计算机组成原理实验28微程序控制器赖晓铮.ppt

计算机组成原理 实验系列 一、总线与寄存器 二、进位加法器 三、比较器（仲裁器） 四、计数器 五、运算器 六、存储器 七、时序发生器 八、微程序控制器 九、硬布线控制器 赖晓铮 博士 华南理工大学 laixz@scut.edu.cn QQ: （八）微程序控制器 实验 实验内容： ● 设计一个“最简版本”的CPU模型机：利用时序发生器来产生CPU的预定时序，通过微程序控制器的自动控制，在数据通路中完成唯一的CPU功能——程序跳转。 实验目的： ● 理解“微程序”思想和“指令-微指令-微命令”微程序结构。 ● 掌握微程序控制器的结构和设计方法。 微程序控制器版本的CPU CPU指令格式 NOP 0000 XX XX 空指令：不执行任何操作 HLT 1110 XX XX “断点”：硬件停机 JMP1 0010 XX XX 间接寻址： [addr1] =addr2，addr2 ?PC JMP2 addr1 直接寻址：addr1? PC 0100 XX XX addr1 汇编助记符 注释 (M地址：机器指令) JMP1, 06H 程序跳转到地址06H执行 06H?PC 00H01HHLT 停机 02HNOP/Addr 空/【地址】 03HNOP 空 04HNOP 空 05HNOP/Addr 空/【地址】 06HHLT 停机 07HJMP2, [06H] 程序跳转到地址[06H]执行 [06H]=02H, 02H?PC 08H09H未定义 0AH0BH 程序存储器PROGRAM 数据通路电路图 有效的微操作信号 功能 指令流 ROM?IR T1 #OE, AR_CLK（LDAR） PC?AR, ROM?BUS T2 #OE, IR_CLK (LDIR), PC_CLK (PC_INC) BUS?IR, PC+1 数据流 ROM?PC T1 #OE, #LDPC, AR_CLK (LDAR) PC?AR, ROM?BUS T2 #OE, #LDPC, PC_CLK (PC_INC) BUS?PC ROM?IR ROM?PC ROM?IR ROM?IR ROM?IR ROM?PC ROM?PC 停机 JMP2 NOP HLT JMP1 指令 执行周期 取指周期 NOP/HLT指令(I7I6I5 =000/111)　 JMP1指令(I7I6I5 =001) 　 JMP2指令(I7I6I5 =010) 　 P1( 0 0 I7 I6 I5 ) 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?IR, PC+1 硬件停机 00000 00000 00111 微程序流程图 P1 ( 0 0 I7 I6 I5 ) 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?IR, PC+1 00000 00000 00001 00010 00001 00000 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?PC 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?PC P1 ( 0 0 I7 I6 I5 ) 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?IR, PC+1 【T1】PC?AR,ROM?BUS 【T2】BUS?PC 00000 00000 00000 00001 微命令字段中每一位表示一个微命令： 第N位= 1 — 有微操作 0 — 无微操作 微指令结构图 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 LDAR PC_INC OE LDIR P1 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 微命令字段 下址字段 1 LDPC P字段 Addr 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 00000 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 00001 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00010 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0