第3章 运算器及控制器.ppt

3.1 算术逻辑运算的基本电路 3.1.2 加法器 3.2 定点加减运算的实现 3.3 定点乘法运算的实现 3.4 定点除法运算的实现 3.5 浮点运算 3.5.1 浮点加减运算 3.5.2 浮点乘除运算 3.6 定点运算器 3.7 控制器的功能和基本组成 3.7.1 控制器的功能 3.7.2 控制器的组成 3.7.4 控制器的控制方式 3.8 微程序控制器 3.9 微程序设计技术 3.9.1 微指令的编码方法 3.9.2 微指令地址的形成 3.9.3 微指令格式 3.9.4 微程序控制存储器及操作 超前进位加法器 为了提高加法器的运算速度，必须设法减小或去除由于进位信号逐级传送所花的时间，使各位的进位直接由加数和被加数来决定，而不需依赖低位进位。根据这一思想设计的加法器称为超前进位(又称先行进位)二进制并行加法器。 超前进位二进制并行加法器：由逻辑电路根据输入信号同时形成各位向高位的进位，又称为先行进位二进制并行加法器或者并行进位二进制并行加法器。典型芯片有四位二进制并行加法器T693 四位二进制并行加法器T693构成思想如下：??? 第i位全加器的进位输出函数表达式为Ci = AiBi+(Ai⊕Bi)Ci-1 ??? 令??? Ai⊕Bi→Pi??? （进位传递函数）????????? AiBi→Gi??? （进位产生函数）??? 则有? Ci=PiCi-1+Gi 于是，当i=1、2、3、4时，可得到4位并行加法器各位的进位输出函数表达式为C1=P1C0+G1C2=P2C1+G2=P2P1C0+P2G1+G2??? C3=P3C2+G3=P3P2P1C0+P3P2G1+P3G2+G3 ???? C4=P4C3+G4=P4P3P2P1C0+P4P3P2G1+P4P3G2+P4G3+G4 由于C1～C4是Pi、Gi和C0的函数，而Pi、Gi又是 Ai、Bi的函数，所以，在输入Ai、Bi和C0之后，可以同时产生C1～C4。通常将根据Pi、Gi和C0形成C1～C4的逻辑电路称为先行进位发生器。采用先行进位发生器的并行加法器称为超前进位二进制并行加法器。 1．以增量方式产生后继微地址 该方式中使用了微程序计数器（?PC），又称为“计数器”方式。 机器加电后执行的第一条微指令地址即启动入口，来自专门的硬件电路，控制实现取指操作，然后由机器指令操作码产生相应微程序入口地址。 微程序执行过程中 若顺序执行微指令 则将现行微指令地址加1（?PC+1）产生后继地址，即微程序计数器加1； 遇到转移类微指令 则由微程序计数器（?PC）与形成转移地址的逻辑电路组合形成后继微地址。 2．增量与顺序控制字段结合产生后继微地址 顺序控制字段分两个部分 转移控制字段BCF 转移地址字段BAF 当转移时BAF??PC，否则?PC+1??PC 另外还有多路转移方式、微中断方式等。 微指令 水平型微指令 垂直型微指令 1．水平型微指令 在一条微指令中定义并执行多个并行操作的微命令。其编码基础是直接控制方式，通常将采用字段编译法的微指令也归为水平型微指令。 2．垂直型微指令 微指令中设置微操作码，规定微指令的功能，采用微操作码编译法，即得到垂直型微指令，通常一条垂直型微指令只要求能控制一、二种操作。这种垂直型微指令采用了完全编码的方式。 3．两种格式微指令的比较 水平型： 并行性强，效率高，灵活，执行时间短。 微指令字长，控制存储器利用率低。 垂直型： 并行性差，效率低，执行时间长。 指令字短，比较易掌握。 微指令 优 优 缺 缺 1．微程序控制存储器 微程序控制存储器一般用只读存储器ROM构成，因一般机器的指令系统是固定的，实现各机器指令的微程序也是固定的，所以在使用中只需读出，采用只读存储器即可。 也可用随机存储器RAM构成，使用RAM时，每次开机时需装入微程序。其优点是可修改和扩充指令系统，但降低了可靠性。 2．控制存储器的操作 执行微指令的过程基本上分为两步 第一步 将微指令从控制存储器中取出， 称为取微指令。 第二步 执行微指令所规定的各个操作。 执行控制方式 串行控制方式 并行控制方式 执行一条微指令所需的时间称为微周期。在串行方式下微周期安排如图所示。 （1）?? 串行方式 取指1 执行1 取指2 执行2 　　 ……… 微周期1 微周期2 ……… 微周期包括取微指令和执行微指令两部分时间 这种方式实现控制简单，但微程序的执行速度较慢。 （2）?? 并行方式 并行方式中，将执行本条微指令的功能与取下一条微指令的操作在时间上重叠起来，如图所示。 取指1