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1
10.控制单元的设计
10.1 组合逻辑设计
一、组合逻辑控制单元框图
1. CU 外特性
IR
操作码译码
3
2.节拍信号
CLK
T0
T1
T2
T3
4
二、微操作的节拍安排
采用 同步控制方式
CPU 内部结构采用非总线方式
一个 机器周期 内有 3 个节拍(时钟周期)
5
1. 安排微操作时序的原则
原则一 微操作的 先后顺序不得 随意 更改
原则二 被控对象不同 的微操作
尽量安排在 一个节拍 内完成
原则三 占用 时间较短 的微操作
尽量 安排在 一个节拍 内完成
并允许有先后顺序
6
2. 取指周期 微操作的 节拍安排
原则二
原则二
原则三
3. 间址周期 微操作的 节拍安排
T0
T1
T2
T0
T1
T2
7
4. 执行周期 微操作的 节拍安排
① CLA
② COM
③ SHR
T0
T1
T2
T0
T1
T2
T0
T1
T2
8
④ CSL
⑤ STP
⑥ ADD X
⑦ STA X
T0
T1
T2
T0
T1
T2
T0
T1
T2
T0
T1
T2
9
⑧ LDA X
⑨ JMP X
⑩ BAN X
T0
T1
T2
T0
T1
T2
T0
T1
T2
10
5. 中断周期 微操作的 节拍安排
T0
T1
T2
硬件关中断
中断隐指令完成
11
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
T2
T1
T0
FE
取指
JMP
LDA
STA
ADD
COM
CLA
微操作命令信号
状态条件
节拍
工作周期标记
I
间址特征
12
T2
T1
T0
IND
间址
间址周期标志
13
T2
T1
T0
EX
执行
14
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
1
1
1
1
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三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
17
2. 写出微操作命令的最简表达式
= FE · T1 + IND ·T1 ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN )
+ EX ·T1 ( ADD +LDA )
= T1{ FE + IND ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN )
+ EX ( ADD +LDA ) }
18
3. 画出逻辑图
特点
思路清晰,简单明了
庞杂,调试困难,修改困难
速度快
FE
IND
EX
LDA
ADD
JMP
BAN
STA
T1
(RISC)
19
一、微程序设计思想的产生
1951 英国剑桥大学教授 Wilkes
完成
一条机器指令
微操作命令 1
微操作命令 2
微操作命令 n
…微指令 n存储逻辑
一条机器指令对应一个微程序
…
存入 ROM
10.2 微程序设计
20
二、微程序控制单元框图及工作原理
1. 机器指令对应的微程序
M+1
M
M+2
P+1
K
K+2
P
P+2
K+1
…
21
2. 微程序控制单元的基本框图
顺序逻辑
CMAR
地址译码
至 CPU 内部和系统总线的控制信号
22
二、微程序控制单元框图及工作原理
M+1
M+2
P+1
P+2
K+1
K+2
M
M
转执行周期微程序
…
转取指周期微程序
…
×××
23
3. 工作原理
24
3. 工作原理
(1) 取指阶段
由 CMDR 发命令
形成下条微指令地址
由 CMDR 发命令
由 CMDR 发命令
M + 1
M + 2
形成下条微指令地址
执行取指微程序
25
(2) 执行阶段
由 CMDR 发命令
由 CMDR 发命令
由 CMDR 发命令
执行 LDA 微程序
形成下条微指令地址 P + 1
形成下条微指令地址 P + 2
形成下条微指令地址 M
26
(3) 取指阶段
由 CMDR 发命令
全部微指令存在 CM 中,程序执行过程中 只需读出
关键
微指令的 操作控制字段如何形成微操作命令
微指令的 后续地址如何形成
执行取指微程序
…
27
三、微指令的编码方式(控制方式)
1. 直接编码(直接控制)方式
在微指令的操作控制字段中,
每一位代表一个微操作命令
速度最快
某位为 “1” 表示该控制信号有效
28
2. 字段直接编码方式
将微指令的控制字段分成若干 “段”,
每段经译码后发出控制信号
每个字段中的命令是 互斥 的
缩短 了微指令 字长,增加 了译码 时
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