计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计

计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第1页。第六章CPU的工作机理与微程序设计CPU的设计步骤大致如下：1、拟定指令系统2、确定总体结构3、设计产生各种微命令的控制部件：两种类型——组合逻辑、微程序计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第2页。以8086/8088的结构及指令系统为根底简化设计模型机一、总体结构单BUS结构：CPU、存储器及I/O部件挂接在一组系统总线上，同步方式工作只保存EU结构第一节模型机总体结构计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第3页。CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB系统总线计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第4页。二、CPU内总线结构〔IB〕

第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第5页。CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB

IB双向单总线

IB重用单发送多接收三态门隔离计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第6页。三、CPU中存放器设置〔1〕通用R第一节模型机总体设计设有八个16位通用存放器，功能与8086中通用存放器相同这组存放器采用单口随机访问存储器，每次只能访问其中一个存放器。计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第7页。CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/BPC

IB通用寄存器组GR#W/BRDGRWRGRGR

IB写某个通用寄存器，高电平有效读某个通用寄存器，高电平有效字/字节操作AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISI将某通用寄存器内容送内总线，高电平有效数据R地址R寄存器组MARDZFRPCIRCU时序

RDWRW/BMI/OMDRCALU寄存器组计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第8页。IBWAX：〔1〕通用R三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计GR地址(AX),WRGR,W/B计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第9页。ABus微命令CUCLPCPC+1DBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIR时序

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第10页。RDGRWRGRWRGRSIDIBPSPDLDHCLCHBLBHALAHGR

IBGR#W/BALAHW/BIBGR#计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第11页。

ALBIB

：GR地址（AL），RDGR，

W/B，GRIB〔1〕通用R三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第12页。RDGRWRGRSIDIBPSPDLDHCLCHBLBHALAHGR

IBGR#GR#RDGRGR

IBW/BW/BALIB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第13页。〔2〕暂存器三个暂存器C，D，Z：16位三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第14页。ZDCCCLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMAR

CPDSALSARCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB

CPDSALSARCPZCPCCIB

ZIB

DZD

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第15页。〔2〕暂存器

C：暂存来自R/M数据。例：AXWC：三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计GR#（AX），RDGR，W/B、GRIB、CPC计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第16页。RDGRWRGRSIDIBPSPDLDHCLCHBLBHALAHGR

IBGR#GR#W/BW/BRDGRGR

IBCCPCCPC计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第17页。〔2〕暂存器

D：暂存ALU操作数，具有移位功能。例：将D内容左移一位，打入D：SAL、CPD三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第18页。SALSAR

CPDSAL

CPDCLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARDZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第19页。〔2〕暂存器例：ZWAX：

Z：暂存ALU的运算结果。三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计ZIB、GR#、（AX）、WRGR、W/B计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第20页。WRGR

ZIB

GR#GR#WRGR

ZIB

CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR

IBRDGRD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIBALUABADDSUBB-1

IBW/BW/B通用寄存器组PC

IBW/B计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第21页。16位，只存指令的前2个字节〔指令长度为1-6个字节，前两个字节为操作码和寻址方式〕。CPIR用于控制将IB上的指令打入IR。〔4〕PC16位专用存放器，具有自增功能。一条指令结束前必须自动改变成下地址。〔3〕IR三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第22页。

MDR:R<=>MDR<=>DB<=>M〔5〕MAR和MDRMAR:地址=>MAR=>AB对主存的控制信号：读RD（读），WR（写），W/B（字/字节）三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第23页。RDWRW/BMABusDBusCBus

MARABMAR

CPMARDBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

IBW/BMARCPMAR

MARABCPMDR

MDRIBMDRDBDBMDRW/BMDR计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第24页。〔5〕MAR和MDR例：从内存取指到IR中。

PCIB、CPMARMARAB，RD，W/B，DBMDR、

MDRIB、CPIR三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第25页。ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCPC

IBIRCPIRPC+1CLPCCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIBADDSUBB-1

IBW/BW/BPCPC

IB

CPMARMAR

MARABDBMDRMDR

MDRIBCPIRIRALUAB通用寄存器组计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第26页。（6）标志R：FR

