计算机组成原理-第18-19讲(第5章)课件.ppt

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1、５．４．６硬布线控制的计算机在CPU（运算控制器）逻辑框图中，由“时序控制信号形成部件”产生控制计算机各部分操作所需的控制信号。这个部件的组成一般有两种方式，一种为微程序控制方式；另一种为硬布线控制方式，硬布线控制方式是通过逻辑电路直接连线而产生控制信号的，所以又称为组合逻辑控制方式。本节主要讨论硬布线控制方式与微程序控制的差别上，相同部分不在重复。1时序与节拍一条加法指令的实现可分成取指、计算地址、取数及执行等几个步骤，在微程序中，每一步由一条微指令实现；在硬布线控制方式中由指令的操作码直接控制并产生实现上述各步骤所需的控制信号。在大部

2、分情况下，每一步由一个机器周期实现，如何区分一条指令的四个机器周期呢？可以采用两位计数器的译码输出来表示当前所处的机器周期。2时序与节拍3也可用四个触发器来分别表示四个周期，当机器处于某一周期时，相应的触发器处于“1”状态，而其余三个触发器处于“0”状态，四位移位寄存器即可实现此功能。设以cy1,cy2,cy3,cy4分别表示四个机器周期，在初始化reset）时，令cy1处于“1”状态，其余的均处于“0”状态，即机器处于取指周期，然后实现循环移位，可保证四个触发器中有一位且仅有一位处于“1”状态时序与节拍4然而由于每条指令的功能不同，所需

3、的机器周期数可能就不相同，因此某些指令可能缺少某个周期，而有些复杂指令则需延长，从而使得上述计数器或移位寄存器的工作时序发生变化，而且其变化规律与指令有关。例如，执行A指令时需要四个机器周期，因此计数器的变化规律是00→01→10→11；而执行B指令时仅需三个机器周期（假如不用计算地址），因此计数器的变化规律是00→10→11。根据A，B指令计数器状态变化真值表列出表达式。时序与节拍5时序与节拍A指令B指令cyAcyBcyA’cyB’cyAcyBcyA’cyB’00010110001010111011110011006对于A指令，其表达式

4、为：对于B指令，其表达式为时序与节拍7译码器输出产生毛刺的原因及处理方法时序与节拍8操作控制信号的产生1.操作码译码器指令由操作码与地址码两部分组成，其中操作码表示当前执行的是什么指令，例如加法指令还是减法指令。假如操作码有7位，则最多可表示128条指令，一般在机器设置一个指令译码器，其输入为7位操作码，输出有128根线，在任何时候，有且仅有一根线为高电位，其余均为低电位（或一根线为低电位，其余为高电位），每根输出线表示一条指令，因此译码器的输出反映当前正在执行的指令。9由译码器的输出和机器周期状态cy1～cy4作为输入，使用逻辑电路产生

5、操作控制信号。操作控制信号的产生102.操作控制信号的产生主要讨论“组合逻辑电路”的组成。仍以执行一条加法指令为例，假设一条加法指令的功能是由四个机器周期cy1～cy4完成的，分别为取指、计算有效地址、取操作数、进行加法运算并送结果。操作控制信号的产生11（1）取指周期操作指令（用逻辑式表示）cy1=PC→ABcy1·T1=ADScy1=M/IO#cy1=W/R#cy1=DB→IRcy1=PC+1操作控制信号的产生12（2）计算有效地址（用逻辑式表示）加法指令·cy2=rs1→GR加法指令·cy2=(rs1)→ALU：加法指令·cy2=A

6、LU→AR操作控制信号的产生13对所有指令的全部表达式进行综合分析后可得出如下结论：（1）取指周期cy1所产生的信号，对所有指令都是相同的，即与当前执行的指令无关，逻辑式得到最简单的形式。（2）通常，同一个控制信号在若干条指令的某些周期中都需要，为此需要把它们组合起来。操作控制信号的产生14例如，“+”命令在加法指令的cy2与cy4时需要；在减法指令的cy2时需要；在转移指令的cy2时需要；……用逻辑表达式如下：“+”=加法指令·（cy2+cy4)+减法指令·cy2+转移指·cy2+…=加法指令·cy2+加法指令·cy4+减法指令·cy2

7、 +转移指令·cy2+…，上式中的加法指令、减法指令等信号通常由操作码译码器输出，译码器实际上是由各操作码的二进制代码作为输入的一组“与门”。操作控制信号的产生15设某机有7位操作码（OP0～OP6)，已知加法指令的操作码为0001100，则形成加法指令信号的逻辑表达式为：（3）同种类型的指令所需的控制信号大部分是相同的，仅有少量区别，例如算术运算中的加法指令（ADD）和减法指令（SUB），除了一个“+”命令与“-”命令信号以外，其余的控制信号全部相同。操作控制信号的产生16例如，某机有128条指令，7位操作码（OP0～OP6)，其中有十

8、六条算术逻辑运算指令，那么可以令这些指令的三位操作码完全相等（例如OP0～OP2为001），而OP3～OP6分别表示16条指令，设命令A是所有算术逻辑运算指令在cy2周期中都需要产生的，则：操