《计算机组成原理》第3章+CPU系统-06.ppt

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1、第三章第三章CPU系统系统3.6 微程序控制方式微程序控制方式第三章第三章CPU系统系统解决组合逻辑面临的解决组合逻辑面临的2个问题个问题:1.1.设计不规整设计不规整2.2.不易修改和扩展不易修改和扩展第三章第三章CPU系统系统3.6.13.6.1微程序控制的基本原理微程序控制的基本原理1.1.基本思想基本思想一条机器指令一条机器指令微操作微操作0 0微操作微操作1 1微操作微操作n n微命令微命令0 0微命令微命令1 1微命令微命令m m第三章第三章CPU系统系统一条机器指令一条机器指令操作操作0 0操作操作1 1操作操作n n微指令微指令0 0微指令微指令1 1微指令微指令n n微命令微

2、命令0 0微命令微命令1 1微命令微命令m m微程序微程序微程序控制的思想微程序控制的思想:第三章第三章CPU系统系统微命令的产生方式微命令的产生方式微命令以代码的形式编成微指令，存放微命令以代码的形式编成微指令，存放在在ROMROM中。执行时从中。执行时从ROMROM中取出微命令，经中取出微命令，经译码产生相应的控制逻辑。译码产生相应的控制逻辑。微程序与机器指令的对应关系微程序与机器指令的对应关系第三章第三章CPU系统系统2.2.逻辑组成逻辑组成IRPSWPC微地址形成微地址形成电路电路微地址寄存器微地址寄存器AR控制存储器控制存储器CM微指令存储器微指令存储器IR译码器译码器指令指令状态状

3、态微命令字段微命令字段微命令序列微命令序列微地址字段微地址字段第三章第三章CPU系统系统取机器指令取机器指令3.3.工作过程工作过程定位微程序定位微程序取微指令取微指令译码译码执行执行完成完成?NY第三章第三章CPU系统系统3.6.2 3.6.2 微命令的编码方式与微地址的形成方式微命令的编码方式与微地址的形成方式微命令字段微命令字段微地址字段微地址字段操作所需操作所需的微命令的微命令后续微指后续微指令地址令地址微指令一般格式：微指令一般格式：第三章第三章CPU系统系统1.1.微指令的编码方式微指令的编码方式(1)(1)直接控制法直接控制法(不译码不译码)微命令字段的每一位对应一个微命令。微命

4、令字段的每一位对应一个微命令。优点优点：简单直观；：简单直观；缺点缺点：编码效率低；：编码效率低；(2)(2)分段直接编译法分段直接编译法(显式编码、单重定义显式编码、单重定义)将微指令分为若干小段，每小段分别编译。将微指令分为若干小段，每小段分别编译。原则上互斥的微命令分在同一段中。原则上互斥的微命令分在同一段中。第三章第三章CPU系统系统(3)(3)分段间接编译法分段间接编译法(隐式编码、多重定义隐式编码、多重定义)一个字段的含义不仅取决于本字段的内容，一个字段的含义不仅取决于本字段的内容，还与其它字段的内容有关。还与其它字段的内容有关。(4)(4)其它编码其它编码以上以上3 3种方法的不

5、同组合。种方法的不同组合。第三章第三章CPU系统系统2.2.微地址的形成方式微地址的形成方式(1)(1)初始微地址的形成初始微地址的形成MOV微程序入口微程序入口ADD微程序入口微程序入口JMP微程序入口微程序入口控制存储器控制存储器CM 取机器指令取机器指令 功能转移功能转移第三章第三章CPU系统系统(2)(2)后续微地址的形成后续微地址的形成 增量方式（顺序执行增量方式（顺序执行-转移方式）转移方式）断定方式断定方式第三章第三章CPU系统系统3.6.3 3.6.3 模型机的微指令格式模型机的微指令格式AIAIBIBISMSMC C0 0S SZ0Z0EMAREMARR RW WSTSTSC

6、SC基本数据通路控制基本数据通路控制访存控制访存控制辅助辅助顺序控制顺序控制第三章第三章CPU系统系统各字段的功能：各字段的功能：1.1.基本数据通路控制字段基本数据通路控制字段 AIAI:ALU:ALU的的A A输入选择，输入选择，3 3位。位。000-000-无输入无输入 001-R001-Ri iAA由机器指令给出：由机器指令给出：R0R3、SP、PC010-CA 011-DA010-CA 011-DA110-PCA110-PCA第三章第三章CPU系统系统 BIBI:ALU:ALU的的B B输入选择，输入选择，3 3位。位。000-000-无输入无输入 001-R001-Ri iBB由机

