计算机组成原理4.3 控制器部件

1、1微操作控制部件微操作控制部件2注意：注意： 每个微操作命令都是一个逻辑电路的每个微操作命令都是一个逻辑电路的输出。所以，微操作命令发生器就是一个输出。所以，微操作命令发生器就是一个庞大的组合逻辑电路。庞大的组合逻辑电路。C0C1C2CnT0T1T2TkI0I1Im微操作控制信号微操作控制信号 C Ci i = F( I= F( Ij j ,T,Tk k ,S,Sl l ) )S0S1SL41.1.设计过程设计过程5 (2) (2)将各条指令在不同将各条指令在不同cpucpu周期的不同节拍中产周期的不同节拍中产生的同一微操作信号集中到一起形成一个逻辑生的同一微操作信号集中到一起形成一个逻辑表达

2、式。表达式。 (1) (1)根据硬件的结构图写出每条指令的操作流根据硬件的结构图写出每条指令的操作流程并分解成微操作序列。程并分解成微操作序列。6模型机结构图模型机结构图微命令微命令发生器发生器78PCMARRD MPC+1PCMDRIRIR(ADR)MARADDRD M读出操作AC+MDRAC指令译码M1M2T1T1T2T2T3T3T4T4LDAR(C16)RD M(C13)PC+1(C17)LDDR(C14)LDIR(C15)LDAR(C16)RD M(C13)LDDR(C14)指令译码DRX(C8)R1 Y(C5)“+” (C10)LDR1(C1)uI1uI2uI300H82H34HAD

3、D指令操作流程图指令操作流程图ADD指令微程序流程图指令微程序流程图9RD M = M1T2+M2T2(LDA+ADD+AND)LDPC = M2(T1JMP+T3JZZF=1)DRX = M2T4(LDA+ADD+AND)LDAR = M1T1+M2T1(LDA+STA+ADD+AND)10111213.ADD R1ADD R1，R2R2 INC R1INC R1.主存储器主存储器控控制制存存储储器器 机器指令对应的微程序机器指令对应的微程序( (微指令微指令) ).141516 微地址微地址 形成部件形成部件顺序逻辑顺序逻辑uMAR地址译码地址译码控制存储器控制存储器标志标志CLK至至 C

4、PU 内部和系统总线的控制信号内部和系统总线的控制信号 OPIR控制信号控制信号下地址下地址微指令基本格式微指令基本格式 uIR下地址下地址17M+1MM+2P+1KK+2PP+2K+1取指周期取指周期 微程序微程序对应对应 LDA 操作的微程序操作的微程序对应对应 STA 操作的微程序操作的微程序间址周期间址周期 微程序微程序中断周期中断周期 微程序微程序M+1M+2P+1P+2K+1K+2MM转执行周期微程序转执行周期微程序转取指周期微程序转取指周期微程序18控存控存M+1MM+2P+1QQ+2PP+2Q+1取指周期取指周期 微程序微程序对应对应 LDA 操操作的微程序作的微程序对应对应

5、ADD 操操作的微程序作的微程序Q+1Q+2MM+1M+2P+1P+2M对应对应 STA 操操作的微程序作的微程序K+1K+2MKK+2K+1LDA XADD YSTA Z主存主存STP用户程序用户程序19(a) 取指阶段取指阶段M uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令形成下条微指令地址形成下条微指令地址Ad (uMDR ) uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad (uMDR ) uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令M + + 1M + + 2PC MAR1 RM ( MAR ) MDR( PC ) +

6、 + 1 PCMDR IR0 0 1 0 0 0 0M + + 21 0 0 0 0 1M+ +1M0 1 0 0 1 0M+ +2M + + 1形成下条微指令地址形成下条微指令地址执行取指微程序执行取指微程序20(b) 执行阶段执行阶段CM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad (uMDR ) uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令Ad (uMDR ) uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令OP ( IR ) 微地址形成部件微地址形成部件 uMAR( P uMAR )Ad (uMDR ) uMARAd ( IR )

