计算机组成原理第五章中央处理器[二]资料.ppt

5.2.8 指令的微操作序列 控制器在实现一条指令功能时，总要将每条指令分解为一系列时间上有先后次序的最基本、最简单的微操作，即微操作序列。 微操作序列是与CPU的内部数据通路密切相关的，相同的指令在不同的数据通路(如专用数据通路结构、总线结构) 中有不同的微操作序列。 P.209 2、3题 2、参见图5.15的数据通路。画出存数指令“STA R1，(R2)”的指令周期流程图，其含义是将寄存器R1的内容传送至(R2)为地址的主存单元中。标出各微操作信号序列。 3、参见图5.15的数据通路。画出取数指令“LDA (R3)，R0”的指令周期流程图，其含义是将(R3)为地址的主存单元的内容取至寄存器R0中，标出各微操作控制信号序列。 例:在上例给出的条件下,写出完成下述四条单字长指令的操作流程及相应的控制信号. (1) MOV R1,R0 (R0) →R1 (2) MOV @R1,R0 (R0) →(R1) (3) MOV R3,@R2 ((R2)) →R3 (4) MOV @R3,@R2 ((R2)) → (R3) 指令格式如下,其中Xd和Rd分别为目的操作数和源操作数的寻址方式特征位. 例:在上例给出的条件下,写出完成下述四条双字长指令的操作流程及相应的控制信号. (1) MOV R0,#N N →R0 (2) MOV @R1,#N N →(R1) (3) MOV R2,N (N) →R2 (4) MOV R3,@N ((N)) →R3 指令格式如下,其中Xd和Rd分别为目的操作数和源操作数的寻址方式特征位. 解 (2) : 指令MOV @R1,#N； N →(R1)的执行阶段操作流程如下: 解(3):指令 MOV R2,N；(N) →R2的执行阶段操作流程如下: 解(4):指令 MOV R3,@N ((N)) →R3 的执行阶段操作流程如下: 通过以上几种CPU结构和指令流程分析例子可以看出，不同的指令对应不同的微操作序列。 一条指令的微操作序列不仅和指令功能有关，而且与CPU的数据通路结构密切相关。具有相同CPU结构的指令系统中所有指令的取指令微操作序列是相同的。 指令流程和微操作控制信号序列的分析是设计控制信号形成部件的基础，也是理解计算机内部的工作过程、建立计算机整机概念的重要环节。所以，需要大家重点掌握指令流程的分析方法。 5.3.2 控制器的控制方式 控制器控制一条指令运行的过程是依次执行一个确定的微操作序列的过程。 不同指令所对应的微操作数及其繁简程度不同，故每条指令和每个微操作所需的执行时间也不相同。 如何形成控制不同微操作序列的时序控制信号就有多种不同的方法，称做控制器的控制方式，一般有三种方式。 5.3.2 控制器的控制方式 1、同步控制方式(集中控制方式,中央控制方式)：对各项操作由统一的时序信号进行同步控制。控制器产生统一的、顺序固定的、周而复始的状态周期电位、节拍电位和工作脉冲信号，用这些统一的时序信号，定时各种操作。 在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲，以最复杂指令的操作时间作为统一的时间间隔标准。 特点：设计简单容易实现，时序关系简单；牺牲速度。 前面所讨论多级时序关系的层次均针对同步控制方式而言。 2、异步控制方式(分散控制方式,局部控制方式)：每条指令、每个微操作需要多少时间就占用多少时间，不采用统一的周期和节拍。 时间上的衔接通过应答通讯方式(握手方式)实现。即，当控制器发出某一微操作控制信号后，等待执行部件完成该操作后发回的“回答”或“结束”信号，再开始新的微操作。 特点：因为采用了不同时序，没有时间上的浪费，运行速度快,但时序控制电路比较复杂。 3、联合控制方式：是同步控制与异步控制相结合。即：大部分指令按照同步方式执行，小部分特殊指令(微操作时间难以确定的指令)采用异步控制方式。 * * ALU B总线 图5.15 双总线结构机器的数据通路 IRo IRi IR PC PCi PCo AR ARi R/W M DR DRi DRo R0 R1 R2 R3 yi xi X Y + _ G CU A总线 假设某机数据通路如图5.15所示。规定各部件用大写字母表示，字母加下标in表示该部件的接收控制信号，实际上就是该部件的输入开门信号(如PCin)；字母加下标out表示该部件的发送控制信号，实际上就是该部件的输出开门信号(如PCout)。未标注字符的线为直通线，不受控制。 A