计算机组成原理实验 控制器课件.ppt

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1、控制器是用来控制、指挥程序和数据的输入、运行以及处理运算结果的部件，控制器的设计可分为组合逻辑设计和微程序设计。本实验将通过微程序的编制、装入和调试，来完成机器指令的执行。实验四微程序控制器实验实验目的掌握微程序控制器的组成原理。掌握机器指令与微指令的关系。学习微程序的编制、装入、调试基本方法。实验内容根据数据通路框图(图2-5-1)、微控制器原理图(图1-2-12（a）)、微程序流程图(图2-5-2)、机器指令程序(表2-5-1)、微指令格式(表2-5-2)，用微指令序列来实现给定的六条机器指令IN、ADD、MOV、OUT、JMP。实验原理机器指令与微程序的关系一条机器指令对应

2、一段微程序。微程序是由若干条微指令组成的，用来完成机器指令所规定的功能。微指令是由可以在同一节拍完成的某些功能的微操作组成的。指令译码要做什么找到微程序的入口地址指令输入格式机器指令地址及代码输入格式：PXXXX程序地址机器代码微程序地址及微码输入格式：MXXXXXXXXXX微程序地址32位微指令代码单字节指令机器指令格式76543210OP-CODERSRDRS或RD选定的寄存器00011011R0R1R2SP寄存器：输入用LDR0输出用CBACBA总线数据来源000RAM或SW→B001PC→B010ALU→B011299→B100RS→B101RD→B110RI→B111S

3、P→B例:ADDR0，R101100100ADDR1，R201101001A字段操作码源寄存器目的寄存器操作码参与译码指出源寄存器指出目的寄存器机器指令格式双字节指令，其中一个地址在第二字节，不用的寄存器编码任意（一般写为零）。双字节指令（格式一）76543210第一字节OP－CODERSRD第二字节D双字节指令（格式二）DREGOP0M010324657直接寻址间接寻址变址寻址立即寻址E=DE=（D）E=（R2）+DD为立即数00011011说明有效地址E寻址模式M机器指令格式一个地址在第二字节，另一个地址为寄存器,选择总线数据应选择Rd,即CBA=101R2为变址寄存器机器指

4、令格式001101XX011000010001XX000100XX010101XXXX1000XXXX00000000addrIMMaddr第一字节第二字节地址操作码源目的INR0，SWMOVR1,#XXHADDR1，R0MOVaddr，R1OUTLED，addrJMP00开关数据→R0立即数IMM→R1R0+R1→R1R1→addr（addr）→LED00→PC000103040608不能与程序地址重叠微指令格式M25M24M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9CBAAR保留字PX3A9A8CELOADCNMS0S1S2S3PX

5、2M8M7M6M5M4M3M2876543M1M0LDARLDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WEUA0UA1UA2UA3UA4UA5PX1SW-BLDR0：将总线数据写入目的寄存器；LDIR：将总线数据写入指令寄存器；LOAD，LDPC：LOAD=1、LDPC=1，将总线数据写入PC；LOAD=0、LDPC=1、CBA=001，PC+1→PC；UA5、UA4、UA3、UA2、UA1、UA0：微指令后续地址。B字段PX3PX2PX1选择测试字000关闭测试001P(1)测指令的高4位010P(2)测指令的3、2位011P(3)测试Z和CY微指令格式UA0-UA5为6位后续

6、微地址(注意：其微地址的排列顺序为前低后高)。C、B、A为A字段,决定总线上的信息来源。PX3、PX2、PX1为B字段，其功能是：1.根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口；2.根据Z和CY标识产生相应的后续微地址。本实验采用复杂模型机方式（控存06单元的最高字节不能为40H）。微指令格式P(X)：识别什么操作及如何确定下地址基地址：UA5-UA0P(1)：测试第一字节的高4位。实际有效地址为E=基地址∨第一字节的高4位（基地址的低4位必须为“0”）。例:UA5～UA0为20,第一字节8410000100E=20∨8=28微指令格式P(2)：测试第一字节的

7、3、2位。实际有效地址为E=基地址∨第一字节的3、2位（基地址的低2位为0）。例:UA5～UA0为1C，第一字节8410000100E=1C∨01=1D微指令格式P(3)：测试进位(CY)和结果为零(Z)标志。两标志皆为'0'时,微指令的下地址为UA5～UA0,两标志之一为'1'时,下地址为将UA4置"1"后的下地址.也就是说测试(P3)微指令的下地址的UA4必须是0。例:UA5～UA0为0A满足条件：E=1A不满足条件：E=0A★基地址处如果不用，须写一条“空操作”。例：M1