第二讲控制器的功能与组成

（优选）第二讲控制器的功能与组成当前第1页\共有26页\编于星期三\8点指令的执行过程冯.诺依曼结构的计算机即存储程序的计算机，设置内存，存放程序和数据，在程序运行之前存入。执行程序：正确从程序首地址开始；正确分步执行每一条指令，并形成下条待执行指令的地址；正确并自动地连续执行指令，直到程序的最后一条指令。当前第2页\共有26页\编于星期三\8点每条指令的执行步骤—读取指令

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—分析指令—按指令规定内容执行指令不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大,

—检查有无中断请求若有，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形成下一条指令地址R_R类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令其他类型指令

可能执行一次或多次

是一次读内存操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作当前第3页\共有26页\编于星期三\8点2.控制器的组成①程序计数器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能②指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作数地址主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号③指令执行步骤标记线路：

指明每条指令的执行步骤④控制信号保存或形成线路：给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。运算器部件主存储器部件总线及输入/输出接口(输入/输出设备)控制器部件本身各部件包括也包括设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制当前第4页\共有26页\编于星期三\8点时序控制信号形成部件译码IRPC输出设备输入设备主存运算器部件节拍启停地址寄存器械数据总线地址总线控制总线….控制条件控制器信号主振硬布线方案的控制器当前第5页\共有26页\编于星期三\8点控制存储器映射IRPC输出设备输入设备主存运算器部件下地址启停地址寄存器械数据总线地址总线控制总线….控制条件微指令寄存器主振微程序方案的控制器当前第6页\共有26页\编于星期三\8点第3章的第3讲1.微程序控制器的组成、运行原理2.微指令的格式和下地址的处理技术3.主存储器、计算机总线、接口电路等预备性知识当前第7页\共有26页\编于星期三\8点控制器的组成①程序计数器PC

存放指令地址，有+1或接收新值功能②指令寄存器IR

存放指令内容：操作码与操作数地址③指令执行步骤标记线路

指明每条指令的执行步骤。④控制信号保存或形成线路

给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号当前第8页\共有26页\编于星期三\8点控制存储器映射IRPC接口输出设备主存储器运算器部件下地址启停地址寄存器数据总线地址总线控制总线….控制条件微指令寄存器主振微程序方案的控制器接口输入设备当前第9页\共有26页\编于星期三\8点微程序控制器组成与设计

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存储器（ROM）指令操作码微指令转移的控制条件/CC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G读命令1.确定指令功能与格式2.划分指令执行步骤3.确定微指令格式4.设计微指令内容5.把新微指令写入控存6.需要时修改MAPROM和SCCGal等7.调试并且运行B口二选一A口二选一IR.SRIR.DR/MAP/PL当前第10页\共有26页\编于星期三\8点TEC-2000的3个型号

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存储器（ROM）指令操作码微指令转移的控制条件/CC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G读命令TEC-2000:微命令字段使用5片GAL20V8芯片实现，与硬连线控制器分时合用；TEC-2000A:

微命令字段使用5片8D寄存器实现，与硬连线控制器5片GAL20V8芯片分开单独运行；TEC-2000B:又增加了联机直接写控制存储器芯片内容的能力。B口二选一A口二选一IR.SRIR.DR/MAP/PL当前第11页\共有26页\编于星期三\8点微程序控制器部件56位的微指令字长，微下地址字段16位，控制命令字段40位，7片28C64组成控存。1片28C65，从指令操作码产生微地址，1片374存8位下地址，1片273存8位条件码，1片377存8位现微地址。1片Am2910给出下一条微指令地址，1片GAL按判断条件产生微指令转移信号/CC；5片GAL用作为5片8位的D触发器的寄存器，2片GAL实现两个4位的

2选1芯片功能。8或16位的指令寄存器。当前第12页\共有26页\编于星期三\8点三、微程序控制器的运行原理每条指令一个执行步骤用到的全体控制信号组成一微指令每条微指令可以包括一到多个微操作。用多条微指令(一个微程序)解释每条指令的执行过程。全部的微程序有机地组合在一起，被保在控制存储器中。执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期。微指令的格式和内容：下地址字段控制命令字段执行第i条微指令读出第i+1条微指令读与执行微指令的并行流水技术形成第i+1条微指令地址一个微周期接收微指令当前第13页\共有26页\编于星期三\8点下地址字段的内容得到下地址的方法：由指令操作码得到微指令顺序执行微指令必转或条件转移多路微地址转移微子程序调用和返回按次数循环一段微程序其他：如特定入口微地址在微指令下地址字段中表示清楚：使用哪种方法，哪个(些)判断条件，要用的有关地址等，并用专门电路完成必要支持和处理，微指令的下地址是微程序设计中要重点解决的问题之一，技术、技巧性强，应学得好些。在教学计算机中，解决下地址使用了Am2910器件当前第14页\共有26页\编于星期三\8点微堆桟指针SP

