计算机组成原理实验4-微程序控制器课件.ppt

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1、1.控制器的功能计算机的功能是执行程序程序是依次排列起来的指令代码控制器的功能就在于:正确地分步完成每一条指令规定的功能,正确且自动地连续执行指令;再进一步说，就是向计算机各功能部件提供协调运行每一个步骤所需要的控制信号。2.控制器的组成①程序计数器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能。②指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作数地址。③指令执行步骤标记线路：指明每条指令的执行步骤。④控制信号记忆或产生线路：给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。运算器部件主存储器部件总线及输入/输出接口(输入/输出设备)控制器部件各部件包括也包括

2、设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制时序控制信号形成部件译码OPIRPC输出设备输入设备主存储器部件运算器部件启停地址寄存器数据总线地址总线控制总线….控制条件主振组合逻辑控制器的组成和运行原理节拍发生器程序计数器指令寄存器②①③④控制存储器映射IRPC接口输出设备主存储器运算器部件下地址启停地址寄存器数据总线地址总线控制总线….控制条件微指令寄存器主振微程序方案的控制器接口输入设备TEC-2000教学机系统的组成计算机终端PC机微程序控制器运算器(8/16位)主存储器（8/16位）按键开关指示灯串行接口接口实验中断实验内存扩展实验

3、电源+5V硬布线控制器二、指令的执行过程冯.诺依曼结构的计算机即存储程序的计算机，设置内存，存放程序和数据，在程序运行之前存入。执行程序：正确从程序首地址开始；正确分步执行每一条指令，并形成下条待执行指令的地址；正确并自动地连续执行指令，直到程序的最后一条指令。每条指令的执行步骤—读取指令指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大,—检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址R_R类型指令读写内存类型指令

4、输入输出类型指令其他类型指令可能执行一次或多次是一次读内存操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作（1）指令执行步骤与信息流动图示部分典型指令的执行过程举例：2000:0001ADDr0,r1;加法指令2001:0790MVRRr9,r0;传送指令2002:8280IN80;读串行口数据到R0低8位2003:E709STRA[2007],r9;写内存指令,是一条双字指令2007;第二个字中的2007是直接地址2005:44FAJRC2000;若C为1转到2000,否则顺序执行2006:8F00RET;子程序返回指令其他一些指令与这里的几条指令有相

5、当多的共同特性，属于同一组的指令的执行步骤非常类似。读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③ALUR0ALUR1执行+R0ALU，记忆结果特征结束，判中断指令执行步骤简单的文字描述加法指令ADDR0，R1形成下条指令的地址寄存器内容传送指令MVRRR9，R0读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③ALU0ALUR0执行+R9ALU结束，判中断形成下条指令的地址输入指令IN80读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③ARI/OPort④读外设,AL

6、U读出数据ALU0执行+R0ALU结束，判中断形成下条指令的地址写寄存器内容到主存STRA[2007]，R9读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③ARPC，PCPC+1④读主存，AR读出内容⑤ALU0,ALUR9,+写主存,总线ALU，结束，判中断（地址2007存在指令的第二个字中）形成下条指令的地址相对转移指令JRC2000读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③若c=1则：ALUPCALUoffset（IR低字节）二者相加，结果送PC否则，PC不接收二者之和结束

7、，判中断形成下条指令的地址子程序返回指令RET读取指令①ARPC,PCPC+1②读主存，IR读出内容执行指令③ARSPSPSP+1④读主存,PC读出内容结束，判中断形成下条指令的地址PC0ARPCPCPC+1IR(AR)寄存器之间运算与传送读、写内存AR地址AR地址读、写内存或I/O接口读、写内存PC地址教学计算机的基本指令、扩展指令执行流程图A组B组C组D组/ResetB、C、D组C组指令也是2次读写内存，第1次的读操作和第2次的送地址操作同时完成，只用3步执行了两次内存读写过程。仅在教学机加电启动时执行1次三、微程序控

8、制器的运行原理每条指令一个执行步骤用到的全体控制信号组成一微指令，每条微指令可以包括一到多个微操作。用多条微指令(一个微程