计算机系统组成与结构PPT第7章ppt课件.ppt

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1、第七章微序列控制单元设计7.1微序列控制器设计基础7.2非常简单微序列控制器的设计和实现7.3相对简单微序列控制器的设计和实现7.4减少微指令数7.5微程序控制和硬布线控制的比较7.6实例：一个（大部分是）微代码的CPU奔腾微处理器微序列控制器：把控制信号存储在一个查找ROM，即微代码存储器中。按照正确的次序访问ROM中的内容，查找ROM就可以以适当的顺序发出控制信号，从而实现处理器指令集中的指令。微程序控制的概念和原理是由英国剑桥大学M.V.Willkes教授于1951年提出的，1964年IBM

2、公司成功地应用于IBM360系列机。7.1.1微序列控制器的操作1．典型微序列控制器的组成典型微序列控制器的组成如图。7.1微序列控制器设计基础2．微指令的组成微指令由几个域组成，其bit位可分为两组。◆微操作（微序列控制器的微序列部分）这些信号从微序列控制器输出到CPU的其他部分，它们或者输入到组合逻辑以生成CPU的控制信号，或者直接产生控制信号。◆下一个地址（微序列控制器的序列控制部分）用来产生存储到寄存器中的下一个地址，这些位连同指令的操作码和标志值一起输入到组合逻辑以产生下一条微指令的地址

3、。3．下址的产生四种常用方法：◆当前地址加1：微代码存储器中的下一地址，即当前地址加1。◆绝对地址：由微代码存储器提供。◆映射逻辑：每个微序列控制器必须能够访问正确的执行周期，这一功能可用映射逻辑来实现。在取指令周期的末端使用一次。◆微子程序返回地址子程序入口地址：由微代码存储器给出绝对地址。返回地址：存储在微子程序寄存器或硬件堆栈中此地址用于从微子程序中返回。7.1.2微指令的格式1．典型的微指令格式选择域：指明下一条微指令地址的来源。地址域：指明一个绝对地址。微操作域：一个或多个。2．微操作域

4、的三种主要编码方法◆水平微代码优点：控制简单、直观，并行性强，微程序短。缺点：微指令字太长，大部分微操作位不是有效的。列出CPU所要执行的每一个微操作将微指令微操作域中的一位分配给每个微操作例如：一个CPU需要执行64个微操作，它的每一条微指令的微操作域将占用64位。例如：64个微操作——六位二进制来编码（一个域）（000000～111111）优点：微指令字短缺点：并行性可能降低、微程序可能增长；需要译码器、执行速度慢些。最优方案是做到既缩短微指令字长，又不降低CPU性能。◆垂直微代码所有微操作组

5、合成一个域或若干个域，域中的每个微操作被分配一个唯一的编码值。◆控制信号的直接生成微代码将微操作组合在一起，不同的是，它把控制信号值直接存储在微指令中。优点：无需设计控制信号逻辑电路、执行速度加快。缺点：代码的可读性差，调试困难。7.2.1基本布局1.非常简单微序列控制器的基本结构7.2非常简单微序列控制器的设计和实现４４４2.只用到两种可能的下址方式为什么可以这样做？考虑第六章所示的该CPU的状态图。◆取指令周期的最后一个状态FETCH3可以转到四个执行周期中的一个，这必须通过映射输入来实现。◆

6、剩余的每一状态都必须转到一个具体的次态，可以通过绝对跳转来实现。操作码映射绝对跳转必须确定的几件事情：1.微指令的ADDR域宽度有几位？4位2.微指令的SEL域宽度有几位？1位3.微指令的μops域宽度有几位？待定3．微指令格式SELμOPSADDR7.2.2生成正确序列并设计映射逻辑设计控制有限状态机状态转换的微代码。一、给有限状态机的每种状态分配一个微代码地址着重考虑：每一执行周期的第一个状态的地址分配（它决定了实现映射功能的逻辑）1．映射函数与映射逻辑◆映射函数：1IR[1..0]0状态AD

7、D1、AND1、JMP1和INC1→1000、1010、1100和1110（即8，10，12和14）◆映射逻辑2．非常简单微序列控制器的状态地址表二、生成正确的微代码序列为了无条件转移到一种具体的状态，微序列控制器通过地址域和选择域来提供状态的地址。例如：FETCH1→FETCH20号单元：SEL=0ADDR=0001除了FETCH3，状态图中的每一种状态都可以这么设置。0号单元对应于状态FETCH1SEL=0使微序列控制器从地址域得到它的下一地址把地址域置为0001，使它转到状态FETCH2所对

8、应的单元。FETCH3必须映射到正确的执行周期，所以要求SEL=1，表示采用映射地址。7.2.3用水平微代码生成微操作1．非常简单CPU的微操作及它们的助记符九个微操作——9位来表示（每个微操作1位）1——微操作发生0——不发生2．非常简单微序列控制器初步的水平微代码3．非常简单微序列控制器优化后的水平微代码4．产生所需的控制信号7.2.4用垂直微代码生成微操作一、从垂直微代码中生成微操作的一般情况在垂直微代码中，所有的微操作被分组到不同的域中，使得任何状态一个域中最多只有一种微操