第二章指令：计算机的语言.pptVIP

微程序控制器 1950年由英国的威尔克斯(Wilkes)提出，并在剑桥大学设计出EDSAC－2计算机。希望能实现灵活可变的计算机指令系统; 用一个微程序来实现一条机器指令的功能: 把微操作或串行执行的微操作组编制成 “微指令”; 把微指令按时序先后排列成微程序，存放在一个只读存储器里; 计算机执行指令时，一条条地读出微指令，产生操作控制信号，控制相应的部件执行规定的操作. 微命令和微操作 微命令: 控制部件通过控制线向执行部件发出的控制命令; 直接作用于部件或控制门电路的命令: 打开或关闭某传送通路的电位命令，或是对触发器或寄存器进行同步打入、置位、复位的控制脉冲; 微操作:执行部件接受微命令后进行的操作。 微命令与微操作一一对应; 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。 微指令和微程序 微指令 在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合; 微程序 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列; 微程序控制器原理框图 微程序举例---十进制加法微程序 专门取机器指令的微指令： 1. 从内存中取出一条机器指令, 放入指令寄存器IR; 2. 对程序计数器加1； 3. 对机器指令的操作码用P1 进 行判别测试, 然后修改微地址 寄存器的内容, 给出下一条微 指令的地址。 P1测试的“状态条件”是指令寄存器的操作码字段，即用OP字段作为下一条微指令的地址。 P2测试的“状态条件”是进位标志Cy , 此时微地址也需要修改。 如果没有外围设备请求服务，那么又转向取下一条指令，与此相对应，第三、四条微指令的下一个地址又指向第一条“取址”微指令。 “取指”微指令 完成a+b运算 完成a+b+6运算 完成a+b-6运算 十进制加法微程序 第二条微指令的二进制编码： 第三条微指令的二进制编码： 010 001 001 100 00000 01 0000 第四条微指令的二进制编码： 010 001 001 001 00000 00 0000 010 100 100 100 00000 00 1001 第一条微指令的二进制编码： 000 000 000 000 11111 10 0000 机器指令与微指令的关系 一条机器指令对应一个微程序; 从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关; 每一个CPU周期就对应一条微指令; 硬布线控制器 控制部件产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络； 目标：使用最少元件和取得最高操作速度； 一旦控制部件构成，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的。 硬布线控制器的结构图 硬布线控制器的基本原理：C=f(Im,Mi,Tk,Bj) 逻辑网络的输入信号来源有三个：(1)来自指令译码器的输出Im；(2)来自执行部件的反馈信息Bj；(3)来自时序产生器的节拍电位信号M和节拍脉冲信号T。 控制信号是用门电路、触发器等许多器件采用布尔代数方法设计实现的。 从指令流程图出发，可以确定在指令周期中各个时刻必须激活的所有操作控制信号。 ALU FR R3 R2 R1 R3 →Y(C9) R2 →Y(C7) R1 →Y(C5) R1 →X(C4) R2 →X(C6) DR →X(C8) LDR1(C1) LDR2 (C2) LDR3(C3) + (C10) - (C12) M(C11) Λ (C19) 组合逻辑控制器 时 序 部 件 ID IR MDR 主存储器 MAR PC LDPC(C18) LDAR(C16) LDDR(C14) LDDR(C15) RD(C13) WR(C20) PC+1(C17) C1 … … … C20 CF ZF T1 Tm X Y 模型机结构框图 启停 控制 微操作控制信号的产生 在微程序控制器中如何产生控制信号？ 在硬布线控制器中，某一微操作控制信号由布尔代数表达式描述的输出函数产生。 设计微操作控制信号的方法和过程： 根据所有机器指令流程图，寻找出产生同一个微操作信号的所有条件，并与适当的节拍电位和节拍脉冲组合，从而写出其布尔代数表达式并进行简化，然后用门电路或可编程器件来实现。 指令执行流程 中断 中断是外围设备用来“主动”通知CPU；当一个中断发生时，CPU暂停它的现行程序，而转向中断处理程序，从而可以输入或输出一个数据；当中断处理完毕后，CPU又返回到它原来的任务，并从它停止的地方开始执行程序： 节省了CPU时间，适用于随机出现的服务； 同程序查询方式相比，硬件结构相对复杂一些，服务开销时间较大 还可以以什么方式同外围设备通信？ * 静态变量和动