第三章cpu子系统(模型机设计)

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1、3.4CPU模型3.4.1设计步骤：拟定指令系统确定总体结构安排时序拟定指令流程和微命令序列。形成控制逻辑3.4.2指令系统1.指令格式格式、寻址方式、指令类型设置寄存器、ALU、数据通路设置画流程图(寄存器传送级)列操作时间表组：列逻辑式，形成逻辑电路微：按微指令格式编写微程序指令字长16位，采用寄存器型寻址，指令中给出寄存器号。（主存容量为64K×16位）双操作数指令格式：4633操作码寄存器号寻址方式寄存器号寻址方式目的地址源地址单操作数指令格式：操作码（可扩展）寄存器号寻址方式43333目的地址转移指令格式：151211

2、986543210转移地址转移条件操作码寄存器号寻址方式方式N′Z′V′C′CPU可编程访问的寄存器：寻址方式编码助记符定义2.寻址方式寄存器寻址通用寄存器R0-R3、指令计数器PC、堆栈指针SP、程序状态字PSW000R（R）为操作数寄存器间址001（R）（R）为操作数地址自减型寄存器间址010-(R)-(SP)(R)-1为操作数地址(SP)-1为栈顶地址立即/自增型寄存器间址011(R)+（R）为操作数地址，访问后(R)+1(SP)+(SP)为栈顶地址，出栈后(SP)+1寻址方式编码助记符定义100（R）为间接地址，直接/自

3、增型双间址101@(R)+(PC)+PC指向有效地址，(R)+d为有效地址（R）为操作数地址，立即/自增型寄存器间址011(R)+访问后(R)+1(SP)+(SP)为栈顶地址，出栈后(SP)+1(PC)为立即数地址，取数后(PC)+1访问后(R)+1@(PC)+访问后(PC)+1变址/相对X(R)X(PC)(PC)+d为有效地址跳步110SKP跳过下条指令执行操作码助记符含义3.指令类型用于数传、堆栈、I/O操作0000MOV传送0001ADD加0101EOR异或双操作数指令0110COM求反1011SR右移单操作数指令1100

4、JMP转移1100RST返回1101JSR转子程序控制类指令00000543210转移地址无条件转JMP寄寻方式N′Z′V′C′00001无进位转(C=0)00010无溢出转(V=0)00100数非零转(Z=0)01000数为正转(N=0)10001有进位转(C=1)10010有溢出转(V=1)10100数为零转(Z=1)11000数为负转(N=1)条件满足，转转移地址；条件不满足，顺序执行。隐含约定：转子时返回地址压栈保存。15121198650子程序入口RSTSP（SP）+JSR寄寻方式N′Z′V′C′5432103.4.3

5、CPU总体结构1.寄存器设置（1）可编程寄存器（16位）通用寄存器：R0(000)、R1(001)R2(010)、R3(011)允许中断（开中断）（可扩展）INZVC43210暂存器C（2）非编程寄存器（16位）堆栈指针：SP(100)指令计数器：PC(111)程序状态字：PSW(101):暂存来自主存的源地址或源数据。暂存器D:暂存来自主存的目的地址或目的数。指令寄存器IR地址寄存器MAR数据寄存器MBR:存放现行指令。实现CPU与主存的接口SN741814片SN741821片2.算逻部件设置ALU选择数据来源选择器A选择器B

6、移位器:实现直送、左移、右移、字节交换3.数据通路结构为了使数据传送控制简单、集中，采用以ALU为中心的总线结构。（1）组成包括四个部分：ALU部件、寄存器组、内总线、CPU与系统总线的连接（16位）R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBRA移位器BALUR2R0R1MI/OCB内总线CR3DMARMBRIRPCSPPSWABDB控制逻辑（2）特点ALU为内部数据传送通路的中心；寄存器采用内总线采用单向数据总线(16位)；分立结构；R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBRA移位器BALUR2R0R1MI/OCB内

7、总线CR3DMARMBRIRPCSPPSWABDB控制逻辑与系统总线的连接通过MAR、MBR实现。MBR输出输出至DB输出至ALU的B门输入从内总线输入从DB输入(打入)(置入)R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBRA移位器BALUR2R0R1MI/OCB内总线CR3DMARMBRIRPCSPPSWABDB控制逻辑M置入DBIRMDBIR4.各类信息传送途径（1）指令信息（2）地址信息R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBRA移位器BALUR2R0R1MI/OCB内总线CR3DMARMBRIRPCSPPSWAB

8、DB控制逻辑1）指令地址2）指令地址加1PCPCAALU移位器内总线MARPC打入AALU移内MARPCAALU移内PCC0C0打入R0~R3R0~R3CDCDSPPCPSWMBRA移位器BALUR2R0R1MI/OCB内总线CR3DMARMBRIRPCSPPS