,程序执行过程中,程序执行过程中 只需读出只需读出关键关键 微指令的微指令的 操作控制字段如何形成微操作命令操作控制字段如何形成微操作命令 微指令的微指令的 后继地址如何形成后继地址如
15、何形成执行取指微程序执行取指微程序M uMARCM(uMAR)uMDR由由 uMDR 发命令发命令形成下条微指令地址形成下条微指令地址M+1本讲稿第二十二页,共五十一页 6 6、微指令的格式、微指令的格式 由两部分组成:由两部分组成:控制字段控制字段控制字段控制字段用于安排微命令。用于安排微命令。用于安排微命令。用于安排微命令。下址字段下址字段下址字段下址字段用于控制形成或直接给出下用于控制形成或直接给出下用于控制形成或直接给出下用于控制形成或直接给出下条微指令在控存中的地址。条微指令在控存中的地址。条微指令在控存中的地址。条微指令在控存中的地址。直接控制直接控制分段编码分段编码水平型微指令水
16、平型微指令垂直型微指令垂直型微指令 (1)(1)控制字段的安排又分为二种形式:控制字段的安排又分为二种形式:本讲稿第二十三页,共五十一页1)1)水平型微指令水平型微指令 基本特点是在一条微指令中定义并执行基本特点是在一条微指令中定义并执行 多个并行操作微命令。多个并行操作微命令。直接控制法:将微指令操作控制字段的每一直接控制法:将微指令操作控制字段的每一个二进制位定义为一个微命令,直接送往相应的个二进制位定义为一个微命令,直接送往相应的控制点。控制点。本讲稿第二十四页,共五十一页直接控制法举例直接控制法举例1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 n-2n-2n-2n-2 n-1n-1n
17、-1n-1 n n n nC1 C2 C3 .CmC1 C2 C3 .Cm下地址下地址下地址下地址顺序控制字段顺序控制字段顺序控制字段顺序控制字段操作控制字段操作控制字段操作控制字段操作控制字段m.特点:控制简单,不需加微命令译码器但微特点:控制简单,不需加微命令译码器但微命令多,使得微指令太长,因而要求命令多,使得微指令太长,因而要求控制存控制存储器容量储器容量较大。较大。本讲稿第二十五页,共五十一页A AB BC C下地址下地址0000不操作不操作不操作不操作01 01“+”“+”1010“”1111“-”“-”0000不操作不操作不操作不操作01 01 A AX X10 10 B BX
18、X11 11 C CX X0000不操作不操作不操作不操作01 01 A AY Y10 10 B BY Y11 11 C CY Y分段编码法分段编码法分段编码法分段编码法1 2 3 1 2 3 4 54 5 6 76 7 8 98 9 10 11 12 13 14 15 10 11 12 13 14 15地址部分地址部分地址部分地址部分控制部分控制部分本讲稿第二十六页,共五十一页相斥性的微命令:相斥性的微命令:指不能在同一指不能在同一CPUCPU周期内出现的微命令周期内出现的微命令相容性的微操作:相容性的微操作:指能在同一指能在同一CPUCPU周期内出现的微命令周期内出现的微命令为什么可以采用
19、分段编码来表示微命令呢?为什么可以采用分段编码来表示微命令呢?本讲稿第二十七页,共五十一页相斥性的微命令:相斥性的微命令:+、-、A AX X、B BX X、C CX X A AY Y、B BY Y、C CY Y相容性的微命令:相容性的微命令:A A、B B、C C结论:将相斥的微命令编在一个字段里。结论:将相斥的微命令编在一个字段里。将相容的微命令编在不同字段里。将相容的微命令编在不同字段里。本讲稿第二十八页,共五十一页例题:某计算机有条微指令,每条微指令发出的微例题:某计算机有条微指令,每条微指令发出的微命令如下表所示,试对这些微指令进行编码以使得微命令如下表所示,试对这些微指令进行编码以
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机组成原理 控制器部件精选文档 计算机 组成 原理 控制器 部件 精选 文档
限制150内