第三章第三讲微程序控制器的微程序设计ppt课件

1、第第3章章 第第3讲讲微程序控制器的微程序设计微程序控制器的微程序设计作业：作业： 1. 认真看懂认真看懂A、B、D组指令的执行步骤，你能提出组指令的执行步骤，你能提出什么改进或者变动的意见吗？说明每组指令各步骤完什么改进或者变动的意见吗？说明每组指令各步骤完成的主要功能。说明取指的两个步骤的控制信号的控成的主要功能。说明取指的两个步骤的控制信号的控制作用。制作用。 2. 认真看懂认真看懂ADD指令执行步骤的控制信号的控制作指令执行步骤的控制信号的控制作用，写出用，写出SUB、OR、AND指令执行步骤的控制信号，指令执行步骤的控制信号，指出它们和指出它们和 ADD 指令使用的控制信号的区别。指

2、令使用的控制信号的区别。 3. 写出写出 JR 和和 JRC 指令在执行功能、执行步骤和指令在执行功能、执行步骤和使用的控制信号方面的区别。使用的控制信号方面的区别。 4. 写出写出 PUSH DR 和和 POPF在指令格式、执行功能在指令格式、执行功能和执行步骤中使用的控制信号方面的区别。和执行步骤中使用的控制信号方面的区别。 5. 总结教学计算机中确定微指令下地址的方式和在总结教学计算机中确定微指令下地址的方式和在微指令字中的具体的控制办法。微指令字中的具体的控制办法。控制器部件控制器部件总体要求：控制器部件的功能、组成、设计与实现是课程教学总体要求：控制器部件的功能、组成、设计与实现是课

3、程教学中的重点难点内容，应该学得好一点。中的重点难点内容，应该学得好一点。设计控制器的基础和依据是指令系统，包括指令的功能、格式、设计控制器的基础和依据是指令系统，包括指令的功能、格式、选用的寻址方式等；选用的寻址方式等；控制器的功能和组成概述，指令的执行步骤概述等内容要非常控制器的功能和组成概述，指令的执行步骤概述等内容要非常清楚地理解，这是学习后续知识的指导性纲要；清楚地理解，这是学习后续知识的指导性纲要；依据指令系统和计算机组成的初步设计，完成不同类型指令的依据指令系统和计算机组成的初步设计，完成不同类型指令的执行步骤设计分成几步，各步骤的功能和接续关系是执行步骤设计分成几步，各步骤的功

4、能和接续关系是更为基础一点的内容；更为基础一点的内容；依据计算机的各功能部件的运行要求，设计控制器应该提供给依据计算机的各功能部件的运行要求，设计控制器应该提供给各功能部件的控制信号，是控制器设计的一个步骤；各功能部件的控制信号，是控制器设计的一个步骤；设计每条指令的每一个执行步骤所用的控制信号是控制器设计设计每条指令的每一个执行步骤所用的控制信号是控制器设计过程中最机械、费时、繁琐的一个步骤；过程中最机械、费时、繁琐的一个步骤；硬连线的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控制硬连线的控制器和微程序的控制器用不同的方法提供全部控制信号，并用不同的方法实现对自身的控制作用。信号，并用不同的

5、方法实现对自身的控制作用。指令执行过程的流水线控制是提高指令执行速度的有效措施，指令执行过程的流水线控制是提高指令执行速度的有效措施，这些内容不作为基本教学要求。这些内容不作为基本教学要求。 控制器的组成控制器的组成程序计数器程序计数器PC：存放指令地址，有：存放指令地址，有+1或接收或接收新值功能。新值功能。指令寄存器指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作：存放指令内容：操作码与操作数地址。数地址。主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号。号。指令执行步骤标记线路：指令执行步骤标记线路： 指明每条指令的执行指明每条指令的执行步骤。步骤。控制信

6、号记忆或产生线路：给出计算机各功能控制信号记忆或产生线路：给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。部件部件协同运行所需要的控制信号。运算器部件运算器部件主存储器部件主存储器部件总线及输入总线及输入/输出接口输出接口(输入输入/输出设备输出设备)控制器部件控制器部件各部件包括各部件包括也包括也包括设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制 每条指令的执行步骤每条指令的执行步骤读取指令读取指令指令地址送入主存地址寄存器指令地址送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器读主存，读出内容送入指定的寄存器分析指令分析指令按指令规定内容执行指

