计算机组成原理第5章中央处理器.ppt

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1、第第5 5章章 中央处理器中央处理器介绍介绍介绍介绍CPUCPU的功能和组成；的功能和组成；的功能和组成；的功能和组成；通通通通过过过过具具具具体体体体例例例例子子子子介介介介绍绍绍绍指指指指令令令令周周周周期期期期的的的的概概概概念念念念，深深深深入入入入了了了了解解解解指指指指令令令令的的的的执执执执行行行行过过过过程；程；程；程；简单介绍时序产生器和控制方式；简单介绍时序产生器和控制方式；简单介绍时序产生器和控制方式；简单介绍时序产生器和控制方式；详细介绍微程序控制器的原理和设计技术；详细介绍微程序控制器的原理和设计技术；详细介绍微程序控制器的原理和设计技术；详细介绍微程序控制器的原理和

2、设计技术；简单介绍硬布线控制器的设计思想；简单介绍硬布线控制器的设计思想；简单介绍硬布线控制器的设计思想；简单介绍硬布线控制器的设计思想；了了了了解解解解传传传传统统统统CPUCPU的的的的结结结结构构构构的的的的基基基基础础础础上上上上，进进进进一一一一步步步步了了了了解解解解流流流流水水水水CPUCPU、RISCRISCCPUCPU、多媒体、多媒体、多媒体、多媒体CPUCPU等先进的计算机科学技术。等先进的计算机科学技术。等先进的计算机科学技术。等先进的计算机科学技术。本章的重点本章的重点：进一步理解进一步理解CPU的组成、完成指令的过程，控制器的组成、完成指令的过程，控制器的实现技术的实

3、现技术-微程序控制技术。微程序控制技术。2 25.1CPU5.1CPU的功能和组成的功能和组成的功能和组成的功能和组成 CPUCPU的功能的功能的功能的功能CPUCPU的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成 CPUCPU中的主要寄存器（简单介绍中的主要寄存器（简单介绍中的主要寄存器（简单介绍中的主要寄存器（简单介绍）CPUCPU操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器 3 3 CPUCPU是是是是利利利利用用用用大大大大规规规规模模模模集集集集成成成成电电电电路路路路技技技技术术术术，把把把把运运运运算算算算器器器器和和和和控控控控制制制制器器

4、器器集集集集成成成成在在在在一一一一片片片片芯芯芯芯片片片片上上上上，是是是是微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机中中中中的的的的运运运运算算算算控控控控制制制制部部部部件件件件，它它它它本本本本身身身身不不不不具具具具备备备备微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件的的的的全全全全部部部部功功功功能能能能，即即即即其其其其本本本本身身身身不不不不构构构构成成成成独独独独立立立立工工工工作作作作系系系系统统统统，因因因因此此此此它它它它不不不不能能能能独独独独立立立立地地地地执执执执行行行行程程程程序序序序。CPUCPU其其其其主主主主要要要要任任任任务务务务是是是是执执执

5、执行行行行指指指指令令令令序序序序列列列列，对对对对系系系系统统统统的的的的各各各各个个个个部部部部件件件件进进进进行行行行统统统统一一一一的的的的协协协协调调调调和和和和控控控控制制制制。通通通通常常常常由由由由算算算算术术术术逻逻逻逻辑辑辑辑部部部部件件件件（ALUALU）、控控控控制制制制部部部部件件件件、寄寄寄寄存存存存器器器器组组组组等等等等几几几几部部部部分组成。分组成。分组成。分组成。4 41 1、CPUCPU的功能的功能的功能的功能 CPUCPU是是是是计计计计算算算算机机机机的的的的核核核核心心心心组组组组成成成成部部部部分分分分，装装装装入入入入内内内内存存存存的的的的程程

6、程程序序序序在在在在CPUCPU的控制下，完成取出指令和执行指令的任务。的控制下，完成取出指令和执行指令的任务。的控制下，完成取出指令和执行指令的任务。的控制下，完成取出指令和执行指令的任务。CPUCPU的基本功能的基本功能的基本功能的基本功能：指指指指令令令令控控控控制制制制：程程程程序序序序的的的的顺顺顺顺序序序序控控控控制制制制，保保保保证证证证机机机机器器器器按按按按顺顺顺顺序序序序执执执执行行行行程程程程序序序序，（如何保证：（如何保证：（如何保证：（如何保证：CPUCPU内部设置了程序计数器等部分）内部设置了程序计数器等部分）内部设置了程序计数器等部分）内部设置了程序计数器等部分）