5字*12位微堆桟F微程序计数器PC寄存器/计数器R/CDRFPC多路选择器命令译码器增量器零检测D11~D0Y11~Y0CP/FULLCI/CC/CCENI3~I0/PL/MAP/VECT/RLD/OE出栈/入栈保持/清零装数减量保持清零选择R为零Am2910器件当前第15页\共有26页\编于星期三\8点非零循环零/PLPC弹出PC弹出4入栈与装数注1/PLPC压入PC压入6读手拨开关/VECTPCD3条件微转移/PLPCD2功能分支/MAPDD1条件转微子/PLPCD压入完成R/CR/C使能/CC=高/CC=低功能内容操作信号Y输出堆栈Y输出堆栈0初始化/PL0清除0清除8R/C非零减1/PLFF10微子返回/PLPCF弹出14顺序执行/PLPCPC15三路转移非零减1/PLFPC弹出零/PLD弹出

PC弹出当前第16页\共有26页\编于星期三\8点

8位微下地址字段用于直接给出下一条微指令的地址，常用8位,使用微指令字中最高8位编码。最高一位用于扩展功能,单独接线。TEC-2000教学机微程序的下地址字段

微下地址

2910的命令码微转移条件8位4位4位分成3个子字段，总共使用17位码(微指令中用16位)。

4位的命令码，用于选择Am2910的16个命令,如前一页的表格内容所示。

4位的微转移条件给出微指令转移所依据的条件，与教学机具体设计有关。1位当前第17页\共有26页\编于星期三\8点给出计算机各功能部件协同运行所需要的控制信号,

划分成若干字段，分别用于控制各部件

控制运算器部件

如：运算功能，数据来源，结果处理等

控制内部总线把什么数据送到内部总线

控制主存、入出接口(设备)

如:指出是主存读、写还是入出设备读、写，控制命令字段控制几个寄存器的接收（下地址字段）如：指令寄存器、地址寄存器等当前第18页\共有26页\编于星期三\8点1.对运算器部件的控制（脱机、联机）Y15~Y0

用16个指示灯显示结果D15~D0RAM15Q15RAM0Q0CinCyF=0OverF15运算器部件(4片Am2901)A3~0B3~0I8~6

用16个数据开关提供输入数据CZVSSSHSSTSCII5~3

I2~0SCISSHA口

B口I8~6

I5~3

I2~0

SST通过24位微型开关提供控制信号各用四个指示灯显示状态Gal20V8Gal20V8当前第19页\共有26页\编于星期三\8点Am2901的9位控制码累加器Q寄存器Y的输出RS无FFR+SAQ无无FS-RAB

FB无AR-S0Q

FB无FR∨S0BF/2BQ/2QF/RΛS0AF/2B无FRΛSDAF*2BQ*2QFRSDQF*2B无F/(RS)D0编码

000001010011100101110111I8~I6：运算结果处理I2~I0：数据来源I5~I3:运算功能当前第20页\共有26页\编于星期三\8点2.对内部总线的控制

总线是用于连接计算机各个功能部件的线路和连接线，通常由具有三态输出功能的器件构成，以便用分时地方式，在不同时刻把不同的数据发送到总线上，任何时刻仅能有一个数据发送到总线上；总线上的数据可以被送到需要接收数据的部件或者线路，多个线路可以同时接收同一个数据数据。计算机中总要使用3种类型的总线：

数据总线，地址总线，控制总线教学计算机需要对送达内部总线多路数据来源进行选择，分配3位编码。当前第21页\共有26页\编于星期三\8点3.读写主存储器或I/O接口

从学习指令执行步骤考虑，理解对主存储器读写的控制，分成两步：

1.传送主存地址，以选择被读写的存储单元；

2.给出读写命令，读操作时，把读出数据保存起来，写操作时，还要给出写入的数据。从学习指令执行步骤考虑，理解对接口电路读写的控制，分成两步：

1.传送IO端口地址，以选择被读写的芯片；

2.给出读写命令，读操作时，把读出数据保存起来，写操作时，还要给出写入的数据。当前第22页\共有26页\编于星期三\8点4.控制