计算机组成原理 第 5 章

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1、现代计算机组成原理潘明潘松编著科学出版社第5章8位CISC计算机设计5.18位CPU结构图5-18位CPU的结构5.18位CPU结构1．运算部件(1)输入逻辑。(2)算术/逻辑运算部件ALU。(3)输出逻辑。2．寄存器组由R0、R1、R2所组成3．指令寄存器4．程序计数器5．地址寄存器5.18位CPU结构6．标志寄存器进位位Fc：运算后如果产生进位，将Fc置为1；否则将Fc清为0。零位Fz：运算结果为零，将Fz置为1，否则将Fz清为0。7．微命令产生部件8．时序系统周期、节拍、脉冲等信号称为时序信号5.2指令系统的结构及功能的确5.2.1．模型机指令系统一条指令必须包含下列信息操作码操作数的地

2、址操作结果的存储地址下一条指令的地址位76543210功能OP-CODErsrd表5-1指令的基本格式5.2指令系统的结构及功能的确5.2.1．模型机指令系统表5-2寄存器操作数rs或rd选定的寄存器000110R0R1R25.2指令系统的结构及功能的确5.2.1．模型机指令系统表5-3模型机指令系统，及其指令编码形式助记符机器指令码Addr地址码功能说明INADDaddrSTAaddrOUTaddrJMPaddr00H10HXXH20HXXH30HXXH40HXXH“INPUT”中的数据→R0R0+[addr]->R0R0->[addr][addr]->BUSaddr→PC5.2指令系统的结

3、构及功能的确5.2.2．拟定指令流程和微命令序列1．微程序控制概念（1）微命令和微操作微命令和微操作是一一对应的（2）微指令、微地址微操作码字段，又称操作控制字段，该字段指出微指令执行的微操作；微地址码字段，又称顺序控制字段，指出下一条要执行的微指令的地址。（3）微周期（4）微程序5.2指令系统的结构及功能的确5.2.2．拟定指令流程和微命令序列1．微程序控制概念（1）微命令和微操作（2）微指令、微地址微操作码字段，又称操作控制字段，该字段指出微指令执行的微操作；微地址码字段，又称顺序控制字段，指出下一条要执行的微指令的地址。（3）微周期（4）微程序5.2指令系统的结构及功能的确5.2.2．拟

4、定指令流程和微命令序列2．微指令格式（1）水平型微指令（2）垂直型微指令（3）水平型微指令与垂直型微指令的比较控制字段判别测试字段下址字段执行一条指令的时间短执行时间长VS垂直型微指令水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强较差解释指令的微程序，微指令字比较长，但微程序短微指令字比较短而微程序长难度较大机器指令比较相似，相对容易设计5.2指令系统的结构及功能的确5.2.2．拟定指令流程和微命令序列3．模型机的微指令表5-424位微代码定义5.2指令系统的结构及功能的确5.2.2．拟定指令流程和微命令序列3．模型机的微指令表5-5A、B、C各字段功能说明5.2指令系统的结构及功能的确5.2.

5、2．拟定指令流程和微命令序列4．微指令的执行方式5．时序安排6．拟定指令流程和微命令序列7．形成控制逻辑5.2指令系统的结构及功能的确5.2.3微程序设计图5-2微程序流程图5.2指令系统的结构及功能的确5.2.3微程序设计1．IN指令BUS←SW；R0←BUSR0←SW2．ADD指令R0←R0+（MEM）AR←PC，PC←PC+1；以AR的内容作为取操作数的地址BUS←RAM，AR←BUS；AR指向存放操作数的RAM单元BUS←RAM，DR2←BUS；RAM中的数据通过BUS送DR2DR1←R0R0←（DR1）+（DR2）5.2指令系统的结构及功能的确5.2.3微程序设计3．STA指令4．O

6、UT指令AR←PC，PC←PC+1；以PC的内容作为存数据的地址BUS←RAM，AR←BUS；AR指向存放操作数的RAM单元BUS←RAM，DR1←BUSBUS←R0，RAM←BUSAR←PC，PC←PC+1；以PC的内容作为存数据的地址BUS←RAM，AR←BUS；AR指向存放操作数的RAM单元OUT←DR15．JMP指令AR←PC，PC←PC+1；以PC的内容作为取数据的地址BUS←RAM，PC←BUS；将RAM内容送PC，实现程序转移5.38位CPU的硬件系统设计（1）用图形编辑工具设计模型CPU的顶层电路原理图。（2）根据微程序的微操作，对于所需的控制信号，确定微指令，并确定微地址。（

7、3）微程序流程图按微指令格式转化为“二进制微代码表”。（4）设计控制存储器LPM_ROM。（5）对模型CPU的整机硬件电路进行编译、波形仿真和调试。（6）根据仿真波形，查找故障原因，排除故障，重新编译。（7）将编译通过的电路和应用程序下载到实验台上的FPGA中，在实验台上单步跟踪微程序的执行过程。（8）最终完成模型CPU的硬件电路设计和应用程序及微程序的设计和调试。5.38位CPU的硬件系统设计图