第十章控制单元的设计..ppt

第10章 控制单元的设计 10.1 组合逻辑设计 例 10.1 设 CPU中各部件及其相互连接关系如图 10.1 所示。图中 W 是写控制标志，R是读控制标志，R1 和R2 是暂存器。 （1）假设要求在取指周期由ALU 完成(PC)+ 1→PC 的操作（即ALU 可以对它的一个 源操作数完成加 1 的运算）。要求以最少的节拍写出取指周期全部微操作命令及节拍安排。 （2 ）写出指令“ADD # α”（#为立即寻址特征，隐含的操作数在ACC 中）在执行阶 段所需的微操作命令及节拍安排。 解: （1）由于(PC) + 1→PC 需由ALU 完成，因此PC 的值可作为ALU 的一个源操作数，靠控制ALU 做＋1 运算得到(PC)+ 1，结果送至与ALU 输出端相连的R2 ，然后再送至PC。 此题的关键是要考虑总线冲突的问题，故取指周期的微操作命令及节拍安排如下： T0 PC→Bus→MAR，1→R ；PC 通过总线送MAR T1 M(MAR)→MDR， (PC)→Bus→ALU+1→R2 ；PC 通过总线送ALU 完成 (PC)+1→R2 T2 MDR→Bus→IR， ；MDR 通过总线送IR OP(IR)→微操作命令形成部件 T3 R2→Bus→PC ；R2 通过总线送PC （2 ）立即寻址的加法指令执行周期的微操作命令及节拍安排如下： T0 Ad(IR) →Bus→R1 ；立即数→R1 T1 (ACC) +(R1)→ALU→R2 ；ACC 通过总线送ALU T2 R2 →Bus→ACC ；结果通过总线送ACC 例 10.2 设CPU 内部结构如图10.1 所示，且PC 有自动加 1 功能。此外还有B、C、D、E、H、L 六个寄存器（图中未画），它们各自的输入端和输出端都与内部总线Bus 相连，并分别受控制信号控制。要求写出完成下列指令组合逻辑控制单元所发出的微操作命令及节拍安排。 （1）ADD B，C ；(B)＋(C)→B （2）SUB E，@H ；(E)－((H))→E 寄存器间接寻址 （3）STA @mem ；ACC→((mem)) 存储器间接寻址 （1）完成“ADD B，C”指令所需的微操作命令及节拍安排 取指周期 T0 PC→Bus→MAR，1→R T1 M(MAR)→MDR，(PC)+1→PC T2 MDR→Bus→IR，OP(IR)→微操作命令形成部件 执行周期 T0 C→Bus→R1 T1 (B)+(R1)→ALU→R2 ；B 通过总线送ALU T2 R2→Bus→B （2 ）完成“SUB E，@H”指令所需的微操作命令及节拍安排 取指周期 T0 PC→Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR，(PC) + 1→PC T2 MDR→Bus→IR，OP(IR)→微操作命令形成部件 间址周期 T0 H→Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR 执行周期 T0 MDR→Bus→R1 T1 (E) －(R1 ) →ALU→R2 ；E 通过总线送ALU T2 R2 →Bus→E （3）完成“STA @mem”指令所需的微操作命令及节拍安排 取指周期 T0 PC→Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR，(PC) + 1→PC T2 MDR→Bus→IR，OP(IR)→微操作命令形成部件 间址周期 T0 Ad(IR) →Bus→MAR，1→R T1 M(MAR) →MDR 执行周期 T0 MDR→Bus→MAR，1→W T1 ACC→Bus→MDR T2 MDR→M(MAR) 例 10.3 设寄存器均为 16 位，实现补码Booth 算法的运算器框图图 10.2 所示。其中寄存 器 A、X