7、MAR1 RM ( MAR ) MDRMDR AC0 0 0 0 0 0 1 0P + + 2 M执行执行 LDA 微程序微程序 形成下条微指令地址形成下条微指令地址 P + + 1形成下条微指令地址形成下条微指令地址 P + + 2形成下条微指令地址形成下条微指令地址 M( M uMAR )0 1 0 0 0P+ +2P + + 10 0 0 1 0 0 1P+ +1P21(c) 取指阶段取指阶段PC MAR1 R1 0 0 0 0 1M+ +1M全部微指令存在全部微指令存在 CM 中中，程序执行过程中，程序执行过程中 只需读出只需读出关键关键 微指令的微指令的 操作控制字段如何形成微操作命

8、令操作控制字段如何形成微操作命令 微指令的微指令的 后继地址如何形成后继地址如何形成执行取指微程序执行取指微程序M uMARCM (uMAR ) uMDR由由 uMDR 发命令发命令形成下条微指令地址形成下条微指令地址M + + 122232425下地址下地址控制部分控制部分2627281Ia微命令信号bdchgfeji微指令I2I34II5I87I6I29 X X X X X X X X301Ia微命令信号bdchgfeji微指令I2I34II5I87I6I31320000 0000 无操作无操作 0001 0001 A A 0010 0010 B B 0011 0011 C C 0100

9、A0100 AX X 0101 A0101 AY Y0110 B0110 BX X0111 B0111 BY Y CX CX1001 CY1001 CY1010 “+”1010 “+”1011 “&”1011 “&”100010001100 “-”1100 “-”33 微指令的下地址字段微指令的下地址字段34232位位801032位位35执行取指执行取指微程序微程序IR（OP）MAPROM进行地址映射进行地址映射微程序的微程序的入口地址入口地址读出第一条读出第一条微指令并用微指令并用于控制各部于控制各部件的操作件的操作地址字段地址字段控制取下控制取下条微指令条微指令如此循环，如

10、此循环，直到最后一直到最后一条微指令条微指令执行判中执行判中断微程序断微程序完成一条完成一条机器指令机器指令开开始始P2073637 微命令字段微命令字段 判别测试字段判别测试字段 下地址字段下地址字段问微指令中的三个字段分别是多少位？问微指令中的三个字段分别是多少位？3839Am2910MAPROMCI30scc30微下微下地址地址SCC Gal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/CCMRW I20 I87I6 I53 A30B30 SST20 SSHSCI10 DC2 DC1CP/G读命令读命令 其中其中8 8位用于给出微指令转移用的转移地址。位用于给出微指令转移

11、用的转移地址。 位用于微程序定序器位用于微程序定序器Am2910Am2910的命令码的命令码CICI3 3CICI0 0。 4 4位位SCCSCC3 3SCCSCC0 0用于给出微指令转移的判别条件。用于给出微指令转移的判别条件。4041 其中其中2323位用于对运算器的操作控制位用于对运算器的操作控制(I(I8 8I I0 0、A A口、口、B B口、口、SSTSST、SCISCI、SSH) SSH) 。 /MIO/MIO、REQREQ、/WE 3/WE 3位构成对读写周期的控制。位构成对读写周期的控制。 DC1DC1的的3 3位形成对送往内部总线数据的选择控位形成对送往内部总线数据的选择控制。制。 DC2DC2的的3 3位指定接收数据输入的专用寄存器。位指定接收数据输入的专用寄存器。42运算器（运算器（23位）位）内存或内存或I/O读写（读写（3位）位） 专用寄存器操作（专用寄存器操作（3位）位） 内部数据总线来源（内部数据总线来源（3位）位）4344 /MIO /MIO（0 0：有内存和串口读写，：有内存和串口读写，1 1：无）：无） REQ REQ （0 0：读写内存，：读写内存，1 1：读写串行口）：读写串行口） /WE /WE （0 00 0：写操作，：写操作， 1 1：读操作）：读操作）0000 写内存写内存0011