7、令按指令规定内容执行指令 不同指令的操作步骤数，不同指令的操作步骤数， 和具体操作内容差异很大和具体操作内容差异很大, 检查有无中断请求检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程若无，则转入下一条指令的执行过程形成下一条指令地址形成下一条指令地址R_R类型指令类型指令读写内存类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令输入输出类型指令其他类型指令其他类型指令 可能执行 一次或多次 是一次读是一次读内存操作内存操作公共操作公共操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作是每一条指令的特定操作控制控制存储器存储器映射映射IRPC接口接口输出输

8、出设备设备 主主 存存储储 器器运算器运算器部件部件下地址下地址启停启停地址寄存器地址寄存器数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线.控制条件控制条件微指令寄存器微指令寄存器主振主振微程序微程序方案的方案的控制器控制器接口接口输入输入设备设备微程序控制器实验微程序控制器实验 Am2910MAPROM微下微下地址地址CI SCC30 30SCC Gal控制存储器（控制存储器（ ROM）指令操作码指令操作码微指令转移微指令转移的控制条件的控制条件/SCC微指令寄存器微指令寄存器0MRW SA I86 B口口 0SST DC2 0 I20 SB I53 A口口 SSHSCI DC1CP/G读

9、命令读命令1. 确定指令功能与格式确定指令功能与格式 2. 划分指令执行步骤划分指令执行步骤 3. 设计微指令内容设计微指令内容 4. 分配微指令地址分配微指令地址5. 把新微指令写入控存把新微指令写入控存 6. 需要时修改需要时修改 MAPROM 和和 SCC Gal等等 7. 调试并且运行调试并且运行B 口二选一口二选一A 口二选一口二选一IR.SRIR.DRAM2910273377GAL1GAL2GAL3GAL5GAL7GAL4GAL6接 插 件 连 接D7D0D7 D0A7 A0D7 D08 9 11 1219 17 4 2 40 38 36 349 6 5 219 16 15 122

10、5Y7 Y020 18 3 1 39 37 35 331915 131113111816IRH7 IRH03101915 1311 SA I8I6 SB I5I3 SST SSH SCIDC2320 DC1310I2I0 /MIO REQ /WE610I2I0A3A0 B3B0SST SCI SSH25 693 4 5 7 8 925 693525 69SST SCI SSH1518 19221618 20 22151819221618 19221518 1922A3A015 16 21 2215 16 21 22B3B0/PL/OE61/MAP7/OE22IRH4IRH023 1816 14

11、142113CI30I3I01C Z /INT S /Reset18 17 14 13 8 7 4 3201/CLRCLK11CLK11CLK20202020202020252525252525 图6-3 16位微程序控制器线路逻辑图8个灯8个灯8个灯/OE/OE/OE131313/OE/OE13CLKCLK11CLKCLK11CLK111915 13111915 1311A7 A0310A7 A0310310A7 A0310A7 A0310310A7 A03101915 13111915 131120/CE/CE/CE/CE/CE/CE/CE13C_/M25IRLDRV 244IRL 377

12、2 4 6 8 11 13 15 17 IRL7IRL0 IBL7IBL018 17 14 13 8 7 4 319 16 15 12 9 6 5 218 16 14 12 9 7 5 3MPROM2MPROM3VCC A8 GNDQ7Q019 16 15 12 9 6 5 29 6 5 219 16 15 1218 17 14 13 8 7 4 318 17 14 13 8 7 4 3DC2 DC1DC2 DC1 69/MIO REQ /WE SA I8I6 SB I5I3SCC30.下地址MPROM1 CI30 SCC30A8A8A8A8A8A8MPROM6MPROM7 SA I8I6 S

13、B I5I3MPROM4MPROM5A7 A0 B3B0 A3A0/CEA825MAPROM/CC31CP1.A7 A0374Q7Q0Q7Q0D7D0D7D0GAL20V8D7D0D7D0D6D0D7D0D7D0CK /MIO REQ /WEI2I0710710/GAL_OE.下地址CI SCC当前地址C Z /INT S/ResetIRH7IRH0NewInsMicroP这些插针在微程序时应将每排右边两个短接两个一排/列的插针微程序时不要短接.1A11A4 2A12A41Y11Y4 2Y12Y4Q7Q0D7D0CLK11CK1/OE/GIR1D7D01915 1311D7D0IRHDRV 2