与8086的FR相同

FRIB：将FR内容送内总线。三、CPU中存放器设置第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第27页。FRFRIBFRFRIBCLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZPCCPPCIRCPIRCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第28页。四、ALU部件及控制部件ALU部件根本运算：ADD，SUB，NEG，AND，OR，XOR，NOT，A+1，A-1，B-1，B+1第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第29页。ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCPC

IBIRCPIRPC+1CLPCCU时序

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIBADDSUBB-1

IBW/BW/BALUABALU微命令ADDB-1AB通用寄存器组计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第30页。四、ALU部件及控制部件例：BX+DWZ所产生的控制信号为：GR#（BX），RDGR，W/B，GRIB，ADD，CPZ第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第31页。ALUABALUABusDBusCBus

MARABMARSIDIBPSPDLDHCLCHBLBHALAHGR#GR

IBRDGRWRGRD

IB

CPMARD

CPDSALSARCPZZFRFRIBPCCPPCPC

IBIRCPIRPC+1CLPCCU时序微命令

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDBW/B

MDRIBCCPCCIB

ZIBADDSUBB-1

IBW/BGR#RDGRGR

IBDCPZZADDBLBHW/B计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第32页。四、ALU部件及控制部件控制部件CU第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第33页。微命令CUCU微命令CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIR时序

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第34页。微命令CUCU微命令CLPCPC+1ABusDBusCBus

MARABMARGR#GR

IBRDGRWRGRW/BD

IB

CPMARD

CPDSALSARZCPZFRFRIBPCCPPCIRCPIR时序

RDWRW/BMI/ODBMDRMDRCPMDRMDRDB

MDRIBCCPCCIB

ZIB

ALUABADDSUBB-1

IBW/B通用寄存器组PC

IB计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第35页。立即数局部B3-B4:W=0只使用B3，后面局部提前位移量局部B5-B6: 对disp8占最后一个字节； 对disp16占最后两个字节五指令系统1、指令代码格式位移量高位移量低立即数低MODREGR/M立即数高OP(6)dw〔1〕双操作数指令代码格式:长度2-6B操作特征B1:OP见p102表4-2，其余同8086寻址特征B2: REG见p103表4-3；

MOD与R/M见p103表4-4第一节模型机总体设计表4-2指令 目的操作数 源操作数 操作特征局部MOV REG R/M 100010dwMOV M Imm 1100011wADD REG R/M 000000dwADD R/M Imm 1000000wAND R/M REG 001000dwAND R/M Imm 1000000wd=1，目的操作数由REG字段给出 w=1，字操作表4-4MOD，R/M MODR/M 00 01 10 11000(BX)+(SI) (BX)+(SI)+d8(BX)+(SI)+d16AL/AX001(BX)+(DI) (BX)+(DI)+d8(BX)+(DI)+d16CL/CX010(BP)+(SI) (BP)+(SI)+d8 (BP)+(SI)+d16DL/DX011(BP)+(DI) (BP)+(DI)+d8 (BP)+(DI)+d16BL/BX100(SI) (SI)+d8 (SI)+d16AH/SP101 (DI) (DI)+d8 (DI)+d16CH/BP110d16 (BP)+d8(BP)+d16DH/SI111 (BX) (BX)+d8 (BX)+d16BH/DI存放器直接寻址：AX、BX；基址变址寻址：35H[BX][SI]；存放器间址：[BX]；变址/基址寻址：0135H[BX]；直接寻址方式〔disp16〕，EA为位移量：VAR1、[0100H]。表4-3REGREG W=0 W=1000 AL AX001 CL CX010 DL DX011 BL BX100 AH SP101 CH BP110 DH SI111 BH DI计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第36页。例子：p104例4-1例4-1：指令MOVDA_WORD，1234H。该指令的操作码OPCODE为1100011，REG为辅助操作码，其值为000。设DA_WORD对应地址为0010H。这条指令的代码如何？解：OPCODEWMODREGR/Mdata1data2disp1disp2p102表4-21000P509MOVmem,immP103表4-4？寻址直接寻址Disp16表4-40011034H12H10H00H见P105图4-3C70634121000H计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第37页。例子：p104例4-2例4-2：指令ADDAX,BX。这条指令的代码如何？解：OPCODEdWMODREGR/Mp102表4-20000001000P103表4-3111011P104表4-403C3H计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第38页。〔2〕单操作数指令代码格式操作码扩展：OPCODE=1111111OP2为辅助操作码710765320OPCODEWMODOP2R/MB1操作特征B2寻址特征

