K12第5章中央处理器2.ppt

第5章 中央处理器（CPU） 5.1 控制器的基本概念 5.2 时序系统与控制方式 5.3 指令的执行过程 5.4 微程序控制原理 5.5 微程序设计举例 5.6 硬布线控制器 5.7 流水线处理技术 5.5 微程序设计举例 5.5.1 系统构成 5.5.2 微指令格式 5.5.3 微程序流程 5.5.1 系统构成 1）运算器 选用了4片Am2901芯片实现的 接收内部总线IB送来的16位数据 运算结果①送到地址寄存器AR②经过2个8位的开关门电路送到内部中线IB 运算结果的状态信息送到标志寄存器FLAG，FLAG的输出可以经过一个8位的开关门送到内部总线IB。 2）控制器 微程序的和组合逻辑的两种控制器主要线路都集中到一片高集成度MACH器件中实现。 在MACH芯片之外，有一片Am2910芯片作为微程序定序器的， 2片8位的寄存器用作指令寄存器IR。 指令寄存器接收从内存读出并传送到内部总线IB的指令，其全部16位输出送到MACH芯片的输入引脚，其低8位内容还要经一个开关门送到内部总线IB。 微指令字中的32位微命令和组合逻辑控制器的32位控制信号完全相同。 3）主存及I/O接口 2片8KB的EEPROM芯片58C65组成8KW ROM区，地址范围： 0～1FFFH，固化监控程序 2片2KB的SRAM芯片6116 组成2KW RAM区，地址范围： 2000H～27FFH ，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区 用于完成扩展内存实验的第二组ROM区，地址范围由用户选择。 2路串行接口（INTEL 8251），以支持接入PC机作为教学计算机的仿真终端完成输入输出操作；第一个串口的端口地址分配为80h/81h，第二个串口的端口地址可以由用户选择。作为扩展实验内容，也可以通过在一个40芯的器件插座上插上其他标准接口线路（例如INTEL的8255、8253等）并适当接线，完成常用接口线路的输入输出操作。 5.5.2 微指令格式 2910的/CC的选择码 存储器和I/O接口控制 ALU完成功能需要的控制信号 数据来源（ I2 I1 I0 ） 功能代码（ I5 I4 I3 ） 结果去向（ I8 I7 I6 ） A口地址 B口地址 最低位进位控制信号（SCi） 状态寄存器接收信号（SST） 移位控制信号（SSH） 16 位机的运算器的完整组成 SST ALU可完成的功能 ADD R0, R1; SUB R0, R1? INC R0 ? MOV R1, 1 ; ADD R0, R1 DEC R0 ? ADC R0 ? SBB R0, R1 ALU最低位进位信号 最低位进位Cin 控制码SCI 应用场合举例 0 00 ADD DEC 1 01 SUB INC C 10 ADC SBB DC1、DC2字段 5.5.3 微程序流程 2）扩展指令 5.6??硬布线控制器 5.6.1 硬布线控制器与微程序控制器的比较 5.6.2 硬布线控制器设计步骤 5.6.1 硬布线控制器与微程序控制器的比较 共同点 基本功能都是依据当前正在执行的指令和它所处的执行步骤，形成并提供处在这一时刻整机各部件所需要的控制信号。 组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR，时序电路。 都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。 不同点 指令执行步骤的控制方法不同 硬布线控制器是用节拍发生器指明指令执行步骤（机器周期、节拍、工作脉冲） 微程序控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤（微周期） 提供微操作控制信号的方案不同 硬布线控制器是用组合逻辑门电路直接提供控制计算机各功能部件协同运行所需的控制信号 微程序控制器控制信号是以微程序的方式存放在控制存储器中， 控制信号从控制存储器中读出，并经过一个微指令寄存器送到被控制部件。 特点比较 5.6.2 硬布线控制器设计步骤 1）时序系统 2）拟定指令流程（以机器周期为线索、以指令为线索） 3）列出微操作时间表(电位型微命令、脉冲型微命令） 4）综合分析，归纳出产生每个微命令的条件，写出每个微命令的逻辑表达式，并进行化简。