14、44IRH 3772 4 6 8 11 13 15 17 IBH7IBH018 17 14 13 8 7 4 319 16 15 12 9 6 5 218 16 14 12 9 7 5 31A11A4 2A12A41Y11Y4 2Y12Y4Q7Q0D7D0CLK11/OE125CK1/GIRG1G2119/ETOIB IRH7IRH0 IRL7IRL4IRL3IRL0 微程序控制器部件微程序控制器部件56位的微指令字长，位的微指令字长， 微下地址字段微下地址字段16位，位， 控制命令字段控制命令字段40位，位，7 片片 28C64 组成控存。组成控存。1 片片 28C65，从指令操，从指令操

15、作码产生微地址，作码产生微地址，1 片片 374 存存 8 位下地址，位下地址，1 片片 273 存存 8 位条件码，位条件码，1 片片377存存8位现微地址。位现微地址。1 片片Am2910给出下一给出下一条条 微指令地址，微指令地址，1 片片GAL 按判断条件按判断条件产产 生微指令转移信号生微指令转移信号/CC；5 片片GAL用作为用作为 5 片片 8位位 的的 D 触发器的寄存触发器的寄存器，器，2 片片GAL 实现两个实现两个4 位位的的 2 选选 1 芯片功能。芯片功能。8 或或 16位的指令寄存器。位的指令寄存器。 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR) /MAP寄存器之

16、间寄存器之间运算与传送运算与传送 读、写内存读、写内存AR地址地址 AR地址地址 读、写内存读、写内存 或或 I/O 接口接口 读、写内存读、写内存 PC地址地址（2） 16 位机的基本指令、扩展指令执行流程图位机的基本指令、扩展指令执行流程图A组组B组组C组组D组组/ResetB、C、D组组 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR) /MAP寄存器之间寄存器之间运算与传送运算与传送 读、写内存读、写内存AR地址地址 AR地址地址 读、写内存读、写内存 或或 I/O 接口接口 读、写内存读、写内存 PC地址地址（2） 16 位机的基本指令、扩展指令执行流程图位机的基本指令、扩展指令执行流

17、程图A组组B组组C组组D组组/ResetB、C、D组组把原来完成读取指令的那一把原来完成读取指令的那一条微指令中的下地址字段的条微指令中的下地址字段的 CI3CI0 从从14h 修改为修改为 02h,则它还同时完成了依据指令则它还同时完成了依据指令操作码读出对应的微指令。操作码读出对应的微指令。0PC、关中断PCAR、PC+1PCMEMIR/MAP12151719131416181A1C2024DR+SRDR0405060708090A0B0C0D0E0F1011DR-SRDRDR and SRDRDR xor SRDRDR-SRDR or SRDRDR and SRSRDRDR+1DRDR-

18、1DRSHL DRSHR DR判断是否转移PC+OFFSETPCSP-1SP、ARSPAR、SP+1SPDRARSRARPCAR、PC+1PCPCAR、PC+1PCPCAR、PC+1PCSPAR、SP+1SPPORTARR0IOIOR0FLAGMEMMEMFLAGMEMDRSRMEMMEMQMEMPCSP-1SP、ARPCMEM、QPC转移不转移加电启动,按RESET按钮0001020330STRQ、判中断31PCAR、PC+1PC伪中断处理，空操作3A无中断1B1D1E1F232122有中断A组B、D组D组B组图7-4 16位机微程序基本指令流程框图加电启动时，加电启动时，执行执行 0PC接

19、下来的两步，接下来的两步，完成取指操作完成取指操作按指令操作码，按指令操作码，读出相应微指令读出相应微指令按指令具体功能按指令具体功能,再分别用再分别用 1、2、3、4 步完成不同步完成不同指令组的中各条指令组的中各条指令的执行过程指令的执行过程最后检查中断请最后检查中断请求信号，有请求求信号，有请求时则响应中断，时则响应中断，否则开始下一条否则开始下一条指令的执行过程指令的执行过程下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 D

20、C1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 1 条微指令和第条微指令和第 2 条微指令用于完成读取指令，具体操作条微指令用于完成读取指令，具体操作功能是：功能是： PCAR ，PC+1PC；PC 是是 R5，A口口 和和 B口口 均选均选5， B口内容口内容+1 送送 B口；输出口；输出A口的内容送口的内容送

