组成原理 DJ12 CPU模型ppt课件.ppt

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1、3.4CPU模型主要内容:设计CPU的步骤通过一台模型机的设计,深入了解和掌握CPU如何执行指令、如何产生微操作命令。3.4.1CPU设计的步骤1、拟定指令系统指令系统是CPU设计的基础。包括拟定:指令类型、指令功能、指令格式、寻址方式等2、确定总体结构主要包括:设置那些寄存器,设置多少寄存器;采用什么运算部件;以确定提供什么控制信号确定信息传送的数据通路或者采用什么样的数据通路3、安排CPU的工作时序规定所有的操作完成的时间和时机。比如:总线周期的长度、包含多少个节拍;每条指令需要多少个总线周期、每个总线周期每个节拍包含多少工作脉冲。规定CPU的哪一步骤的工作在

2、哪个工作周期完成等。4、规定指令流程和微命令序列第一步:将指令每一步的操作(信息在寄存器之间的传送,也称为寄存器传送级)以流程图的方式描述出来;第二步:结合时序,拟定每一步操作所需要的微操作命令,并以操作时间表的形式将微命令以及微命令产生的条件列出来。第4步是CPU设计过程的关键步骤。5、形成控制逻辑如果采用组合逻辑设计方法:根据第4步的工作,将微命令产生的条件进行综合、简化以后,形成逻辑表达式,用逻辑电路予以实现。如果采用微程序设计方法:根据第4步的工作,将对微命令进行编码,形成微指令,并存入到控制存储器ROM,作为控制的核心。上述步骤第1步(拟定指令系统)和第2步(

3、确定总体结构)与控制方法(组合逻辑设计或微程序设计)无关。3.4.2模型机指令系统1.指令格式指令字长16位,采用寄存器型寻址,指令中给出寄存器号。(主存容量为64K16位)双操作数指令格式:目的地址源地址操作码寄存器号寻址方式寄存器号寻址方式43333原教材:源地址目的地址单操作数指令格式:4633操作码(可扩展)寄存器号寻址方式目的地址转移指令格式:转移地址转移条件151211986543210操作码寄存器号寻址方式方式N′Z′V′C′转移方式:为“1”转移还是为“0”转移;当第0到5位均为“0”,表示无条件转移。CPU可编程访问的寄存器:寻址方式编码助记符定义

4、2.寻址方式寄存器寻址通用寄存器R、指令计数器PC、堆栈指针SP、程序状态字PSW000R(R)为操作数寄存器间址001(R)(R)为操作数地址自减型寄存器间址010–(R)–(SP)(R)–1为操作数地址(SP)–1为栈顶地址寻址方式编码助记符定义(PC)+(R)为操作数地址,立即/自增型寄存器间址011(R)+访问后(R)+1(SP)+(SP)为栈顶地址,出栈后(SP)+1(PC)为立即数地址,取数后(PC)+1100(R)为间接地址,直接/自增型双间址@(R)+PC指向有效地址,访问后(R)+1@(PC)+访问后(PC)+1如果指定寄存器为PC直接/自增型双间址寻址过

5、程示意:操作码X寄存器号i寻址字段RiAddr1RiAddr1Addr2Addr2Data操作数....且(Ri)+1Ri对字节操作或(Ri)+2Ri对字操作存储器101(R)+d为有效地址变址X(R)X(PC)(PC)+d为有效地址跳步110SKP跳过下条指令执行寻址方式编码助记符定义注:移位量d存放在现行指令单元的下一个单元,因此需要根据PC值来读取该移位量。现行指令码dPCPC+1变址寻址流程的依据操作码助记符含义3.指令类型数据传送类指令0000MOV传送0001ADD加法0101EOR异或双操作数指令0110COM求反1011SR右移单操作数指令1100JMP

6、转移1100RST返回1101JSR转子程序控制类指令完成数据传送、堆栈、I/O操作等说明:包括：RRRMMMRI/O采用统一编址方式,不需要专用I/O指令①数据传送类指令②转移指令指令指明转移条件和转移地址如下图所示:00000无条件转00001无进位转(C=0)00010无溢出转(V=0)00100数非零转(Z=0)01000数为正转(N=0)10001有进位转(C=1)10010有溢出转(V=1)10100数为零转(Z=1)11000数为负转(N=1)转移地址543210JMPR号寻方式NZVC寄存器号寻址方式转移指令的低4位中,某一位位1,表示对它所对应的标

7、志位进行判断。为1,表示对N标志进行判断条件满足,转转移地址;条件不满足,顺序执行。隐含约定:转子时返回地址压堆栈保存。1512118987650RSTSP(SP)+子程序入口③转子指令④返回指令采用自增型寄存器间接寻址—(SP)+指明间址寄存器指明自增型寄存器间址JSR寄存器号寻址方式方式NZVC5432103.4.3模型机的组成与数据通路ABR0～R3R0～R3CDCDSPPCPSWMDR选择器A移位器选择器BR3R0R1MI/OCB内总线CR3DMARMDRIRPCSPPSWDB控制逻辑ALUC0接口