微型计算机的组成及工作过程.PDF

《微机原理A》 第二讲：计算机、微型计算机的组成及 工作过程(二） 主讲老师：王克义 本讲主要内容 • CPU 执行指令的基本过程 • 硬连线控制器与微程序控制器 • 微型计算机的特点与分类 2.1 CPU执行指令的基本过程 • 下面，以前面给出的、由4条指令组成的程序段为 例，结合第一讲图1.6中所示的模型机结构，简述 CPU执行指令的基本过程。 LOAD R1, M1 ADD R1, M2 STORE M3, R1 JMP L • 假设程序及数据已经装入了存储器，第一条指令 的地址已经装入了PC寄存器。 (1) 取指令“LOAD R1, M1”并执行 ① 取指令“LOAD R1, M1”并形成下一条指令的地址： (i) 控制器发“PCOUT”和“MARIN”信号，使PC→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器的内容（指 令)→MDR，通过DBUS； (iii) 控制器发“PC加”信号，使PC+n→PC，其中n为该指令 占用的地址数； (iv) 控制器发“MDROUT”和“IRIN”信号，使MDR→IR。 • 第(i)步要占用内部总线，第(ii)步和第(iii)步不占 用内部总线，前三步可在同一个机器周期内完成。 第(iv)步要占用内部总线，需要在另一个机器周期 内完成。所以，取指令共需要两个机器周期。 • 机器周期定义： 计算机通过内部总线进行一次信息传输从而完成 一个或几个微操作所需要的时间。 ② 执行指令“LOAD R1，M1”： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地 址段(即M1)→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M1的内容(数 据)→MDR，通过DBUS； (iii) 控制器发“MDROUT”和“R1IN”信号，使MDR→R1。 第(i)步要占用内部总线，第(ii)步不占用内部 总线，前两步可在同一个机器周期内完成。第(iii) 步要占用内部总线，需要在下一个机器周期内完 成。所以，执行该指令共需要两个机器周期。 (2) 取指令“ADD R1，M2”并执行 ① 取指令“ADD R1，M2”并形成下一条指令的地址： 操作过程同(1)中的①。 ② 执行指令“ADD R1， M2”： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址段(即 M2)→MAR； (ii) 控制器发“M读”信号，使存储器M2的内容(数据)→MDR，通过 DBUS； (iii) 控制器发“MDROUT”和“YIN”信号，使MDR→Y(即ALU 的A端)； (iv) 控制器发“R1OUT”，使R1→内部总线(即ALU 的B端)； (v) 控制器发“add”信号，使A+B→Z ； (vi) 控制器发“ZOUT”和“R1IN”信号，使Z→R1。 (3) 取指令“STORE M3,R1”并执行 ① 取指令“STORE M3, R1”并形成下一条指令的地址： 操作过程同(1)中的①。 ② 执行指令“STORE M3， R1” ： (i) 控制器发“IROUT”和“MARIN”信号，使IR中指令的地址 段(即 M3)→MAR； (ii) 控制器发“R1OUT”和“MDRIN”信号，使R1→MDR； (iii) 控制器发“M写”信号，使MDR→存储器M3中，通过 DBUS。 (4) 取指令JMP L并执行 ① 取指令JMP L并形成下一条指令的地址： 操作过程同(1)中的①。 ② 执行指令JMP L ： 控制器发“IROUT”和“PCIN”信号，使IR中指令的地址 (即L)→PC。 • 这里，惟一的一步操作要占用内部总线，需要一 个机器周期。 2.2 控制器的基本原理 • 1. 硬布线控制器原理 硬布线控制器主要由环形脉冲发生器、指令译码 器和微命令编码器组成。 • 环形脉冲发生器用于循环地产生节拍脉冲信号; • 指令译码器用于确定IR中存放的是哪一条指令; • 微命令编码器