微程序控制器

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1、第15讲微程序控制器硬布线控制器组成微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码…...PSW时序IR地址形成PCOPD寻来自M送M或ALU+1送M1.硬布线控制器的时序划分3时序控制方式即时序信号与操作的关系●采用三级时序系统：指令周期工作周期1工作周期2工作周期n……时钟周期1时钟周期2时钟周期m….….工作脉冲1工作脉冲2工作脉冲k…..……….(节拍1)(节拍2)(节拍m)●时序关系：晶振输出工作周期1工作周期2工作周期3时钟T1工作脉冲P时钟T2指令周期控制不同阶段操作时间控制分步操作时间

2、对微操作定时取指执行取数取出指令修改PC打入IR打入PC2.时序控制方式及其变化（1）同步控制各项操作受统一时序控制。①定义：②特点：有明显时序时间划分，③优缺点：时序关系简单，时序划分规整，控制不复杂；时间安排不合理。④应用场合：用于CPU内部、设备内部、系统总线操作控制逻辑易于集中，便于管理。(各挂接部件速度相近，传送时间确定，传送距离较近)。时钟周期时间固定，各步操作的衔接、各部件之间的数据传送受严格同步定时控制。各项操作受统一时序控制。由CPU或其他设备提供（2）异步控制①定义：各项操作按不同需要安排

3、时间，不受统一时序控制。②特点:无统一时钟周期划分，各操作间的衔接和各部件之间的信息交换采用异步应答方式。例.异步传送操作●主设备：申请并掌握总线权的设备。总线主从●从设备：响应主设备请求的设备。发/接接/发③优缺点：时间安排紧凑、合理；控制复杂。④应用场合：用于异步总线操作(各挂接部件速度差异大，传送时间不确定，传送距离较远)。（3）联合控制方式指令周期长度可变，时钟周期长度不变。①不同指令安排不同时钟周期数②总线周期中插入延长周期经总线传送一次数据所用的时间(送地址、读/写)总线周期长度可变，时钟周期长度

4、不变。总线周期(4T)例.一个总线周期包含4个时钟周期时钟T1T3T2T4送地址读/写数据结束同步方式时钟T1T3T2T4T4T4Tw送地址读/写数据结束总线周期(5T)扩展同步方式③同步方式引入异步应答以固定时钟周期作为时序基础，引入应答思想。例.8088最大模式，用一根总线请求/应答线实现总线权的转移。设备请求总线权RQ/GTCPU使用总线CPU使用总线CPU使用总线设备使用总线设备设备CPUCPU响应，总线权交设备CPU设备释放总线权CPU设备若干时钟若干时钟1.组合逻辑控制方式4组合逻辑控制方式的优缺

5、点及应用综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现；执行指令时，由组合逻辑电路(微命令发生器)在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。●产生微命令的速度较快。2.优缺点●设计不规整，设计效率较低；●不易修改、扩展指令系统功能。3.应用场合用于高速计算机，或小规模计算机。基本思想：微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。即仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放在一个只读存储器里（称为控制存储器）。　　当机器运行时，一条条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的

6、各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。优点：规整性、灵活性、可维护性等。缺点：速度慢，增加了从控制存储器逐条读取微指令的时间。微程序控制器1.基本术语微命令：微命令是微操作的控制信号，而微操作是微命令的操作内容。一条指令的功能是通过执行一系列操作控制步完成的；这些控制步中的基本操作称为微操作。微指令：可以同时执行的一组微命令组成一条微指令，完成一个基本运算或传送功能。也将微指令称作控制字（CW），其中每一位代表一个微命令。微程序：完成指定任务的微指令序列称为微程序。一条机器指令其功能可由一段微

7、程序解释完成。微周期：一条微指令所需的执行时间。程序指令的集合指令（微程序）微指令的集合微指令微命令的集合微命令1.主要部件（1）控制存储器CM功能：微地址形成电路微地址寄存器µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段下地址字段µIR存放微程序。CM属于CPU，不属于主存储器。微程序控制器的组成原理图（2）微指令寄存器µIR功能：存放现行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段)(顺序控制字段)微地址形成电路微地址寄存器µA

8、R控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段下地址字段µIR（3）微地址形成电路功能：提供两类微地址。微程序入口地址：由机器指令操作码形成。后续微地址：由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。微地址形成电路微地址寄存器µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段下地址字段µIR（4）微地址寄存器AR功能：接收微地址形成部件送来的微地址。微地址形成电路微地址寄存器µAR控制存储器CM译码器微命令序