7、操操操操作作作作控控控控制制制制：管管管管理理理理并并并并产产产产生生生生完完完完成成成成指指指指令令令令执执执执行行行行操操操操作作作作所所所所需需需需的的的的控控控控制制制制信信信信号号号号，把把把把这这这这些些些些信信信信号号号号送送送送往往往往相相相相应应应应的的的的部部部部件件件件，控控控控制制制制这这这这些些些些部部部部件件件件按按按按指指指指令令令令的的的的要要要要求求求求进行动作。进行动作。进行动作。进行动作。时时时时间间间间控控控控制制制制：对对对对各各各各种种种种操操操操作作作作实实实实施施施施时时时时间间间间上上上上的的的的定定定定时时时时，保保保保证证证证计计计计算算算

8、算机机机机有有有有条不紊地自动工作。条不紊地自动工作。条不紊地自动工作。条不紊地自动工作。数据加工：数据加工：数据加工：数据加工：对数据进行算术运算和逻辑运算处理。对数据进行算术运算和逻辑运算处理。对数据进行算术运算和逻辑运算处理。对数据进行算术运算和逻辑运算处理。5 52 2、CPUCPU的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成 传统传统传统传统CPUCPU：运算器、控制器。：运算器、控制器。：运算器、控制器。：运算器、控制器。现代现代现代现代CPUCPU：运算器、：运算器、：运算器、：运算器、CacheCache和控制器。和控制器。和控制器。和控制器。控制器的主要功能：控制器的主要功能：控

9、制器的主要功能：控制器的主要功能：从从从从内内内内存存存存中中中中取取取取出出出出一一一一条条条条指指指指令令令令，并并并并指指指指出出出出下下下下一一一一条条条条指指指指令令令令在在在在内内内内存存存存中中中中的的的的位置。位置。位置。位置。对对对对指指指指令令令令进进进进行行行行译译译译码码码码或或或或测测测测试试试试，并并并并产产产产生生生生相相相相应应应应的的的的操操操操作作作作控控控控制制制制信信信信号号号号，以便启动规定的动作。以便启动规定的动作。以便启动规定的动作。以便启动规定的动作。指指指指挥挥挥挥并并并并控控控控制制制制CPUCPU、内内内内存存存存和和和和输输输输入入入入输

10、输输输出出出出设设设设备备备备之之之之间间间间数数数数据据据据流流流流动动动动的方向。的方向。的方向。的方向。控控控控制制制制器器器器的的的的组组组组成成成成：程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器、指指指指令令令令寄寄寄寄存存存存器器器器、指指指指令令令令译译译译码码码码器器器器、时序产生器和操作控制器。时序产生器和操作控制器。时序产生器和操作控制器。时序产生器和操作控制器。6 6内部暂存器内部暂存器IPESSSDSCS输入输入/输出输出控制电路控制电路外外部部总总线线执行执行执行执行部分部分部分部分控制电路控制电路控制电路控制电路123456 ALU标志寄存器标志寄存器标志寄存器标志寄存

11、器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPSIDI通用通用寄存寄存器器地址地址加法加法器器指令队列缓冲器指令队列缓冲器16位位20位位16位位8位位80868086内部结构图内部结构图7 73 3、CPUCPU中的主要寄存器中的主要寄存器中的主要寄存器中的主要寄存器 CPUCPU中最基本寄存器：中最基本寄存器：中最基本寄存器：中最基本寄存器：指令寄存器（指令寄存器（指令寄存器（指令寄存器（IRIR）：）：）：）：保存正在执行的指令保存正在执行的指令保存正在执行的指令保存正在执行的指令程序计数器（程序计数器（程序计数器（程序计数器（PCPC）：）：）：）：存放要执行的指令的地址存放要执行的指令的

12、地址存放要执行的指令的地址存放要执行的指令的地址地址寄存器（地址寄存器（地址寄存器（地址寄存器（ARAR）：）：）：）：保存当前所要访问的内存单元的地址保存当前所要访问的内存单元的地址保存当前所要访问的内存单元的地址保存当前所要访问的内存单元的地址数据缓冲寄存器（数据缓冲寄存器（数据缓冲寄存器（数据缓冲寄存器（DRDR）：）：）：）：作为作为作为作为CPUCPU和内存、外围设备之间信息传送的中转站；和内存、外围设备之间信息传送的中转站；和内存、外围设备之间信息传送的中转站；和内存、外围设备之间信息传送的中转站；补偿补偿补偿补偿CPUCPU和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；和内存、外围设备