7、器指令给出：由机器指令给出：R0R3、PSW010-CB 011-DB010-CB 011-DB110-MDRA110-MDRA SMSM:ALU:ALU的的ALUALU功能选择功能选择 S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0M M，共，共5 5位位 C C0 0:初始进位置，初始进位置，2 2位位00-0C00-0C0 0 01-1C 01-1C0 0 10 10 PSW PSW的的C C C C0 0 第三章第三章CPU系统系统 S S:移位器控制，移位器控制，2 2位位00 00 DM(DM(直传直传)01-SL()01-SL(左移左移)10 10 RL(RL(右移右移)11-

8、EX()11-EX(高、低字节交换高、低字节交换)ZOZO:内总线输出分配，内总线输出分配，3 3位位000-000-无输出无输出 001-CPR001-CPRj j第三章第三章CPU系统系统2.2.访存控制字段访存控制字段 EMAREMAR:1:1位位 R R:1:1位位 W W:1:1位位3.3.辅助控制字段辅助控制字段 STST:2:2位位00 00 无操作无操作 01-01-开中断开中断10 10 关中断关中断 11-SIR11-SIR第三章第三章CPU系统系统4.4.顺序控制字段顺序控制字段 SCSC:4:4位位0000 0000 顺序执行顺序执行0001 0001 无条件转移无条件

9、转移0010 0010 按按OPOP与与DRDR断定分支断定分支0111 0111 转微子程序转微子程序1000 1000 从微子程序返回从微子程序返回增量增量增量增量断定断定第三章第三章CPU系统系统3.6.4 3.6.4 模型机微程序设计模型机微程序设计工作时序工作时序微指令打入微指令打入 IR控制数据通路操作控制数据通路操作 结果打入目的地结果打入目的地后续微地址打入后续微地址打入ARAR读取后续微指令读取后续微指令微指令周期微指令周期P第三章第三章CPU系统系统2.2.微程序的编制微程序的编制(1)(1)编写顺序编写顺序按指令执行顺序编写：按指令执行顺序编写：机器指令机器指令功能转移功

10、能转移执行执行按操作码编码顺序，逐级分类编写：按操作码编码顺序，逐级分类编写：MOV MOV指令、双操作数、单操作数、转移指令指令、双操作数、单操作数、转移指令第三章第三章CPU系统系统(2)(2)实现分支实现分支将同类断定依据所对应的微地址放在相应的将同类断定依据所对应的微地址放在相应的微微地址形成表地址形成表中，用中，用SCSC字段选取。字段选取。SC=0000 SC=0000 顺序执行顺序执行 现行微地址现行微地址+1+1SC=0001 SC=0001 无条件转移无条件转移 现行微指令给出转移微现行微指令给出转移微 地址地址SC=0111 SC=0111 转微子程序转微子程序 现行微指令

11、给出现行微指令给出微子程序微子程序 入口地址入口地址 SC=1000 SC=1000 返回微主程序返回微主程序 从寄存器取返回微地址从寄存器取返回微地址 第三章第三章CPU系统系统微地址形成表：微地址形成表：SC=0010 SC=0010 按操作码分支按操作码分支MOV 03MOV 03双操作数双操作数 0C0C单操作数单操作数 2424JMPJMP或或JSR 3FJSR 3F第三章第三章CPU系统系统（3 3）微程序实例：）微程序实例：“取机器指令取机器指令”微程序：微程序：AIAIBIBISMSMC C0 0S SZ0Z0EMAREMARR RW WSTSTSCSC操作步骤：操作步骤：MI

12、RPC+1PC按按OP分支分支00000 000000000000000110110000微地址微地址01100 00010010010011100000000002000 000000000000000000000010第三章第三章CPU系统系统例：例：MOV R1MOV R1，（，（R0R0）；按流程写出微地址）；按流程写出微地址0001 02 0001 02 ;取指取指03034C4E 4F4C4E 4F;取源操作数取源操作数;取目的操作数取目的操作数0404606005050A0B 08 090A0B 08 0900 00 ;下一条指令下一条指令第三章第三章CPU系统系统微程序控制方式的优点微程序控制方式的优点（1 1）用规整的存储逻辑结构代替了不规整的、）用规整的存储逻辑结构代替了不规整的、复杂的硬连接逻辑，结构得到了简化，有复杂的硬连接逻辑，结构得到了简化，有利于设计自动化利于设计自动化（2 2）容易修改和扩展、灵活、通用性强）容易修改和扩展、灵活、通用性强（3 3）适合做系列机的控制器）适合做系列机的控制器（4 4）可靠性较高，易于诊断和维护）可靠性较高，易于诊断和维护