disp-lowdisp-highB3-B4位移量计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第39页。例子：p105例4-3例4-3：指令INCAL。这条指令的代码如何？解：OPCODEWMODREGR/Mp507000P103表4-4011000FEC0H计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第40页。2、指令分类〔1〕传送指令MOVDEST，SRC—〔SRC〕DESTSRC可采用立即寻址、R寻址、直接寻址、R间址、变址/基址、基址变址寻址等。DEST不能采用立即寻址，其他同SRC。采用双操作数指令代码格式，长度为2-6字节。第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第41页。①双操作数：ADD/SUB/AND/OR/XORDEST，SRC寻址方式与指令代码格式、长度同MOV指令功能：〔DEST〕OP〔SRC〕DEST

〔2〕算术/逻辑运算指令第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第42页。②单操作数INC/DEC/NEG/NOTDEST指令功能：OP〔DEST〕DEST寻址方式同MOV采用单操作数指令代码格式，长度2-4字节。第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第43页。〔3〕移位指令SAL/SAR/SHL/SHR/ROL/RORDEST，1指令功能：OP〔DEST〕DEST寻址方式同MOV采用单操作数指令代码格式第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第44页。指令代码格式：OPCODEdisp8/16

B1B2-B3②条件转移指令JXX目标；转移条件：XXXX成立：那么〔PC〕+dispPC否那么：顺序执行〔4〕转移指令①无条件转移指令JMP目标；功能:〔PC〕+dispPC计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第45页。（5）子程序调用指令与返回指令①子程序调用指令CALL过程名；指令代码格式：OPCODEdisp-lowdisp-high

B1B2-B3②子程序返回指令RET；指令功能：栈顶元素〔字〕PC指令代码格式：单字节〔OPCODE〕指令功能：将PC内容与相对位移量相加，形成转移地址，送入PC中。〔PC〕堆栈；〔PC〕+dispPC计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第46页。〔6〕堆栈压入与弹出指令①压入指令PUSHSRC〔SP〕-2SP，〔SRC〕〔SP〕SRC为R，为单字节指令01010REGSRC为M，为2—4字节第一节模型机总体设计计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第47页。②弹出指令POPDEST((SP)〕DEST，〔SP〕+2SPDEST为R，01011REGDEST为M，为2—4字节第一节模型机总体设计〔6〕堆栈压入与弹出指令计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第48页。第二节指令流程与组合逻辑控制器设计组合逻辑控制部件的步骤为：1、设计时序系统：设计工作周期、节拍、脉冲时序信号2、拟定指令流程图与微操作时间表3、微命令的逻辑综合与微操作的实现计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第49页。一、时序系统1、工作周期机器周期〔CPU周期〕模型机设置六种工作周期：〔1〕取指周期FC：取指译码〔2〕源周期SC：形成源地址，获得源操作数〔3〕目的周期DC：形成目的地址，获得目的操作数〔4〕执行周期EC：运算、存结果/形成转移地址第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第50页。〔5〕中断响应周期IC：硬件转中断效劳程序〔6〕DMA传送周期DMAC：CPU不操作周期状态触发器：6个触发器对应上面6种工作周期，任一时刻只有一个为1。2、节拍〔时钟周期〕每个工作周期分为假设干节拍模型机节拍宽度：访内操作所需时间〔最长微操作所需的时间〕节拍发生器：产生固定节拍信号，具有清零和加一功能第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第51页。〔3〕工作脉冲同步定时脉冲：在模型机中每个节拍末尾给一个工作脉冲P，作为各种同步脉冲来源。TP打入R下一个T开始第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第52页。以工作周期为线索，拟定各类指令在本工作周期操作流程—易于优化按指令类型分别拟定指令流程—易于理解二、指令流程与微操作时间表拟定指令流程通常有两种方式第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第53页。SR1FCCPFCQ

FCDC复位信号1、取指周期FC公共操作：所有指令需要〔1〕进入FC的条件4种进入FC的情况第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第54页。②一条指令执行结束：无DMA、IC