13、之间在操作速度上的差别；和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；和内存、外围设备之间在操作速度上的差别；在在在在单单单单累累累累加加加加器器器器结结结结构构构构的的的的运运运运算算算算器器器器中中中中，数数数数据据据据缓缓缓缓冲冲冲冲寄寄寄寄存存存存器器器器还还还还可可可可兼兼兼兼作作作作操作数寄存器。操作数寄存器。操作数寄存器。操作数寄存器。累加寄存器（累加寄存器（累加寄存器（累加寄存器（ACAC）：）：）：）：暂时存放暂时存放暂时存放暂时存放ALUALU运算的结果信息运算的结果信息运算的结果信息运算的结果信息状态条件寄存器（状态条件寄存器（状态条件寄存器（状态条件寄存器（PSWPSW）：）

14、：）：）：通过通过通过通过P128P128图图图图5.15.1进一步理解进一步理解进一步理解进一步理解CPUCPU各部分功能。各部分功能。各部分功能。各部分功能。8 89 94 4、CPUCPU操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器操作控制器与时序产生器 操操操操作作作作控控控控制制制制器器器器的的的的功功功功能能能能:根根根根据据据据指指指指令令令令操操操操作作作作码码码码和和和和时时时时序序序序信信信信号号号号，产产产产生生生生各各各各种种种种操操操操作作作作控控控控制制制制信信信信号号号号，以以以以正正正正确确确确建建建建立立立立数数数数据据据据通通通通路路路

15、路，完完完完成成成成取取取取指指指指令令令令和和和和执执执执行指令的控制。行指令的控制。行指令的控制。行指令的控制。根据设计方法不同，操作控制器可分为：根据设计方法不同，操作控制器可分为：根据设计方法不同，操作控制器可分为：根据设计方法不同，操作控制器可分为：(1)(1)硬布线控制器：硬布线控制器：硬布线控制器：硬布线控制器：采用组合逻辑技术来实现；采用组合逻辑技术来实现；采用组合逻辑技术来实现；采用组合逻辑技术来实现；(2)(2)微程序控制器：微程序控制器：微程序控制器：微程序控制器：采用存储逻辑来实现；采用存储逻辑来实现；采用存储逻辑来实现；采用存储逻辑来实现；(3)(3)门阵列控制器：门

16、阵列控制器：门阵列控制器：门阵列控制器：吸收前两种的设计思想来实现的。吸收前两种的设计思想来实现的。吸收前两种的设计思想来实现的。吸收前两种的设计思想来实现的。本章重点介绍微程序控制器本章重点介绍微程序控制器本章重点介绍微程序控制器本章重点介绍微程序控制器.时序产生器时序产生器时序产生器时序产生器:产生对控制信号进行时间上控制的定时信号产生对控制信号进行时间上控制的定时信号产生对控制信号进行时间上控制的定时信号产生对控制信号进行时间上控制的定时信号.10105.2指令周期指令周期指令周期的基本概念指令周期的基本概念指令周期的基本概念指令周期的基本概念 几种典型指令的指令周期分析几种典型指令的指

17、令周期分析几种典型指令的指令周期分析几种典型指令的指令周期分析CLACLA指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期 ADDADD指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期 STASTA指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期 NOPNOP指令和指令和指令和指令和JMPJMP指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期 用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期 11111 1、指令周期的基本概念、指令周期的基本概念、指令周期的基本概念、指令周期的基本概念 指令周期：指令周期：指令周期

18、：指令周期：取出并执行一条指令的时间。取出并执行一条指令的时间。取出并执行一条指令的时间。取出并执行一条指令的时间。程序的执行过程程序的执行过程程序的执行过程程序的执行过程(图图图图5.2)5.2)：取指：取指：取指：取指执行指令执行指令执行指令执行指令再取指令再取指令再取指令再取指令执行指令执行指令执行指令执行指令 各种指令的操作功能不同，其指令周期不尽相同。各种指令的操作功能不同，其指令周期不尽相同。各种指令的操作功能不同，其指令周期不尽相同。各种指令的操作功能不同，其指令周期不尽相同。机器周期：机器周期：机器周期：机器周期：也称也称也称也称CPUCPU周期。周期。周期。周期。指令周期由若

