[计算机硬件及网络]计算机组成原理控制器

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1、第六章控制器6.1控制器功能及组成6.2指令执行过程及时序控制方式6.3硬布线控制器的设计6.4微程序控制器及设计技术控制器功能控制器的作用就是控制计算机完成用户提出的任务：处理信息、处理异常情况。问题：如何接受任务请求？如何理解任务内容？如何控制计算机完成任务？控制器基本组成（数据通路）问题：如何知道一个时间从存储器中取出的是指令还是数据？图中每条数据通路的作用？1.取指令当程序已在存储器中时，首先根据程序入口取出第一条指令，为此要发出指令地址及控制信号。然后不断取出第2，3，…条指令。2.分析指令或叫解释指令、指令译码等。功能：是

2、对当前取得的指令进行分析，指出它要求作什么操作，并产生相应的操作控制命令，如果参与操作的数据在存储器中，还需要形成操作数地址3.执行指令功能：根据分析指令时产生的“操作命令”和“操作数地址”形成相应的操作控制信号序列，通过CPU及输入输出设备的执行，实现每条指令的功能，其中还包括对运算结果的处理以及下条指令地址的形成。计算机不断重复顺序执行上述三种基本操作：取指、分析、执行；再取指、再分析、再执行……，如此循环，直到遇到停机指令或外来的干预为止。组合逻辑控制器的时序关系指令周期：是指取出并执行一条指令所需的时间，由若干个CPU周期组成，每个C

3、PU周期由若干时钟周期组成。控制器时序工作方式同步控制方式：同步控制方式中不同操作的周期、节拍、脉冲（时序）长短相等。异步控制方式：不同的操作对应的时序长短不同。联合控制方式：同步与异步的结合。指令的执行过程典型程序的执行过程：020CLA---非访内指令021ADD30---直接访内指令022STA40023NOP024JMP21030000006031000040数据040存和单元控制信号产生电路的设计：控制信号产生电路原理图控制信号产生电路的设计1、确定指令周期（CPU周期、节拍），根据指令功能，将所有指令分解成各个机器

4、周期内的微操作2、确定控制信号产生电路的输入输出（分别是什么？），写每一个微命令的逻辑表达式：微操作命令名=指令名*CPU周期*节拍*条件3、综合化简每一个微操作命令，写出相应的逻辑表达式，画出相应的控制信号产生电路逻辑图组合逻辑控制器设计举例：指令格式、运算器及CPU体系操作码直接寻址地址81070000：CLA001：ADD010：STA011：NOP100：JMP单地址指令，目标地址隐含在累加器AC中，源操作数只有直接寻址方式一种FICT0:PC-SB,SB-AR,RDT1:DR-SB,SB-IR（PC+1)T2:（PC+1)FDC

5、T0:0-ACIR(8-10)=000IR(8-10)=001IR(8-10)=010IR(8-10)=011IR(8-10)=100CLAEXECT0:IR(0-7)-SB,SB-ART1:AC-SB,SB-DR,WRADDSTANOPJMPT0:IR(0-7)-SB,SB-PC为什么PC+1不放到T0或T1？考虑不同的运算器总线结构（单总线或混合总线结构）,指令系统（若内存间接寻址）会导致微命令如何变化？T0:IR(0-7)-SB,SB-AR,RDT0:IR(0-7)-SB,SB-AR,RDT1:DR-SB,SB-ALU.R,AC-ALU

6、.LT2:ADD,ALU.O-ACT0:DR-SB,SB-ALU.R,AC-ALU.LT1:ADD,ALU.O-AC控制信号逻辑表达式控制信号产生电路逻辑图指令译码器设计考虑计算机组合逻辑控制中什么是译码组合逻辑控制器设计：指令格式、运算器及CPU体系操作码89700：CLA1：ADD单地址指令，目标地址隐含在累加器AC中，源操作数有直接寻址方式、寄存器直接寻址方式两种寻址方式寄存器编号直接寻址地址0：寄存器直接1：存储器直接0：R01：R1问题：如果将R0作为变址寻址寄存器，指令格式如何变化？1FICEXEC微程序控制器是在控制器设计中引

7、入程序设计思想而设计完成的控制器，该控制器中控制命令并非产生于组合逻辑电路，而是取自于控制存储器中。微程序控制器中的控制存储器内存放着对应所有指令的微命令组，执行某一条指令时，控制器会根据微地址取出对应该指令的微命令组。相应的概念：微命令、微指令、微程序。微程序控制器微指令的格式微命令编码微命令编码下地址控制字段NAC下地址字段微程序控制器组成及工作原理时序部件PSW微命令编码方式直接表示法直接编码法用n位表示2^n个微命令字段直接编码法将互斥微命令采用编码方式表示，相容命令则采用直接表示法表示字段间接编码法由不同编码字段结合生成一些微命令P

8、C-SBSB-ARRDPC+1…………下地址的生成（NAC类型）增量方式：顺序：下地址=uPC,(uPC+Δ)非顺序：下地址由跳转微指令决定，跳转微指令根据NAC决