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计算机组成原理
JUC-3实验教学指导
TOC \o 1-2 \h \u 7978 JUC-3实验教学指导 1
10819 第 1 章 JUC-3的变化 2
8920 1.1 指令系统 2
28199 1.2 数据通路 2
9476 1.3 微指令格式 2
20034 1.4 指令执行阶段微转移地址的形成方法 3
24693 1.5 输入接口 6
22988 第 2 章 教学实施 7
4326 2.1 实验内容和学时安排 7
10600 2.2 微程序参考 7
28899 第 3 章 JUC-3速查表 10
18463 3.1 寻址方式编码表 10
22352 3.2 指令编码表 10
20800 3.3 微转移方式编码 11
31314 3.4 微程序地址空间分配 12
21030 3.5 微指令格式及编码 12
JUC-3的变化
基本思路是简化。两个方面,一是简化硬件数据通路,另一个是分为基本模块、指令增强和中断支持三个层次,基本模块的硬件进一步简化,支持基本的指令,理论课教材只涉及基本模块,实验教学也可以灵活选择。
指令系统
指令编码没有变化,只是分了模块。指令编码表中标有*号的是JUC-3E扩充的指令,标有**号是JUC-3F扩充的和中断相关的指令。
数据通路
和JUC-II相比,JUC-3数据通路主要变化如下:
(1)移位运算在ALU内部实现,原移位寄存器改为普通寄存器;
(2)去掉了AR通往系统总线的三态门及相应的控制信号;
(3)用WR控制DR通往总线的三态门,去掉了DRoe’控制信号;
(4)增加了SRC控制信号;
(5)名称、符号的变化
部分寄存器名称变化:A改为RX,TR改为RY,Shifter改为RF;
DRce’更名为DRces;
PSWce’更名为PSWcei。
微指令格式
由于硬件的变化,如移位运算在ALU内部实现、控制信号数量的缩减,所以微指令格式有变化。JUC-II的微程序不能在JUC-3运行。
缩减之后32位的微指令字长实际上用不满,所以F3字段虽然是3位的,但只有一个控制信号PSWce。
关于SRC微命令说明如下。
SRC微命令用在两个场合,一个是选择通用寄存器组的地址,寄存器的地址(寄存器号)由IR中的Rs或Rd字段给出,在寄存器组内部有一个多路器选择寄存器号Index是来自Rs还是Rd,多路器的选择信号是SRC,如 REF _Ref9278 \h 图 STYLEREF 1 \s 1.1。
图 STYLEREF 1 \s 1. SEQ 图 \* ARABIC \s 1 1 寄存器号选择
另一个场合是微地址的形成逻辑。例如BM=5依据寻址方式形成多路微转移地址,由SRC选择源操作数还是目的操作数的寻址方式编码,如 REF _Ref9187 \h 图 STYLEREF 1 \s 1.2。
图 STYLEREF 1 \s 1. SEQ 图 \* ARABIC \s 1 2 依据寻址方式的多分支微转移地址形成
在JUC-II中虽然微指令中没有SRC,但这个信号实际是存在的,是用硬件“自动”发出的。在以前的教学中,经常会有学生不理解寄存器地址是哪里来的,所以在JUC-3中改为用微指令产生SRC,消除学生的理解障碍。
指令执行阶段微转移地址的形成方法
JUC-II的指令执行阶段微转移地址的形成方法和其他微转移地址的形成方法不一样,执行阶段微转移地址的形成没有使用NA,用了固定的常数。JUC-3使用了NA参与形成指令执行阶段微转移地址,与其他微转移地址形成的基本方法一致。
细节上,又有三种不同的实现方法,第一种方法容易理解但微转移的级数较多;第三种方法的效率最高但不易理解;第二种方法是个折中,实验指导中介绍的是这种方法。
二级微转移的方法
如 REF _Ref9487 \h 图 STYLEREF 1 \s 1.3,007微指令是执行阶段的总入口,这条微指令再次使用BM2微转移(上一次使用是在取指令结束时),根据操作数个数产生4个分支,分别是双操作数指令的微程序入口(008和009)、单操作数指令的微程序入口(00A)和无操作数指令的微程序入口(00B),这些入口仍然是微转移指令,再产生具体指令的微程序入口地址。
图 STYLEREF 1 \s 1. SEQ 图 \* ARABIC \s 1 3 执行阶段入口的二级微转移
虽然008~00A这4条微转移指令的微转移方式BM都是4,但是NA不同,参与形成微地址的指令操作码也不相同, REF _Ref10568 \h 图 STYLEREF 1 \s 1.4给出了一种方案,根据不同的指令类型,用不同位置的指令操作码参与微地址的生成。
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微地
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