19、干个指令周期由若干个指令周期由若干个指令周期由若干个CPUCPU周期组成。周期组成。周期组成。周期组成。通常：用内存中读取一个指令字的最短时间来规定通常：用内存中读取一个指令字的最短时间来规定通常：用内存中读取一个指令字的最短时间来规定通常：用内存中读取一个指令字的最短时间来规定CPUCPU周期。周期。周期。周期。时时时时钟钟钟钟周周周周期期期期：常常常常称称称称为为为为节节节节拍拍拍拍。一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期又又又又包包包包含含含含若若若若干干干干个个个个时时时时钟钟钟钟周周周周期期期期，它是处理操作的最基本单位。它是处理操作的最基本单位。它是处理操作的最基本单位。它是

20、处理操作的最基本单位。131314142 2、几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析CLACLACLACLA指令功能：指令功能：指令功能：指令功能：清累加器。是一个清累加器。是一个清累加器。是一个清累加器。是一个非访内指令非访内指令非访内指令非访内指令。取指令阶段取指令阶段取指令阶段取指令阶段，CPUCPU完成三件事：完成三件事：完成三件事：完成三件事：(1)(1)从内存取出指令；从内存取出指令；从内存取出指令；从内存取出指令；(2)(2)对程序计数器对程序计数器对程序计数器对程序计数器PCPC加加加加1 1，为取下一条指令做好准备；，为取下一条指令做

21、好准备；，为取下一条指令做好准备；，为取下一条指令做好准备；(3)(3)对指令操作码进行译码或测试，以确定进行什么操作。对指令操作码进行译码或测试，以确定进行什么操作。对指令操作码进行译码或测试，以确定进行什么操作。对指令操作码进行译码或测试，以确定进行什么操作。执执执执行行行行指指指指令令令令阶阶阶阶段段段段：CPUCPU根根根根据据据据对对对对指指指指令令令令操操操操作作作作码码码码的的的的译译译译码码码码或或或或测测测测试试试试，进进进进行指令所要求的操作。行指令所要求的操作。行指令所要求的操作。行指令所要求的操作。小小小小结结结结：CLACLA指指指指令令令令的的的的指指指指令令令令周

22、周周周期期期期包包包包括括括括一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期的的的的取取取取指指指指令令令令和和和和一一一一个个个个CPUCPU周期的执行指令，共需两个周期的执行指令，共需两个周期的执行指令，共需两个周期的执行指令，共需两个CPUCPU周期。周期。周期。周期。1515取指令周期取指令周期取指令周期取指令周期1616执行周期执行周期执行周期执行周期1717几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（ADDADD）ADDADD3030指指指指令令令令功功功功能能能能：取取取取存存存存储储储储单单单单元元元元(30)(30)中中中中的的的的操

23、操操操作作作作数数数数和和和和累累累累加加加加器器器器的的的的内内内内容容容容相相相相加加加加，结结结结果果果果送送送送累累累累加加加加器器器器。这这这这是是是是一一一一条条条条访访访访问问问问内内内内存存存存取取取取数数数数并并并并执执执执行行行行加加加加法法法法的指令的指令的指令的指令。取指令取指令取指令取指令执行指令：执行指令：执行指令：执行指令：将操作数的地址送往地址寄存器将操作数的地址送往地址寄存器将操作数的地址送往地址寄存器将操作数的地址送往地址寄存器把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（3030）送到地址总线；）送到地址总线；）送到地址总

24、线；）送到地址总线；经译码从内存取出操作数（经译码从内存取出操作数（经译码从内存取出操作数（经译码从内存取出操作数（0606）送往数据缓冲器；）送往数据缓冲器；）送往数据缓冲器；）送往数据缓冲器；执行相加的操作。执行相加的操作。执行相加的操作。执行相加的操作。小小小小结结结结：ADDADD指指指指令令令令功功功功能能能能由由由由三三三三个个个个CPUCPU周周周周期期期期组组组组成成成成：取取取取指指指指、送送送送操操操操作作作作数数数数地地地地址、去操作数进行相加运算并将结果放回累加器。址、去操作数进行相加运算并将结果放回累加器。址、去操作数进行相加运算并将结果放回累加器。址、去操作数进行相

25、加运算并将结果放回累加器。181819192020ADDADD指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期2121几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（STASTA）STASTA 4040指指指指令令令令的的的的功功功功能能能能：把把把把累累累累加加加加器器器器内内内内容容容容送送送送存存存存储储储储单单单单元元元元（4040）。这这这这是一是一是一是一条访内存存数指令条访内存存数指令条访内存存数指令条访内存存数指令。取指令取指令取指令取指令执行指令：执行指令：执行指令：执行指令：将操作数的地址送往地址寄存器；将操作数的地址送往地址

