第7章控制单元的设计.ppt

第7章 控制单元的设计 上一章内容总结： 计算机如何执行程序：控制单元发出各种微操作命令（控制信号）序列；控制计算机所有部件有次序地完成相应的操作，以到执行程序的目的。 不同的指令对应不同的微操作命令（控制信号）序列； 完成不同指令的过程中，有些操作是相同的或者相似的。 机器周期是所有指令执行过程中的一个基准时间，一个机器周期内可完成若干个微操作； 时钟周期是控制计算机操作的最小单位时间，在一个时钟周期可完成一个或几个需要同时执行的操作； 一个指令周期包含若干个机器周期； 控制单元的每一个控制信号都是在指定机器周期内的指定时刻发出的。 7.1 组合逻辑设计 7.2 微程序设计 例：某处理器采用直接控制的微指令编码格式，由下地址字段给出后续微指令地址，该机器有28个微命令，6个互斥的可判定的外部条件，控制存储器容量为512*40位。要求设计指令格式。 因为直接控制，因此需要28个控制位组成操作控制字段；6个互斥的外部条件，可用3位状态位编码表示；控制存储器有512条微指令，可以用9位编码表示下地址字段，因此指令格式为： 操作控制字段28位 条件判定位3位 下地址9位 例：某处理器共有52个位操作控制信号，构成5个互斥的微命令组，各组分别包括5、8、2、15、22个微命令。已知可判定的外部条件有2个，微指令字长为28位。 （1）按照水平型微指令格式设计微指令，要求微指令的下地址字段直接给出后续微指令的地址； （2）指出控制存储器的容量。 （1）有5个互斥的微命令组，每组包含若干位，每组译码的结果应该能表示本组包含的所有微命令加上一个不发命令的情况，则5个控制字段分别需要给出6、9、3、16、23种状态，对应着3、4、2、4、5这几种字段位数（共18位），条件测试字段取2位，这些加起来是20位，因为微指令字长为28位，因此下地址字段为8位。 （2）因为下地址字段为8位，可表示256个微指令，所以控制存储器容量为256*28位。 Review 计算机如何执行程序：控制单元发出各种微操作命令（控制信号）序列；控制计算机所有部件有次序地完成相应的操作，以到执行程序的目的。 微程序设计控制单元的思想：把一个机器指令编写成一个微程序，一个微程序包含若干条微指令，每条微指令对应一个或者几个微操作命令。 微程序存到一个控制存储器中，逐条执行每一条微指令，相应地就完成了一条机器指令的全部操作。 微指令以二进制代码形式表示，微指令的基本格式包含一个操作控制字段（发出各种控制信号）和一个顺序控制字段（也称为下地址字段，指出下一条微指令的地址）。 对于微程序控制单元设计，关键是如何由微指令的操作控制字段形成微操作命令，以及如何形成下一条微指令的地址。 九、微程序设计举例 用微程序法设计控制单元，主要任务是编写对应各条机器指令的微程序。 微程序法设计控制单元步骤： 写出对应机器指令的全部微操作及节拍安排 确定微指令格式 编写出每条微指令的二进制代码(微指令码点) 第0位表示控制 PC MAR 微操作 第1位表示控制 1 R 微操作 第2位表示控制 M(MAR) MDR微操作 第3位表示控制（PC）+1 PC 微操作 第4位表示控制 MDR IR 微操作 …… 作业题：课本第421页10、13、15题，第17题。 Thank you 四、微指令序列地址的形成 1. 微指令的 下地址字段 指出 2. 根据机器指令的 操作码 形成 3. 增量计数器 4. 分支转移 ( CMAR ) + 1 CMAR 转移地址 操作控制字段 转移方式 转移方式 指明判别条件 转移地址 指明转移成功后的去向 7.2 5. 通过测试网络 6. 由硬件产生微程序入口地址 第一条微指令地址 由专门 硬件 产生 中断周期 由 硬件 产生 中断周期微程序首地址 非测试地址 h 测试地址 l 测试网络 … … 测试源 微指令地址 CMDR 操作控制 顺序控制 H L 7.2 7. 后续微指令地址形成方式原理图 地址 选择 + 1 CMAR 地址译码 下地址 转移方式 CMDR 控制存储器 … 控制信号 分支 逻辑 … 标志 微程序入口 7.2 OP IR 微地址 形成部件 多路选择 五、微指令格式 1. 水平型微指令 如 直接编码、字段直接编码、字段间接编码、 直接和字段混合编码 2. 垂直型微指令 类似机器指令操作码 的方式 一次能定义并执行多个并行操作 由微操作码字段规定微指令的功能 7.2 3. 两种微指令格式的比较 (1) 水平型微指令比垂直型微指令 并行操作能力强 ， 灵活性强 (2) 水平型微指令执行