cpu功能介绍分析及设计分析ppt课件.ppt

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1、第十章控制单元的设计控制单元（CU）的设计方法主要有三种，区别在于如何产生微操作控制信号。第一种，组合逻辑设计方法；第二种，微程序设计方法（或称存储逻辑设计方法）；第三种，门阵列设计方法（实际上是前面两种方法相结合的技术）。022n-1组合逻辑设计组合逻辑控制单元框图IR时序产生器指令译码器CU…………n位操作码…状态标志及请求M1MiT1TiCP1CPkCLK…C1C2Cm时序产生器时序产生器产生全机运行所需要的全部时序信号。它主要由机器周期标志触发器和节拍发生器组成。节拍发生器可以由循环移位寄存器或节拍计数器和节拍译码器组成

2、。主振源主时钟发生器CPU周期标志触发器节拍发生器启动停止1→FE1→IND1→EX1→INTT1T2T3CP1CP2CLK组合逻辑控制单元动画演示.swf微操作的节拍安排在第九章我们以四类典型的指令为例，分析了每类指令在不同机器周期所要完成的微操作序列。若机器采用同步控制方式，每个机器周期包含三个节拍，我们必须对每个节拍中的微操作进行安排，使各个微操作有序执行。安排微操作节拍的原则如下：1.若有些微操作的次序是必须保证的，应根据先后次序安排在连续的节拍中；2.不同执行部件的微操作，若能在一个节拍内执行，应尽可能安排在同一个节拍

3、内，以节省时间；3.若有些微操作所占时间不长，应将他们安排在一个节拍完成，并且允许有先后次序。根据第九章分析的结果，对微操作所在节拍进行安排。假定MAR和MDR分别直接和地址总线及数据总线相连。取指令周期微操作的节拍安排T0:PC→MAR,1→R（原则2）T1:M(MAR)→MDR,(PC)+1→PC（2）T2:MDR→IR,OP(IR)→ID（3）2.间址周期微操作的节拍安排T0:Ad(IR)→MAR,1→RT1:M(MAR)→MDRT2:MDR→Ad(IR)3.执行周期微操作的节拍安排(1)非访存指令①CLA指令T0:T1:

4、T2:0→AC(通常是借助于ALU实现的)②COM指令T0:T1:T2:AC→AC(实际上该操作包括AC→ALU,ALU→AC)③SHR指令T0:T1:T2:L(AC)→R(AC)，AC0→AC0④CSL指令T0:T1:T2:R(AC)→L(AC)，AC0→ACn⑤STP指令T0:T1:T2:0→G(2)访存指令⑥ADD指令T0:Ad(IR)→MAR,1→RT1:M(MAR)→MDRT2:(AC)+(MDR)→AC(实际上该操作包括AC→ALU,MDR→(Y→)ALU,ALU→AC)⑦STAX指令T0:Ad(IR)→MAR,1→

5、WT1:AC→MDRT2:MDR→M(MAR)⑧LDAX指令T0:Ad(IR)→MAR,1→RT1:M(MAR)→MDRT2:MDR→AC(3)转移类指令⑨JMPX指令T0:T1:T2:Ad(IR)→PC⑩BANX指令T0:T1:T2:AC0•Ad(IR)+AC0•(PC)→PC4.中断周期微操作的节拍安排T0:SP→MAR,1→WT1:PC→MDR,0→EINTT2:MDR→M(MAR),向量地址→PC(原则2)组合逻辑设计步骤1.列出微操作命令的操作时间表2.写出微操作命令的最简逻辑表达式即Ci=f(Im,Bj,Mi,Tk)

6、3.画出微操作命令的逻辑图微操作命令产生过程演示.swf组合逻辑控制单元的特点1.设计方法简单，早期计算机中普遍使用；2.设计过程繁琐，且修改困难，后来逐步被微程序控制单元所替代；3.控制信号形成速度快，提高了整机处理速度。随着VLSI技术的发展，其技术又重新受到重视，在RISC技术中普遍采用。微程序设计微程序设计思想将微命令二进制代码化，即用一位二进制信息1、0来表示一个微命令的有、无。将一段时间内所有微命令位组织在一起，形成一个控制字，称为“微指令”。将一条机器指令完成的功能，用若干条微指令编程实现，称为“微程序”。将全部微

7、程序存在一个特定的存储器中，称为“控制存储器CM”，通过执行微程序实现全部控制功能。微程序控制单元框图及工作原理微程序控制单元框图OP微地址形成部件Addr顺序逻辑CMAR微地址译码控制存储器CMCMDRµOPµAddr微指令译码标志CLK至CPU内部和系统总线的控制信号IR微指令的基本格式操作控制字段顺序控制字段操作控制字段：指出该条微指令的操作性质，即由该字段能产生全部相应微操作控制信号。顺序控制字段：指出下一条微指令在控存的地址，即对微程序级的执行顺序进行控制。微程序控制单元工作原理以由四条指令构成的小程序为例，假定它存于

8、以2000H为首址的主存空间内。LDAXADDYSTAZSTPM+1M+2MM+1M+2…转执行周期微程序取指周期微程序间址周期微程序…转取指周期微程序中断周期微程序P+1P+2PP+1P+2LAD对应的指令微程序MQ+1Q+2QQ+1Q+2ADD指令对应的微程