21、AR寄存器。读主存，寄存器。读主存， 读读出内容出内容 IR ; 微指令都是顺序执行，故微指令都是顺序执行，故 2910选选 14# 命令。命令。 第第 3 条微指令按读出的指令的操作码，形成相应微指令的地条微指令按读出的指令的操作码，形成相应微指令的地址，读出该条微指令并将其写入微指令寄存器，址，读出该条微指令并将其写入微指令寄存器， 2910选选 2# 命令，命令，控制运算器的控制运算器的 I8I6 选选 001 码，保证运算器的各寄存器内容不变码，保证运算器的各寄存器内容不变化。化。 无存储器和无存储器和IO读写，故读写，故/MIO REQ /WE 选选 100 码。码。下址下址 CI3

22、0 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 DC1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 000 2 0 4 0 1 0 0 0 0 0 0 030 3 0 4 1 B 8 0 0 1 0 0 0 3 0 4 4 B 8 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-P

23、ORT CALA ADR 第第 3 条微指令和第条微指令和第 4 条微指令条微指令 用于完成两个累加器之间的用于完成两个累加器之间的相加和传送操作。具体操作是：相加和传送操作。具体操作是：2 累加器相加，累加器相加，DR+SRDR，A口和口和B口口 编码来自指令寄存器，故编码来自指令寄存器，故SA 和和 SB都给都给 1 值；下微指值；下微指令转判中断请求令转判中断请求, 故故 2910选选 3# 命令且命令且 SCC 为为 0000, 必转必转 30。 第第 4 条微指令，完成两个累加器之间的数据传送，累加器条微指令，完成两个累加器之间的数据传送，累加器SR的内容和的内容和 0相加，存入相加

24、，存入DR寄存器中，不保存标志位的值，故寄存器中，不保存标志位的值，故SST为为000，无存储器和，无存储器和 IO读写。这两条微指令内容有些类似。读写。这两条微指令内容有些类似。下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 0 SST SSH SCI DC2 DC1 DC1 14 3 6 4 7 1 0 0 0 0 0 3 230 3 0 3 7 3 0 0 0 0 0 0 0指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR,

25、SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 第第 5、6 两条微指令完成读串行接口，具体操作是：先送两条微指令完成读串行接口，具体操作是：先送 IO 端口地址端口地址（ 在在 IR 的低的低 8位到地址寄存器位到地址寄存器AR，DC1 为为 2 选选 IR 的低的低 8位送内部总线，位送内部总线，经经 ALU ( 送出送出 D+0 )到到 AR （DC2 为为 3 是是 AR 接收）；接收）；IN 指令时转指令时转14# 微指微指令下地址令下地址 3 个字段为个字段为 14 3 6）；）； 下一微指令完成读串口输入到内部总线，把下一微指令完成读串口输入到内部总线，把D

26、+0 送到送到 ALU并写进并写进 R0（ B 口选口选 0000）；转判中断请求）；转判中断请求, 故故 CI 选选 3# 且且 SCC 为为 0000, 必转必转 30。 下址下址 CI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 BCI30 SCC30 0MRW 0 I20 SA I86 SB I53 B口口 A A口口 0 SST SSH SCI DC2 DC1 0 SST SSH SCI DC2 DC1 00 E 0 4 3 2 0 5 5 0 1 3 000 E 0 1 7 0 0 0 0 0 0 0 000 E 0 4 3 3 1 4 0 0 0 3 0 3

27、 0 0 2 2 0 5 5 0 0 0 1指令执行流程表举例指令执行流程表举例ADD DR, SR MVRR DR, SR IN IO-PORT CALA ADR 后后 4 条微指令之间顺序执行，前条微指令之间顺序执行，前 3 条的条的 CI 都是都是 E，依次完，依次完成：成：1. PCAR，PC+1 PC；(控制命令同读取指令的第控制命令同读取指令的第1步步) ; 2. 读内存读内存 (MRW=001) 送送 Q (D+0 Q) (子程序入口子程序入口)； 3. 修改堆栈指针并送修改堆栈指针并送AR， SP-1 SP,AR；SP 是是 R4，即，即R4 的内容的内容-1 R4 和和 AR ( DC2 为为 3 是是 AR 接收接收); 4. 写断点（写断点（ PC的内容到堆栈的内容到堆栈 , 即即 A 口指定的寄存器口指定的寄存器 (R5)的内容经数据总线送到内存并写入；子程序的入口地址的内