26、寄存器；将操作数的地址送往地址寄存器；将操作数的地址送往地址寄存器；累加器的内容送到数据缓冲寄存器累加器的内容送到数据缓冲寄存器累加器的内容送到数据缓冲寄存器累加器的内容送到数据缓冲寄存器DRDR；把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（把地址寄存器的内容（4040）送到地址总线；）送到地址总线；）送到地址总线；）送到地址总线；把数据缓冲寄存器的内容送到数据总线；把数据缓冲寄存器的内容送到数据总线；把数据缓冲寄存器的内容送到数据总线；把数据缓冲寄存器的内容送到数据总线；数据总线上的数写入选中的存储单元（数据总线上的数写入选中的存储单元（数据总线上的数写入选中的存储单元（数据

27、总线上的数写入选中的存储单元（4040）。）。）。）。具体过程描述如图具体过程描述如图具体过程描述如图具体过程描述如图小结：小结：小结：小结：它由三个它由三个它由三个它由三个CPUCPU周期组成。周期组成。周期组成。周期组成。22222323STASTA指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期指令的指令周期2424几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（几种典型指令周期分析（NOPNOP和和和和JMPJMP）NOPNOP：空空空空操操操操作作作作指指指指令令令令。在在在在第第第第二二二二CPUCPU周周周周期期期期中中中中不不不不发发发发出出出出任任任任何何何何控制

28、信号。控制信号。控制信号。控制信号。JMPJMP指指指指令令令令是是是是一一一一个个个个程程程程序序序序控控控控制制制制指指指指令令令令，在在在在执执执执行行行行周周周周期期期期中中中中只只只只是是是是改变了改变了改变了改变了PCPC的内容。的内容。的内容。的内容。25252626几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析几种典型指令周期分析小结小结小结小结：指令周期分取指令周期、执行指令周期两大部分；指令周期分取指令周期、执行指令周期两大部分；指令周期分取指令周期、执行指令周期两大部分；指令周期分取指令周期、执行指令周期两大部分；执执执执行行行行指指指指令令令令时时时时间间

29、间间的的的的长长长长短短短短不不不不同同同同，可可可可能能能能包包包包括括括括一一一一三三三三个个个个CPUCPU周期；周期；周期；周期；执执执执行行行行周周周周期期期期中中中中CPUCPU周周周周期期期期的的的的划划划划分分分分原原原原则则则则：总总总总线线线线及及及及控控控控制制制制不不不不冲冲冲冲突。突。突。突。27273 3、用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期用方框图语言表示指令周期 规则：规则：规则：规则：方方方方框框框框代代代代表表表表一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期，其其其其内内内内容容容容表表表表示示示示数数数数据据据据通通通通

30、路路路路的的的的操操操操作作作作或或或或某某某某种控制操作。种控制操作。种控制操作。种控制操作。菱菱菱菱形形形形表表表表示示示示某某某某种种种种判判判判断断断断或或或或测测测测试试试试，时时时时间间间间上上上上依依依依附附附附于于于于它它它它前前前前面面面面方方方方框框框框的的的的CPUCPU周期，不单独占用一个周期，不单独占用一个周期，不单独占用一个周期，不单独占用一个CPUCPU周期。周期。周期。周期。“”表表表表示示示示公公公公操操操操作作作作，指指指指一一一一条条条条指指指指今今今今执执执执行行行行完完完完毕毕毕毕后后后后，CPUCPU所所所所开开开开始始始始进进进进行行行行的的的的一

31、一一一些些些些操操操操作作作作。这这这这些些些些操操操操作作作作可可可可能能能能是是是是CPUCPU对对对对外外外外设设设设请请请请求求求求的的的的处处处处理理理理，如如如如中中中中断断断断处处处处理理理理、通通通通道道道道处处处处理理理理等等等等，若若若若没没没没有有有有外外外外设设设设请请请请求求求求，CPUCPU将将将将转入下一个转入下一个转入下一个转入下一个“取指令取指令取指令取指令”。因此取指令也可以认为是公操作。因此取指令也可以认为是公操作。因此取指令也可以认为是公操作。因此取指令也可以认为是公操作。前面五条指令用方框图语言表示的指令周期见图。前面五条指令用方框图语言表示的指令周期

