第6章 中央处理部件CPU(2).ppt

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1、微程序控制技术微程序概念控制存储器及其组织微程序控制基本原理微程序的设计微指令的编码技术微指令的后继地址产生微指令格式动态微程序设计、毫微程序设计概念1微指令与微程序微指令：由同时发出的控制信号所执行的一组微操作。例如：加法指令的执行可分为：取指、计算地址、取操作数和加法运算四步，每一步都由一组微操作实现。这一组能同时执行的微操作就构成一条微指令。微程序：一组微指令的集合。这样：程序由一组指令组成指令由一个微程序实现微程序由一组微指令实现微指令由一组微操作实现2Wilkes模型微程序设计思想，最初是由英国剑桥大学的M.V.Wilkes于1951年提出。核心

2、部分是连接有二极管的一个阵列。3控制器存储器控制存储器（ControlMemory）：简称控存，用于存放微程序的存储器。控制存储器与主存储器都是存储器，但由于其所处的位置和存放的内容不一致，故用不同的名称表示。前者存放微程序，后者存放系统程序和用户程序。进一步讲，前者存放的是机器的指令集中每一条指令所对应的一个微程序的集合；而后者则存放的是机器指令和数据。执行一条指令就是执行一段存放在控制存储器中的微程序。4控制存储器的组织公共子程序中断处理子程序ADD微程序SUB微程序…...JMP微程序转移至取指或中断入口微指令1微指令2………...5微程序控制器的结

3、构框图控制地址寄存器：存放控存地址；控制缓冲寄存器：存放读出的微指令，因此也称微指令寄存器（IR）。顺序逻辑控制地址寄存器控制存储器（CM/CS）控制缓冲寄存器读6微程序控制器的功能结构图指令寄存器IR指令译码器控制地址寄存器控制存储器（CM/CS）控制缓冲寄存器微指令译码器顺序逻辑读下一地址控制信号至CPU内部或系统总线ALU标志时钟信号7微程序控制的基本原理微操作（控制信号）的编码以加法指令为例：(rs)+((rs1)+disp)=>rd从M中取指=〉IR：(PC)->AB;(PC)+1=>PC;ADS#、W/R#、M/IO#；(Ready#；)DB

4、->IR。计算操作数地址，将得到的有效地址=〉AR:(rs1)->GR,(rs1)->ALU；disp->ALU；“+”；ALU->AR。取操作数：AR->AB；ADS#、W/R#、M/IO#；(Ready#；)DB->DR。做加法：(rs)->GR,(rs)->ALU；DR->ALU;“+”；rd->GR,ALU->rd。(并置运算结果N，Z，V，C。)8控制器中各信号的位置图9控制器所要控制的基本控制信号23个10微指令的组织将每个控制信号用1bit表示，当该位为1时，表示有控制信号；为0时，表示无控制信号。对M/IO#、W/R#，则当该位为1时，分别

5、表示访问存储器和写；当该位为0时，分别表示IO访问和读。每条微指令执行完后，需要给出下条微指令执行的地址。微指令格式：微操作序列（码）后继地址11加法指令的微指令编码12微程序流程图13微程序控制器的基本结构操作码地址码来自Cache/主存IR指令译码控制存储器控制字段下址微指令寄存器IR形成微程序入口地址op14微指令编码----直接编码直接编码（directencoding)直接控制法（水平型微指令）字段直接编译法译码器1译码器2译码器3译码器4……..……..微操作微操作微操作微操作IR后继地址15微指令编码----间接编码间接编码（indir

6、ectencoding)字段间接编码译码器1译码器2译码器3译码器4……..……..微操作微操作微操作IR后继地址译码12微操作常数源字段E编码16互斥互斥：如果有若干个（一组）微命令，在每次使用它们的微周期内，只有一个微命令起作用，则这若干个微命令为互斥。微周期：一条微指令执行所需要的时间。在字段直接编码的微指令中，每一组译码器输出的微操作必须为互斥。因此，若字段域为3位，则最多能表示7个互斥的位操作控制信号（通常000表示不发微命令）。17后继地址的产生方式（1）以增量方式产生后继地址顺序执行微程序操作码地址码译码器控制地址寄存器(µPC)控制存储器

7、控制字段转移条件后继地址+1µPC+1微程序入口18续前以增量方式产生后继地址转移的控制操作码地址码译码器控制地址寄存器(µPC)控制存储器控制字段转移条件后继地址微程序入口逻辑控制转移地址19后继地址的产生方式（2）增量与下址结合产生后继地址BCF：转移控制字段；BAF：转移地址字段后继地址的形成就由转移控制字段BCF控制，并由BCF的具体长度决定转移地址形成的方式。若BCF为3位，则最多有8种后继地址的形成方式BCF定义的8条微操作命令。后继地址BCFBAF202122后继地址的产生方式（3）多路转移从操作码---->控存地址。不同的操作码产生不同的微

8、地址。用MapROM实现。多个测试位，形成不同的后继地址。例如，有