计算机组成与体系结构第6章计算机的控制器部件ppt课件.ppt

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1、第6章计算机的控制器部件7/29/20211安阳工学院本章主要内容控制器的功能组成与指令执行步骤微程序控制器部件组合逻辑控制器部件2控制器的功能与组成1.控制器的功能:控制执行指令控制各部件协调运行，即为各部件提供控制信号。2.控制器的组成：程序计数器指令寄存器指令步骤标记线路提供控制信号的部件分类：微程序的控制器硬布线的控制器3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。4控制器的组成①程序计数器PC：存放指令地址，

2、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。主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号。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设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制5控制器的组成6控制信号提供方法生成法将操作码和微操作序号作为输入，写出控制信号和下一微操作序号的逻辑表达式，然后，用相应的逻辑器件实现。组合逻辑控制器，也称硬布线控制器查表法将每一操作码的每个微操作对应的全部控制信号和下

3、一操作步骤事先存储在控制存储器中，需要的时候从控存中读出。微程序控制器7时序控制信号形成部件译码IRPC输出设备输入设备主存运算器部件时序启停地址寄存器械数据总线地址总线控制总线….控制条件控制器信号主振组合逻辑方案的控制器8控制存储器映射IRPC输出设备输入设备主存运算器部件下地址启停地址寄存器械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9微程序控制器基本原理10微程序控制器指令执行流程读当前指令到IR，且PC=PC+1；根据指令的操作码，得到该指令的微程序入口地址；读取该指令的微指令，并送到相应的计算机部件，完成微操作，同时，得到下一微指令的地址；重复上一步

4、，直到本条指令执行完毕；判中断标志，如有，则进行中断处理；转取指令，执行下一条指令11微程序控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指令可以包括一到多个微操作用多条微指令解释每条指令的整个执行过程全部微指令的集合叫做微程序执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期。微指令的格式和内容：下地址字段控制命令字段12微程序控制器组成clock13微程序控制器设计定序器根据指令操作码、指令当前步骤以及条件码，确定下一步骤的微程序地址微指令给出当前指令的当前步骤要完成指令规定的功能，各功能部件所需要的控制信号。对控制器本身而言，则是要给出下一步骤的微程序地址。水平垂直14

5、下地址顺序执行下一条微指令无条件转移到某条微指令根据微指令的某一状态结果，选择顺序执行或转向某一地址微子程序调用，要使用到微堆栈多路转移根据指令操作码，转移到指令的入口地址15定序器组成16微指令设计微指令字长缩短控制存储器的字长微程序的长度控制存储器的容量提高性能提高整个计算机指令执行性能17微指令设计直接控制法直接给出各部件需要的控制信号（0或1）字段直接编译法将某些互斥信号进行编码，由译码器给出这些信号，可缩短微指令字长垂直型微指令采用对微操作码译码的方式给出控制信号，可进一步缩短微指令字长18微程序控制器特点采用ROM存储控制信号的方式，可扩展性好兼容性实现比较容易容易实现复杂的指

6、令系统性能比较低并行性不好主要用在CISC中19组合逻辑控制器采用逻辑电路直接提供全部控制信号输入操作码指令状态字指令步骤编码（节拍）外部信号（Reset等）输出全部控制信号主要解决的问题节拍转换控制信号生成20节拍发生器控制每条指令的执行步骤用触发器实现有限状态自动机用触发器状态表示当前执行步骤状态自动机自动转入下一状态21节拍发生器设计举例我们假定某机器的指令系统有两条指令A和B，其中A指令需要4个步骤完成，而B指令只需要3个步骤。为此，节拍发生器需要有2个触发器，用它形成的4个状态来标记不同的步骤。如给A指令分配的节拍状态是00→01→10→11，B指令分配的节拍状态为00→10→1

7、1。T0T1ABT0’T1’001001000110011010101011100111111000110100T0’=/T0*/T1*/A*B+/T0*T1*A*/B+T0*/T1T1’=/T0*/T1*A*/B+T0*/T122控制信号生成直接利用逻辑电路生成控制信号大规模集成电路现场可编程器件输入节拍状态条件码指令操作码输出控制信号23组合逻辑控制器特点直接用逻辑电路实现，用节拍标记指令步骤，性能良好可扩展性差，兼