32、见图。前面五条指令用方框图语言表示的指令周期见图。前面五条指令用方框图语言表示的指令周期见图。28282929指令周期分析及方框图表示示例指令周期分析及方框图表示示例指令周期分析及方框图表示示例指令周期分析及方框图表示示例【例例例例1 1】图图图图5.155.15所所所所示示示示为为为为双双双双总总总总线线线线结结结结构构构构机机机机器器器器的的的的数数数数据据据据通通通通路路路路，IRIR为为为为指指指指令令令令寄寄寄寄存存存存器器器器，PCPC为为为为程程程程序序序序计计计计数数数数器器器器(具具具具有有有有自自自自增增增增功功功功能能能能)，MM为为为为主主主主存存存存(受受受受R/WR

33、/W信信信信号号号号控控控控制制制制)，ARAR为为为为地地地地址址址址寄寄寄寄存存存存器器器器，DRDR为为为为数数数数据据据据缓缓缓缓冲冲冲冲寄寄寄寄存存存存器器器器，ALUALU由由由由加加加加、减减减减控控控控制制制制信信信信号号号号决决决决定定定定完完完完成成成成何何何何种种种种操操操操作作作作，控控控控制制制制信信信信号号号号GG控控控控制制制制的的的的是是是是一一一一个个个个门门门门电电电电路路路路。另另另另外外外外，线线线线上上上上标标标标注注注注有有有有小小小小圈圈圈圈表表表表示示示示有有有有控控控控制制制制信信信信号号号号，例例例例中中中中yiyi表表表表示示示示y y寄寄

34、寄寄存存存存器器器器的的的的输输输输入入入入控控控控制制制制信信信信号号号号，R1oR1o为为为为寄寄寄寄存存存存器器器器R1R1的的的的输输输输出出出出控控控控制制制制信信信信号号号号，未标字符的线为直通线，不受控制。未标字符的线为直通线，不受控制。未标字符的线为直通线，不受控制。未标字符的线为直通线，不受控制。(1)“ADD(1)“ADDR R2 2，R R0 0”指指指指令令令令完完完完成成成成(R(R0 0)+(R)+(R2 2)R)R0 0的的的的功功功功能能能能操操操操作作作作，画画画画出出出出其其其其指指指指令令令令周周周周期期期期流流流流程程程程图图图图，假假假假设设设设该该该

35、该指指指指令令令令的的的的地地地地址址址址已已已已放放放放入入入入PCPC中中中中。并并并并列列列列出出出出相相相相应的微操作控制信号序列。应的微操作控制信号序列。应的微操作控制信号序列。应的微操作控制信号序列。(2)“SUB(2)“SUBR R1 1，R R3 3”指指指指令令令令完完完完成成成成(R(R3 3)-(R)-(R1 1)R)R3 3的的的的操操操操作作作作，画画画画出出出出其其其其指指指指令令令令期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列期流程图，并列出相应的微操作控制信号序列 303031315.3

36、5.3时序产生器和控制方式时序产生器和控制方式时序产生器和控制方式时序产生器和控制方式 一、时序信号的作用和体制一、时序信号的作用和体制一、时序信号的作用和体制一、时序信号的作用和体制 二、时序信号产生器二、时序信号产生器二、时序信号产生器二、时序信号产生器 三、控制方式三、控制方式三、控制方式三、控制方式3232一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（1 1）对时序信号的理解对时序信号的理解对时序信号的理解对时序信号的理解：CPUCPU的的的的“作作作作息息息息时时时时间间间间”表表表表。机机机机器器器器一一一一旦旦旦旦启启启启

37、动动动动，CPUCPU开开开开始始始始取取取取指指指指令令令令并并并并执执执执行行行行指指指指令令令令，操操操操作作作作控控控控制制制制器器器器就就就就利利利利用用用用定定定定时时时时脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的顺顺顺顺序序序序和和和和不不不不同同同同的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲间间间间隔隔隔隔，有有有有步步步步骤骤骤骤地地地地指指指指挥挥挥挥各各各各部部部部件件件件工工工工作作作作，规规规规定定定定在在在在这这这这一一一一脉脉脉脉冲冲冲冲到到到到来来来来之之之之前前前前做做做做什什什什么，在另一脉冲到来之前又做什么。么，在另一脉冲到来之前又做什么。么，在另一脉冲到来之前又做什么。么，在另一脉冲到来之

38、前又做什么。一一一一般般般般来来来来说说说说，操操操操作作作作控控控控制制制制器器器器发发发发出出出出的的的的各各各各种种种种控控控控制制制制信信信信号号号号都都都都是是是是时时时时间间间间因因因因素素素素（时序信号）（时序信号）（时序信号）（时序信号）和和和和空间因素（部件位置）空间因素（部件位置）空间因素（部件位置）空间因素（部件位置）的函数。的函数。的函数。的函数。思思思思考考考考：用用用用二二二二进进进进制制制制码码码码表表表表示示示示的的的的指指指指令令令令和和和和数数数数据据据据都都都都放放放放在在在在内内内内存存存存里里里里，那那那那 么么么么CPUCPU是是是是怎样识别出它们是