③转入中断效劳程序前：IC周期后

④恢复被暂停的程序：DMAC后，并无DMA和I

1FC=EC（1IC•1DMAC）+IC+DMAC（1DMAC•1IC）〔2〕取指流程FT0PCMARFT1MMDRIR；PC+1PC①初始化置入FC：开机、复位、“1〞FC触发器第二节指令流程与组合逻辑控制器计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第55页。〔3〕微操作时间表FT0PC

IBT+1PCPMARCPT(P)FT1MARAB，RD，W/B，DB

MDRMDRIBPC+11SC[逻辑式1]1DC[逻辑式2]1EC[逻辑式3]PCPIRCPPCCPT(P)CPFC(P)CPSC(P)CPDC(P)CPEC(P)FC计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第56页。2、MOV指令分析 (1〕FC同前 (2)SC

PC+1=>PCRi=>CPC+1=>PCPC=>MARM=>MDR=>CPC+1=>PCPC+1=>PCImm8RImm[RBI]didi[RBI]di[RB][RI]FCPC+1=>PCPC=>MARM=>MDR=>DPC+1=>PCRB+D=>ZPC+1=>PCZ=>DRI+D=>ZZ=>MARM=>MDR=>CPC+1=>PCPC=>MARM=>MDR=>MARPC+1=>PCM=>MDR=>CPC+1=>PCPC+1=>PCPC=>MARM=>MDR=>DPC+1=>PCRBI+D=>ZPC+1=>PCZ=>MARM=>MDR=>CPC+1=>PCRBI

=>MARM=>MDR=>CST0ST1ST2ST3ST4ST5ST6ST7计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第57页。MOV指令微操作时间表：ST0：PC+1、T+1、CPPC、CPT〔P〕ST1：R寻址〔RC〕发：RDGRW/B〔W〕GRIBCPC[RBI]〔RBIMAR〕发：RDGRW/BGRIBCPMAR其他PCIB

CPMART+1〔R〕、CPT〔P〕；0SC〔R〕、CPSC〔P〕、1DC〔DR〕R、CPDC〔P〕、1EC〔DR〕R、CPEC〔P〕计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第58页。MOV取指微操作时间表ST0PC+1T+1pCPPCCPT(P)ST1PCIB(R+[RBI])RDGR(R+[RBI])W/B(WR+[RBI])GRIB(R+[RBI])T+1(R)0SC(R)1DC(DR)R1EC(DR)RPCPMAR(R)CPC(R)CPT(P)CPSC(P)CPDC(P)CPEC(P)计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第59页。PCMARMMDRDPC+1PCRB+DZPC+1PCZDRI+DZZMARPCMARMMDRMARPC+1PCPC+1PCPCMARMMDRDPC+1PCRBI+DZPC+1PCZMARRBI

MARWWWCMDRMDRMCRjDRDRR[RBI]di[RBI]di[RB][RI]diDT0DT1DT2DT3DT4DT5ET0ET1〔3〕DC：同SC类似计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第60页。P116例子例4-5拟出MOVAL,0FH的指令流程(流图)解:

FT0 PC=>MARFT1 M=>MDR=>IR,PC+1=>PCST0 PC+1=>PCST1 PC=>MARST2 M=>MDR=>C,PC+1=>PCET0 C=>AL

计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第61页。例4-6：拟出MOV1020H[SI]，BX的指令流图与微操作(P116)取FT0

PC->MAR

PC->IB,CPMAR,T+1,CPT(P)指

FT1

M->MDR->IR

MAR->AB,RD,W/B,DB->MDR,MDR->IB,CPIR

PC+1->PC

PC+1,CPPC,1->SC,CPT(P),CPFC(P),CPSC(P)

取ST0

PC+1->PC

PC+1,CPPC,

T+1,CPT(P)

源

ST1

BX

->C

RDGR,W/B,GR->IB,CPC,1->DC,CPT(P),

CPSC(P),CPDC(P)目DT0

PC->MAR

PC->IB,CPMAR,T+1,CPT(P)

的

DT1M->MDR->D

MAR->AB,RD,W/B,DB->MDR,MDR->IB,CPD

PC+1->PC

PC+1,CPPC,T+1,CPT(P)

DT2D+SI

->Z

RDGR,W/B,GR->IB,ADD,CPZ,T+1,CPT(P)

PC+1->PC

PC+1,CPPC

DT3

Z->MAR

Z->IB,CPMAR,1->EC,CPT(P),CPDC(P),CPEC(P)

