6计算机组成原理(第七章控制器).ppt

第七章 控制器 7.1 控制器的组成及指令的执行 7.2 控制方式和时序的产生 7.3 微程序控制器 7.4 微程序控制器及其微程序设计举例 7.5 硬布线控制器 7.6 流水线的基本原理 7.7 Pentium Ⅱ CPU 本章小结 作业 7.4 微程序控制器及其微程序设计举例 一、模型机系统组成 二、模型机微程序控制器组成 三、模型机微程序设计 一、模型机系统组成 一、模型机系统组成 运算器 ALU：两片74LS181串连构成，16种算术运算和16种逻辑运算。 暂存器DA1和DA2：各由一片74LS273构成，暂存送到ALU运算的数据。 ALU输出缓冲器：一片74LS245构成，控制ALU运算结果是否送总线。 状态寄存器：指示ALU运算结果的状态FC和FZ。 移位器：一片74299构成，有四种移位功能和置数功能。 寄存器：4个8位寄存器，由74LS273构成。 一、模型机系统组成 存储器 一片6116芯片构成，容量256×8位。 输入设备 8位逻辑开关：用于输入二进制程序和数据。 输出设备 8位LED显示灯：用于显示数据。 控制器 采用微程序控制器。 微指令24位，采用下址字段法，下址7位。 控存容量：128×24位。 二、模型机微程序控制器组成 (一)时序电路单元（CLOCK UNIT） (二)计数器与地址寄存器单元(ADDRESS UNIT) (三)指令寄存器单元（INS UNIT） (四)微控器单元（MAIN CONTROL UNIT） (一)时序电路单元（CLOCK UNIT） 功能：根据主频Φ经过消抖电路产生四个等间隔的节拍信号TS1、TS2、TS3、TS4 ，构成一个CPU周期。 微动开关START和连续/单步开关RUN#/STEP的控制： RUN#/STEP开关=0（RUN）时，按动START开关，则产生连续的节拍信号TS1~TS4； 当RUN#/STEP开关=1（STEP）时，每按动 START开关一次，则产生一组时序信号TS1~TS4。 单脉冲产生及消抖电路 每按动一下微动开关KK2，就产生一个稳定的单脉冲（包括一正一负），并通过排针形式引出。 时序电路原理图 时序信号波形图 (二)计数器与地址寄存器单元 1.地址寄存器AR 由一片74LS273构成，其输入端将总线单元（BUS UNIT）的D7-D0输入到AR，输出端接至存储器地址A7-A0，并用地址灯显示A7-A0。 控制信号： B-AR，联机时T3时刻上升沿有效，将总线数据打入AR。 地址寄存器AR电路原理图 2.程序计数器PC 由两片计数器74LS161（4位）构成，输入端接自总线单元（BUS UNIT）的D7-D0，输出端则通过一片三态缓冲器74LS245输出至总线。 PC的操作与控制： PC清零：CLR开关的负脉冲将使PC清零； PC置数：则需要控制信号PC+1=上升沿且B-PC#=0； PC加1计数：则需要PC+1=上升沿。 PC送数至总线：则需要PC-B＃=0。 程序计数器PC的电路原理图 (三)指令寄存器单元（INS UNIT） 1、指令寄存器IR 2、指令译码电路（后继微地址转移控制逻辑） 3、寄存器译码电路 1.指令寄存器IR 由一片74LS273构成： 其输入端接自总线单元（BUS UNIT）的D7-D0。 输出端为I7～I0即指令码，操作码供INS UNIT单元的指令译码电路使用，寄存器地址字段SR、DR供寄存器译码电路使用。 控制信号：B-IR，在T3节拍有效，将数据总线上的数据（指令码）打入IR。 电路原理图： 3.寄存器译码电路 对于控制器来说，指令MOV R0,R1和MOV R2,R0是同一条指令，执行的是同一段微程序，微指令发送的是一样的控制信号。但如何区分不同的寄存器号？ 方法是通过寄存器译码电路，依据指令的DR和SR字段，将微控器发出的统一的寄存器控制信号，翻译为具体的不同的寄存器控制信号。 输入信号有： B-DR、DR-B#、SR-B#、SI-B#：来自微控器单元MAIN CONTROL UNIT。 指令码I3-I0：来自指令寄存器(即SR、DR字段) 输出信号为：(送至寄存器单元REG UNIT) 寄存器打入脉冲：B-R0、B-R1、B-R2、B-SP。 寄存器输出控制：R0-B#、R1-B#、R2-B#、SP-B#。 寄存器译码电路原理图 寄存器控制信号的定义 寄存器控制信号的产生逻辑 (四)微控器单元（Main control unit） 构成框图 1、控制存储器CM 2、控存地址寄存器CMAR 3、微指令寄存器μIR 4、微指令译码器 5、其他相关实验设备 构成框图 1.控制存储器CM 构成：CM由3片2816（2K×8位）组成，存放24位的微指令。3片2816的高位地址A