39、数据还是指令呢怎样识别出它们是数据还是指令呢怎样识别出它们是数据还是指令呢怎样识别出它们是数据还是指令呢?时间、空间时间、空间时间、空间时间、空间3333一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（一、时序信号的作用和体制（2 2）时序信号的体制时序信号的体制时序信号的体制时序信号的体制：一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期中中中中要要要要划划划划分分分分为为为为若若若若干干干干个个个个小小小小段段段段，每每每每一一一一个个个个小小小小段段段段中中中中应该做什么有严格规定。应该做什么有严格规定。应该做什么有严格规定。应该做什么有严格规定。根根根根据据据

40、据组组组组成成成成计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件的的的的器器器器件件件件的的的的特特特特性性性性，微微微微程程程程序序序序控控控控制制制制器器器器中中中中的的的的时时时时序序序序信信信信号号号号最最最最基基基基本本本本的的的的体体体体制制制制是是是是节节节节拍拍拍拍电电电电位位位位节节节节拍拍拍拍脉脉脉脉冲冲冲冲制制制制。一一一一个个个个节节节节拍拍拍拍电电电电位位位位表表表表示示示示一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期，节节节节拍拍拍拍脉脉脉脉冲冲冲冲把把把把一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期划划划划分成几个较小的时间间隔。分成几个较小的时间间隔。分成几个较小的时

41、间间隔。分成几个较小的时间间隔。3434二、时序信号产生器二、时序信号产生器二、时序信号产生器二、时序信号产生器 微微微微程程程程序序序序控控控控制制制制器器器器的的的的时时时时序序序序信信信信号号号号产产产产生生生生器器器器（P142P142图图图图5.175.17）：由由由由时时时时钟钟钟钟源源源源、环环环环形形形形脉脉脉脉冲冲冲冲发发发发生生生生器器器器、节节节节拍拍拍拍脉脉脉脉冲冲冲冲和和和和读读读读写写写写时时时时序序序序译译译译码码码码逻逻逻逻辑、启停控制逻辑等部分组成。辑、启停控制逻辑等部分组成。辑、启停控制逻辑等部分组成。辑、启停控制逻辑等部分组成。353536363737节拍

42、电位与节拍脉冲时序关系图节拍电位与节拍脉冲时序关系图节拍电位与节拍脉冲时序关系图节拍电位与节拍脉冲时序关系图38383939三、三、三、三、控制方式（控制方式（控制方式（控制方式（1 1）控控控控制制制制器器器器的的的的控控控控制制制制方方方方式式式式指指指指形形形形成成成成不不不不同同同同操操操操作作作作序序序序列列列列的的的的时时时时序序序序信信信信号号号号的的的的控制方法。有同步控制、异步控制、联合控制三种方式。控制方法。有同步控制、异步控制、联合控制三种方式。控制方法。有同步控制、异步控制、联合控制三种方式。控制方法。有同步控制、异步控制、联合控制三种方式。同步控制方式同步控制方式同步

43、控制方式同步控制方式：在在在在任任任任何何何何情情情情况况况况下下下下，已已已已定定定定的的的的指指指指令令令令在在在在执执执执行行行行时时时时所所所所需需需需的的的的机机机机器器器器周周周周期期期期数数数数和和和和时时时时钟周期数都固定不变。钟周期数都固定不变。钟周期数都固定不变。钟周期数都固定不变。异步控制方式异步控制方式异步控制方式异步控制方式：每每每每条条条条指指指指令令令令、每每每每个个个个操操操操作作作作控控控控制制制制信信信信号号号号需需需需要要要要多多多多少少少少时时时时间间间间就就就就占占占占用用用用多多多多少少少少时时时时间。间。间。间。采用应答方式。采用应答方式。采用应答

44、方式。采用应答方式。4040三、三、三、三、控制方式（控制方式（控制方式（控制方式（2 2）联合控制方式联合控制方式联合控制方式联合控制方式：上述两种情况的结合。上述两种情况的结合。上述两种情况的结合。上述两种情况的结合。大大大大部部部部分分分分操操操操作作作作序序序序列列列列安安安安排排排排在在在在固固固固定定定定的的的的机机机机器器器器周周周周期期期期中中中中，对对对对某某某某些些些些时时时时间间间间难难难难以以以以确确确确定定定定的的的的操操操操作作作作则则则则以以以以执执执执行行行行部部部部件件件件的的的的“回回回回答答答答”信信信信号号号号作作作作为为为为本本本本次次次次操操操操作作