传ET0

C->MDR

C->IB,

CPMDR,T+1,CPT(P)

送

ET1

MDR

->M

MAR->AB,MDR->DB,WR,W/B,

1->FC(1->DMAC•1->IC),CPT(P),CPEC(P),CPFC(P)计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第62页。3.双操作数的算逻指令分析 (1〕FC和SC同MOV(2)DC

R[RBI]didi[RBI]di[RB][RI]SCM=>MDR=>DPC=>MARM=>MDR=>DPC+1=>PCRB+D=>ZPC+1=>PCZ=>DRI+D=>ZZ=>MARM=>MDR=>MARPC+1=>PCM=>MDR=>DPC+1=>PCPC=>MARPC=>MARM=>MDR=>DPC+1=>PCRBI+D=>ZPC+1=>PCZ=>MARM=>MDR=>DRi=>DRBI

=>MARM=>MDR=>DMDRMDRDRET0ET1CopdZCopdZZMDRZRET2计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第63页。4.单操作数的算逻指令分析 (1〕FC和DC同双操作数的算逻指令(2)EC

取指单操作数算逻辑指令PC+1PCOPDZZRjZMDR取操作数MDRMOPDZFCDT0DT1~DT7ET0ET1ET2同双操作数算逻指令DC的流程DRDR计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第64页。5.移位指令分析 (1〕FC和DC同单操作数的算逻指令(2)EC

DRDRDCOPD=>DD=>RMDR=>MOPD=>DD=>MDR计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第65页。6、转移指令取指转移指令PCMARPCMARMwMDRDPC+1PCPC+1PCPC+DZPC+DZZPCZPCPC+1PCFCJMPJPJXXJPET0ET1ET2ET3ET4disp8M

BMDRDPC+1PCdisp16计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第66页。7、子程序调用指令与返回指令取指Z—1ZMDR

MwPC

MDRPCMARMMDRDPC+1PCWSP—

1ZPC+1PCZSP、MARＰＣ＋ＤＺＺＰＣCALL指令取位移量SP－2SP，且PC指向下条指令返回地址存入堆栈计算子程序入口地址再送入PCFCET0ET1ET2ET3ET4ST0ST1ET5ET6计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第67页。7、子程序调用指令与返回指令取指SPMARMMDRPCSP+1ZZ+1ZZSPWRET指令FCET0ET1ET2ET3ET4从栈顶取返回地址SP+2SP计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第68页。8、堆栈压入取指RiCSP—1ZZ—1ZZSP、MARMDRMwPUSH指令FCET0ET1ET2ET3ET4C中操作数送栈顶字单元SP—2SP、MAR取操作数CMDRSC同MOV指令的SC流程R[RBI]、di、di[RBI]、di[RB][RI]计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第69页。8、堆栈弹出指令取指SPMARMMDRCSP+1ZZ+1ZZSPWPOP指令FCET0ET1DC从栈顶取操作数送CSP+2SPPC+1PCCRjCMDRMDRM取目的地址RDRWST0ST1ST2ST3ST4[RBI]、di、di[RBI]、di[RB][RI]计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第70页。9、中断响应周期IC10、DMAC—DMA传送周期11、键盘操作复位信号，0PC，转OS入口系统命令，n

PC，转系统程序首址计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第71页。PCIB=FC•T0+MOV•（R+[RBI]）•SC•T1+MOV[RBI]•DC•T0+….CPMAR=FC•T0•P+MOV•R•SC•T1•P+MOV[RBI]•DC•T0+….T+1=FC•T0+MOV•SC•T0+MOV•R•SC•T1+…..CPT=P…..微命令的逻辑表达式:操作码、寻址译码信号、工作周期、节拍、工作脉冲三、微命令综合计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第72页。R/MGR地址的产生:R/MGR地址=〔MOD=11〕•〔d•SC+d•DC+d•EC〕REGGR地址=〔d•SC+d•DC+d•EC〕RB/IGR地址=〔MOD=11〕•〔d•SC+d•DC〕{MOD=11存放器寻址}GR地址的产生计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第73页。微操作信号发生器（组合逻辑电路）OPdwMODREGR/M变址(基址)寄存器地址形成电路周期状态触发器节拍发生器时钟译码译码译码译码多路开关R／ＭGR地址REG

