组成原理课程第六章[精选].ppt

2)微操作的分类 微操作是计算机中最基本的操作，由于数据通路、逻辑功 能的关系，微操作可以分为相容性的和相斥性的微操作： ?相容性的微操作 能同时并行执行的微操作 ?相斥性的微操作 不能同时并行执行的微操作 图中相斥性的微操作有： ( + 、 – 、 M ) ( 4、 6、 8 ) ( 5、 7、 9 ) 图中相容性的微操作有： 1、2、3 (4、6、8) 与 (5、7、9)两组中各取一个任意组合 1)控制存储器： 存放用来实现全部指令的所有微程序，是一种只读存储器，微程序固化 在其中，其容量取决于机器指令和每条指令微程序的长度，字长取决于 微指令的字长，也与容量有一定关系(!)。要求控制存储器快速。 2.微程序控制器的组成原理 2)微指令寄存器(?IR) ?存放从控存中读出的微指令 ?是图中的哪部分? 3)微地址寄存器(?AR) 存储访问CM的微地址 4)微地址产生逻辑 用于产生后续微指令地址。能作为后继微指令地址的有下列形式： ?微程序的入口地址 ?顺序地址 ?转移地址 3.微指令的的格式与微命令编码 1)微指令的格式 ?操作控制字段是微指令的主体，由若干微命令位组成。控制字段中的每一位通常表示一个特定的微命令，微指令是否含某个微命令，由该位的状态1或0决定。 ?判别测试字段指出微指令执行过程中需要测试的外部条件，如进位、运算结果是否为零等； ?下地址字段给出的地址是下条微指令地址，最终是否按照该地址执行下一条微指令与是否进行条件测试及测试条件是否成立等有关。 ?微命令编码就是微指令中的操作控制字段采用的表示方法 (1)直接表示法 ?操作字段的每一位表示一个微命令 ?优点: 简单、直观， ?缺点: 微指令字长、不利于减少控存容量 2)微指令的格式 (2)编码表示法 ?把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器译码，译码输 出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一个有效。 译码 译码 译码 译码 字段1 字段2 字段3 P字段 下地址字段 微 命 令 ?若某小组有4个微命令，则微指令中该字段需要多少位？ 需要3位，为什么？ 因为每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。 ?编码表示法的优点: 大大缩短微指令字的长度，从而减少控存的容量。 ?编码表示法的缺点： 增加的译码电路降低了微指令的执行速度。 (3)混合表示法 综合前面的直接表示法和编码表示法. 关于微命令编码的结论: 目前一般使用字段直接表示法. 4.微程序设计举例 LOAD指令取指周期的操作及控制信号 4.微程序设计举例 MOVE指令取指周期的操作及控制信号 4.微程序设计举例 ADD 指令取指周期的操作及控制信号 4.微程序设计举例 STORE 指令取指周期的操作及控制信号 4.微程序设计举例 JMP 指令取指周期的操作及控制信号 4.微程序设计举例 ?各指令操作系列顺序的安排必须保证指令功能的正确实现。如取指令阶段MAR ?(PC)操作一定要在IR ?(MDR)之前完成，否则取出出错； ?同一节拍内不能同时有两个或两个以上的部件向公共总线输出信息。如取指阶段PCout、Zout和DRIout必须被分别安排在不同的节拍内； ?上述指令微操作序列实现，重在描述实现方法，并不是优化； ?指令执行不同周期所需要的节拍数可能不同，上述安排采用了同步控制方法，每个周期都分配了四个节拍，因此，部分指令有些周期中存在一些空节拍，没有任何微操作。 5.微命令的同步 ?微程序存放在控存中，每条指令的微程序包含几条微指令(包括取指令微指令)就表示该指令的执行需要几个CPU周期。 ?微命令自从控存中取出并送入微指令寄存器后就开始生效，直到新的微指令送入微指令寄存器(一个CPU周期的时间) ?一条微指令的若干个微命令中, 大部分微命令只能在一个CPU周的某个T周期有效，必须对微命令进行时间同步后才能与相应执行部件的控制端相连。 ?微命令同步的基本方法就是列出每个微命令的逻辑表达式，并用相应的逻辑电路实现表达式的功能，电路的输入来自微指令的相关位和时序信号（包括节拍电位或节拍脉冲），对应逻辑电路的输出才能与相应执行部件的控制端相连。 ?下面以Zout为例说明微命令的同步方法。 Zout = M取指周期?Zout’?T2 + ADD? M执行周期?Zout’?T3。 计算机组成原理 * 第六章 中央处理器 本章知识点 6.1 CPU的功能和基本结构 CPU的基本功能和常见的CPU基本结构 6.2 指令执行的过程 1)数据通路的概念及组成 2)指令周期流程图 6.3时序与控制器 6.4微程序控制器的工作原理 1)微程序控制的基本概念 2)微程序控制器的组成原理 3)微指令的编码方法 4)微程序