计算机组成原理第五章中央处理器52.pptVIP

第五章 中央处理器 5.4 微程序控制器 5.4 微程序控制器 基本思想： 把操作控制信号编制成微指令，存放到控制存储器里，运行时，从控存中取出微指令，产生指令运行所需的操作控制信号。从上述可以看出，微程序设计技术是用软件方法来设计硬件的技术。 5.4 微程序控制器 5.4.1 微程序控制原理 1 微命令和微操作 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令，它是构成控制序列的最小单位，是控制计算机各部件完成某个基本微操作的命令。 微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。 1 微命令和微操作 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。(状态测试) 1 微命令和微操作 微命令和微操作是一一对应的 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程 微操作是执行部件中最基本的操作。 1 微命令和微操作 由于数据通路的结构关系，微操作可分为相容的和互斥的两种： 互斥的微操作，是指不能同时或不能在同一个节拍内并行执行的微操作。 相容的微操作，是指能够同时或在同一个节拍内并行执行的微操作。必须各占一位 1 微命令和微操作 相斥性微操作 相容性微操作 2 微指令和微程序 微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合； 微程序：实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。 微地址?：存放微指令的控制存储器的单元地址 2 微指令和微程序 图中所给出的控制信号都是节拍电位信号，它们的持续时间都是一个CPU周期，有些信号不能直接用来进行数据通路的控制。 2 微指令和微程序 3 微程序控制器原理框图 图中所给出的控制信号都是节拍电位信号，它们的持续时间都是一个CPU周期，有些信号不能直接用来进行数据通路的控制。 3 微程序控制器原理框图 控制存储器(μCM) 微指令寄存器(μIR) 微地址形成部件 微地址寄存器(μMAR) 3 微程序控制器原理框图 控制存储器 这是微程序控制器的核心部件，用来存放微程序。其性能(包括容量、速度、可靠性等)与计算机的性能密切相关。 对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。 3 微程序控制器原理框图 微指令寄存器 微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。 3 微程序控制器原理框图 地址转移逻辑(微地址形成部件 ) 在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出。当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。在这种情况下，通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容，并按改好的内容去读下一条微指令。地址转移逻辑就承担自动完成修改微地址的任务。 3 微程序控制器原理框图 微地址寄存器(μMAR) 它接受微地址形成部件送来的微地址，为下一步从μCM中读取微指令作准备。 4 微程序举例 4 微程序举例 我们举“十进制加法”指令为例，具体看一看微程序控制的过程。 第一条微指令的二进制编码是 000 000 000 000 11111 10 0000 第二条微指令的二进制编码是 010 100 100 100 00000 00 1001 第三条微指令的二进制编码是 010 001 001 100 00000 01 0000 第四条微指令的二进制编码是 010 001 001 001 00000 00 0000 4 微程序举例 4 微程序举例 4 微程序举例 4 微程序举例 5　CPU周期与微指令周期的关系 在串行方式的微程序控制器中: 微指令周期 = 读出微指令的时间 + 执行该条微指令的时间 6　机器指令与微指令的关系 6　机器指令与微指令的关系 6　机器指令与微指令的关系 每一段微程序的第一条微指令一定是“取指”微指令； 第五章 中央处理器 5.4.2 微程序设计技术 　设计微指令结构的目标 有利于缩短微指令字长度 有利于减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　微指令编码 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： 直接表示法 编码表示法 混合表示法 1　微指令编码 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