第五节 中央处理器-3.ppt

 5.7 流水CPU（自学） * * 5.4.2 微程序设计技术 设计微指令的结构应当追求的目标： 有利于缩短微指令的长度 有利于缩小控制存储器的容量 有利于提高微程序的执行速度 有利于对微指令的修改 有利于提高微程序设计的灵活性 1、微命令的编码 编码有三种方法：直接表示法/编码表示法/混合表示法 （1）直接表示法： 操作控制字段中的各位分别可以直接控制计算机，不需要进行译码。 操作控制字段采用的表示方法 后继微地址 判断条件 u A 0 u A 1 u A 2 u A 3 u A 4 u A 5 P 0 P 1 P 2 P 3 I N T S I N T C L D I R L D P C M 4 P C _ A D D P C _ I N C L D I A R L D A R 1 A R 1 _ I N C M 3 L D E R I A R _ B U S # S W _ B U S # R S _ B U S # A L U _ B U S L R W C E L # W R D L D D R 1 M 1 S 0 S 1 S 2 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 微指令格式举例 35 T J 直接表示法举例 该位为“1”表示这个微命令有效，为“0”表示这个微命令无效。 操作控制字段的每一个独立的二进制位代表一个微命令 直接表示法特点： 这种方法结构简单直观，其输出直接用于控制。 但是微指令字太长，因而使控制存储器容量大。 编码表示法特点： （2）编码表示法： 将操作控制字段分为若干个小组,每组信号由互斥的微命令信号组成，然后通过小组译码器对每一个微命令信号进行译码，译码输出作为操作控制信号。 使指令字大大缩短，但增加了译码电路，使微程序的执行速度减慢 （3）混合表示法： 一个字段的某些编码不能独立地定义某些微命令， 而需要与其他字段的编码来联合定义。 将前两种结合在一起，兼顾两者特点。 后继微地址形成方法 （1）计数器的方式 方法： 微程序顺序执行时，其后继微地址就是现行微地址加上一个增量1。 当微程序遇到转移或转子程序时，通过转移方式形成下一条微地址。 在微程序控制器中也有一个微程序计数器μPC 特点： 优点是简单、易于掌握，编制微程序容易。 缺点是这种方式不能实现两路以上的并行微程序转移， 因而不利于提高微程序的执行速度。 一般情况下都是将微地址寄存器μMAR作为μPC 2、微指令地址的形成方式 入口地址：每条机器指令对应一段微程序，如何确定下一条微指令的地址问题？ （2）多路转移的方式：一条微指令具有多个转移分支的能力成为多路转移。 在多路转移方式中，当微程序不产生分支时，后继微地址直接由微指令的顺序字段给出。出现分支时，根据状态信息来选择其中一个微地址。状态条件有N位，可实现2n路转移。 【例2】微地址寄存器有6位(μA5-μA0) (1)执行“取指”微指令后，微程序按IR的OP字段(IR3-IR0)进行16路分支； (2)执行条件转移指令微程序时，按进位标志C的状态进行2路分支； 请按多路转移方法设计微地址转移逻辑。 (3)执行控制台指令微程序时，按IR4，IR5的状态进行4路分支。 现有三种情况： 当需要修改其内容时，可通过某一位触发器的强置端S将其置“1” 按所给设计条件，微程序有三种判别测试，分别为P1，P2，P3。 (1)用P1和IR3-IR0修改μA3-μA0； (2)用P2和C修改μA0； (3)用P3和IR5，IR4修改μA5，μA4。 另外还要考虑时间因素T4(假设CPU周期最后一个节拍脉冲) μA5=P3·IR5·T4 μA4=P3·IR4·T4 μA3=P1·IR3·T4 μA2=P1·IR2·T4 μA1=P1·IR1·T4 μA0=P1·IR0·T4+P2·C·T4 由于从触发器强置端修改，故前5个表达式可用“与非”门实现 最后一个用“与或非”门实现 故转移逻辑表达式如下： 由于修改μA5-μA0内容具有很大灵活性，现分配如下： 下地址字段 判别测试字段 控制字段 微指令格式分为两类：水平型微指令和垂直型微指令 （1）水平型微指令 水平型微指令是指一次能定义并能并行执行多个微命令的微指令。 水平型微指令特点： 优点： 微指令字较长，速度越快。 微指令中的微操作有高度的并行性。 微指令译码简单。 控制存储器的纵向容量小，灵活性强。 缺点： 微指令字比较长，明显地增加了控制存储器的横向容量。 水平微指令与机器指令差别很大,一般要熟悉机器结构、数据通路、时序系统以及指令执行过程的人才能进行微程序设计,这对用户来说是很困难的。 3、微指令格式 （2）垂直型微指令： 设置微