GR地址RB/I

GR地址T+11FCPCIBRX

GR地址

微指令Ｒ／ＭＧＲ地址RB/RIMODR/M周期外部请求PIRFRPC……………计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第74页。第三节微程序控制原理设计微命令控制部件的两种类型—组合逻辑控制和微程序控制计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第75页。一、微程序控制概念IRPSWPC后继微指令地址形成电路微地址寄存器微操作控制字段顺序操作字段译码译码ROM微指令存放器µIR控制存储器CM微指令序列指令代码运行状态……………计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第76页。1、微程序执行过程的描述一条指令对应的微程序的执行过程是：〔1〕公用微指令：完成一条机器指令取指，µPC为0#或1#〔µPC〕µIR〔2〕形成微程序入口地址：通过IR的操作码生成微程序入口地址〔3〕执行微程序：从CM中取出微指令顺序执行，微地址字段µPC重复〔4〕返回：一段微程序执行完返回—µPC0或1#计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第77页。2、根本概念和术语〔1〕微命令与微操作微命令：控制信号序列的最小单位，如开/关控制门，打入R等微操作：由微命令控制实现的操作过程计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第78页。微命令字段〔微操作控制字段〕：记录各微操作所对应的控制信号顺序控制字段〔微地址字段〕：记录下一条将要执行的微指令地址微周期：从CM中读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间〔2〕微指令与微周期微指令：假设干个微命令的组合，实现可并行的操作计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第79页。〔4〕工作程序与微程序、主存储器与CM工作程序：以机器指令为单位存放在主存中微程序：以微指令为单位存放在CM中不能互相取代〔3〕微程序与微程序设计微程序设计：利用微指令集合进行程序设计。如微子程序、循环、分支等计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第80页。1、直接控制编码〔不译码法〕不译码：每一位代表一个微命令，1有效优缺点：控制—简单、速度—快、并行—好；长度—长二、微指令的编码方式计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第81页。把相斥性微命令组合在同一字段中，采用编码方式存取。把相容性微命令组合在不同字段中，各段单独译码。2、分段直接编译法微命令的相容与相斥：

ADD与SUB—相斥

RDGR、W/B、GRIB—相容译码译码译码微命令字段顺序控制字段微指令………计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第82页。3、分段间接编译法A顺序控制字段微指令译码100123a1a2a8a1a2a8微指令字段………计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第83页。入口地址形成：〔1〕当机器指令的操作码位数与位置固定时操作码P入口地址，如P000P〔2〕分级转移：对操作码位数与位置固定的同类指令，采用相同方法形成入口地址。不同类采用不同转移方式。〔3〕PLA电路：用PLA电路对每个机器指令直接形成入口地址三、微程序的顺序控制1、微程序入口地址的形成公用微程序：µPC=0或1计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第84页。000000000111100000JMP100000JMP101000。….

JMP111000入口地址机器指令计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第85页。2、后继微地址的形成（1）增量方式：µPC顺序执行：µ

PC+1µPC控制字段转移地址转移方式无条件转移：转移方式=N1，由转移地址字段给出转移的微地址条件转移：转移方式=N2，由转移地址字段给出转移的微地址〔成功后〕计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第86页。转微子程序：转移方式=N3，由转移地址给出微子程序入口地址〔存原µPC到返回R〕微子程序返回：转移方式=N4，把返回RµPC优缺点：简单、速度不高（2）断定方式后继微地址由程序设计者指定控制字段非测试段测试段微地址高位根据测试结果产生低位〔3〕混合方式：将〔1〕、〔2〕结合计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第87页。四、微指令格式1、水平型微指令一般采用直接控制编码和分段直接编码并行性高，长度长2、垂直型微指令类似机器指令，对微操作码字段进行编码

计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第88页。第四节微程序设计一、时序系统微周期：不同组合逻辑设计，工作周期用统一的微周期代替。微周期长度：取微指令时间+执行微指令时间。CPµIRP执行微指微周期计算机原理及CPU的工作原理及微程序设计全文共97页，当前为第89页。二、微指令格式通过模型机的微指令设计来理解上面的概念1、微指令格式JCFDBFW／BFMFABFPCFALUFCPFGRAFEFGRFIB323235212135

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