第十二讲--控制器的设计实现ppt课件.ppt

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1、硬布线控制的计算机在CPU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。这个部件的组成有两种方式：微程序控制方式硬布线控制方式11．硬连线控制器硬连线（Hard-wired）控制器是早期设计计算机控制器的一种方法把控制部件看作为产生专门固定时序控制信号的逻辑电路此逻辑电路以使用最少门电路和取得最高操作速度为设计目标这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂逻辑网络一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新连线，否则要想增加新的控制功能是不可能的27七月20212硬连线

2、控制器组成组合逻辑网络、指令寄存器和指令译码器、时序发生器等组合逻辑网络产生计算机所需的全部操作命令，是控制器的核心27七月20213组合逻辑网络的输入信号有三个来源⑴来自指令译码器的输出I；⑵来自执行部件的反馈信息B；⑶来自时序发生器的时序信号T组合逻辑网络的输出信号就是微操作控制信号C用来对执行部件的操作进行控制因此，组合逻辑网络输出的微操作控制信号C，就是以上输入信号的逻辑函数27七月20214计算机组成原理打入脉冲的形成与逻辑DB->IRCPCP-IR指令寄存器打入脉冲与逻辑PC+1CPCP

3、-PC程序寄存器打入脉冲与逻辑ADS#T1ADS#’访问存储器T1周期打入脉冲6CLK2CLK2CLKT1T2CP打入脉冲T1节拍T2节拍机器主频7显然，硬布线控制器的基本原理，归纳起来可叙述为：某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出Im、时序信号(节拍电位Mi，节拍脉冲Tk)和状态条件信号Bj的逻辑函数，即C=f(Im,Mi,Tk,Bj)计算机组成原理硬连线控制器的设计步骤首先根据各条指令的功能要求，按照给出的数据通路，编写每条指令的操作流程；然后根据全部指令的操作流程，并与适当的时序信号相结

4、合，写出每个微操作控制信号的逻辑表达式，并进行化简；最后按此逻辑表达式，用与门、或门和非门等逻辑门电路及触发器来产生微操作控制信号27七月20219计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理这个控制信号是用门电路、触发器等许多器件采用布尔代数方法来设计实现的。当机器加电工作时，某一操作控制信号C在某条特定指令和状态条件下，在某一序号的特定节拍电位和节拍脉冲时间间隔中起作用，从而激活这条控制信号线，对执行部件实施控制。显然，从指令流程图出发，就可以一个不漏地确定在指令周期中各个时刻必须激活的所有操作控

5、制信号。例如，对引起一次主存读操作的控制信号C3来说，当节拍电位M1=1，取指令时被激活；而节拍电位M4=1，三条指令(LDA，ADD，AND)取操作数时也被激活，此时指令译码器的LDA，ADD，AND输出均为1，因此C3的逻辑表达式可由下式确定：计算机组成原理一般来说，还要考虑节拍脉冲和状态条件的约束，所以每一控制信号Cn可以由以下形式的布尔代数表达式来确定：C3=M1+M4(LDA+ADD+AND)在硬布线控制器中，某一微操作控制信号由布尔代数表达式描述的输出函数产生。设计微操作控制信号的方法和

6、过程是，根据所有机器指令流程图，寻找出产生同一个微操作信号的所有条件，并与适当的节拍电位和节拍脉冲组合，从而写出其布尔代数表达式并进行简化，然后用门电路或门阵列来实现。为了防止遗漏，设计时可按信号出现在指令流程图中的先后次序来书写，然后进行归纳和简化。要特别注意控制信号是电位有效还是脉冲有效，如果是脉冲有效，必须加入节拍脉冲信号进行相“与”。计算机组成原理在用硬布线实现的操作控制器中，通常，时序产生器除了产生节拍脉冲信号外，还应当产生节拍电位信号。这是因为，在一个指令周期中要顺序执行一系列微操作，需

7、要设置若干节拍电位来定时。与微程序控制相比，硬布线控制的速度较快。其原因是微程序控制中每条微指令都要从控存中读取一次，影响了速度，而硬布线控制主要取决于电路延迟。因此，近年来在某些超高速新型计算机结构中，又选用了硬布线控制器，或与微程序控制器混合使用。计算机组成原理计算机组成原理硬布线逻辑的实现途径两级门电路的实现（参考chapter2)PLA（可编程逻辑阵列）PAL(可编程阵列逻辑）GAL（通用阵列逻辑）VLSI直接实现17门阵列控制器由大量的与门、或门阵列等电路构成的器件，称为门阵列（GateA

8、rray）器件典型代表产品包括：可编程逻辑阵列（ProgrammableLogicArray，PLA）、可编程阵列逻辑（ProgrammableArrayLogic，PAL）、通用阵列逻辑（GenericArrayLogic，GAL）等用门阵列器件设计的操作控制器，称为门阵列控制器其工作原理与硬连线控制器基本相同但门阵列控制器用门阵列器件代替硬连线控制器中的组合逻辑网络27七月202118用门阵列实现微操作信号发生器时，把操作码、时序信号和状态条件作为门阵列的输入按一