45、作作的结束。的结束。的结束。的结束。机机机机器器器器周周周周期期期期的的的的节节节节拍拍拍拍脉脉脉脉冲冲冲冲数数数数固固固固定定定定，但但但但是是是是各各各各条条条条指指指指令令令令周周周周期期期期的的的的机机机机器器器器周周周周期数不固定。期数不固定。期数不固定。期数不固定。41415.4微程序控制器微程序控制器引言引言引言引言基基基基本本本本思思思思想想想想：利利利利用用用用软软软软件件件件方方方方法法法法设设设设计计计计硬硬硬硬件件件件。即即即即仿仿仿仿照照照照通通通通常常常常的的的的解解解解题题题题程程程程序序序序的的的的方方方方法法法法，把把把把操操操操作作作作控控控控制制制制信信信

46、信号号号号编编编编成成成成所所所所谓谓谓谓的的的的“微微微微指指指指令令令令”，存存存存放放放放到到到到一一一一个个个个只只只只读读读读存存存存储储储储器器器器里里里里。当当当当机机机机器器器器运运运运行行行行时时时时，一一一一条条条条又又又又一一一一条条条条地地地地读读读读出出出出这这这这些些些些微微微微指指指指令令令令，从从从从而而而而产产产产生生生生全全全全机机机机所所所所需需需需要要要要的的的的各各各各种种种种操操操操作作作作控控控控制制制制信信信信号号号号，使相应部件执行所规定的操作。使相应部件执行所规定的操作。使相应部件执行所规定的操作。使相应部件执行所规定的操作。微微微微程程程程

47、序序序序控控控控制制制制器器器器特特特特点点点点：具具具具有有有有规规规规整整整整性性性性、灵灵灵灵活活活活性性性性、可可可可维维维维护护护护性性性性等等等等一一一一系列优点。系列优点。系列优点。系列优点。4242主要内容主要内容主要内容主要内容：一、基本概念：一、基本概念：一、基本概念：一、基本概念：微命令和微操作微命令和微操作微命令和微操作微命令和微操作微指令和微程序微指令和微程序微指令和微程序微指令和微程序 二、微程序控制器原理二、微程序控制器原理二、微程序控制器原理二、微程序控制器原理 三、微程序设计举例三、微程序设计举例三、微程序设计举例三、微程序设计举例 四、两种关系：四、两种关系

48、：四、两种关系：四、两种关系：CPUCPU周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系 机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系 4343一、一、一、一、微命令和微操作（微命令和微操作（微命令和微操作（微命令和微操作（1 1）计算机的两大组成部件：计算机的两大组成部件：计算机的两大组成部件：计算机的两大组成部件：控制部件：控制部件：控制部件：控制部件：控制器。控制器。控制器。控制器。执执执执行行行行部部部部件件件件：运运运运算算算算器器器器、存存存存储储储储器器器器、外外外外设设设设相相相相对对对对来来

49、来来说说说说是是是是执执执执行行行行部部部部件。件。件。件。n n微命令：微命令：微命令：微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出控制部件通过控制线向执行部件发出控制部件通过控制线向执行部件发出控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令；各种控制命令；n n微操作：微操作：微操作：微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。执行部件接受微命令后所进行的操作。执行部件接受微命令后所进行的操作。执行部件接受微命令后所进行的操作。4444一、一、一、一、微命令和微操作（微命令和微操作（微命令和微操作（微命令和微操作（2 2）根据数据通路的结构关系，微操作的根据数据通路的结构关系，微操作的根据数据通路

50、的结构关系，微操作的根据数据通路的结构关系，微操作的相容性相容性相容性相容性和和和和相斥性相斥性相斥性相斥性：相相相相容容容容性性性性的的的的微微微微操操操操作作作作：在在在在同同同同时时时时或或或或同同同同一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期内内内内可可可可以以以以并并并并行行行行执执执执行的微操作；行的微操作；行的微操作；行的微操作；相相相相斥斥斥斥性性性性的的的的微微微微操操操操作作作作：不不不不能能能能同同同同时时时时或或或或同同同同一一一一个个个个CPUCPU周周周周期期期期内内内内并并并并行行行行执执执执行行行行的微操作。的微操作。的微操作。的微操作。示示示示例例例例：P1