[工学]CH5 中央处理机2.ppt

本章主要内容 5.1 CPU的功能和组成 5.2 指令周期 5.3 时序产生器和控制方式 5.4.1 微程序控制器原理 5.4.2 微程序控制器设计技术 5.5 硬布线控制器 5.7 流水CPU 5.4.2 微程序设计技术 1、微命令编码 2、微地址的形成方法 3、微指令格式 4、动态微程序设计 一、微命令编码 微命令编码:对微指令中的操作控制字段采用的表示方法。 通常有以下三种方法： 1.直接表示法 2.编码表示法 3.混合表示法 1.直接表示法 其特点是操作控制字段中的 每一位代表一个微命令。 这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。 缺点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。 2.编码表示法 编码表示法是把一组相斥性的微命令信号组成一个小组(即一个字段) ，然后通过小组(字段）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。类似指令的操作码字段。 3.混合表示法 　　这种方法是把直接表示法与字段编码法混合使用，以便能综合考虑指令字长、灵活性、执行微程序速度等方面的要求。 二、 微地址的形成方法 微指令执行的顺序控制问题，实际上是如何确定下一条微指令的地址问题。 通常，产生后继微地址有两种方法： 1.计数器方式 2.多路转移方式 1.计数器方式 　　这种方法同用程序计数器来产生机器指令地址的方法相类似。 在顺序执行微指令时，后继微地址现行微地址加上一个增量来产生； 在非顺序执行微指令时，必须通过转移方式，使现行微指令执行后，转去执行指定后继微地址的下一条微指令。 在这种方法中，微地址寄存器通常改为计数器。为此，顺序执行的微指令序列就必须安排在控制存储器的连续单元中。 计数器方式的基本特点是：微指令的顺序控制字段较短，微地址产生机构简单。但是多路并行转移功能较弱，速度较慢，灵活性较差。 2.多路转移方式 一条微指令具有多个转移分支的能力称为多路转移。 在多路转移方式中，当微程序不产生分支时，后继微地直接由微指令的顺序控制字段给出； 当微程序出现分支时，有若干“后选”微地址可供选择：即按顺序控制字段的“判别测试”标志和“状态条件”信息来选择其中一个微地址。 “状态条件”有n位标志，可实现微程序2的n次方路转移，涉及微地址寄存器的n位 。 多路转移方式的特点是：能以较短的顺序控制字段配合，实现多路并行转移，灵活性好，速度较快，但转移地址逻辑需要用组合逻辑方法设计。 三、微指令格式 微指令的格式大体分成两类： 水平型微指令和垂直型微指令。 1. 水平型微指令 一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做水平型微指令。 其一般格式如下： 2.垂直型微指令 微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能 ，称为垂直型微指令。 其结构类似于机器指令的结构。它有操作码，在一条微指令中只有1—2个微操作命令，每条微指令的功能简单， 因此，实现一条机器指令的微程序要比水平型微指令编写的微程序长得多。它是采用较长的微程序结构去换取较短的微指令结构。 3.水平型微指令与垂直型微指令的比较 (1)水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则较差。 (2)水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行时间长。 (3)由水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。垂直型微指令则相反。 (4)水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。 4.水平型微指令例子 四、动态微程序设计 微程序设计技术有静态微程序设计和动态微程序设计之分。 1.静态微程序设计 对应于一台计算机的机器指令只有一组微程序，而且这一组微程序设计好之后，一般无须改变而且也不好改变，这种微程序设计技术称为静态微程序设计。 2.动态微程序设计 当采用EPROM作为控制存储器时，还可以通过改变微指令和微程序来改变机器的指令系统，这种微程序设计技术称为动态微程序设计。 采用动态微程序设计时，微指令和微程序可以根据需要加以改变，因而可在一台机器上实现不同类型的指令系统。这种技术又称为仿真其他机器指令系统，以便扩大机器的功能。 指令 小结1 1、机器指令：可以完成一个独立的算术或逻辑运算等功能。 2、指令地址：计算机内存中用于存储机器指令的地址 3、指令程序：解算某一问题的一串机器指令序列 4、指令周期：CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。 5、CPU周期：CPU访问一次内存（取指令或执行指令）所花的时间（节拍电位）。 6、时钟周期：CPU内的时序发生器所提供的最小的时间单元（节拍脉冲） 微指令 小结 1