本文共 4223 字,大约阅读时间需要 14 分钟。
数据总线、地址总线和控制总线
连接在一起,如下图: 1)运算器部件通过数据总线
与内存储器、输入设备和输出设备传送数据
。 2)输入设备和输出设备通过接口电路与总线
相连。 3)内存储器、输入设备和输出设备从地址总线
接收地址信息,从控制总线
得到控制信号,通过数据总线
与其他部件传输数据。 4)控制器部件从数据总线
接收指令信息,从运算器部件接收转移指令地址,送出指令地址到地址总线,并向其他部件提供运行所需的控制信号。取出指令
和指出下一条指令的地址
。 2)进行指令译码、测试
,产生对应的控制信号
。 3)指挥并控制 CPU、主存、I/O之间的数据流
。按时间顺序
产生一系列微操作控制信号
。通常由复杂的组合逻辑门电路和一些触发器构成,因此又称组合逻辑控制器
。CU 的输入信号来源
: 1)经指令译码器
译码产生的指令信息。 2)时序系统
产生的机器周期信号和节拍信号。 3)来自执行单元
的反馈信息(标志)。 4)来自控制总线
的控制信号(中断请求等)。时钟信号控制节拍发生器
产生宽度为一个时钟周期的节拍。存取周期作为基准时间
,即内存中读取一个指令字的最短时间作为机器周期。控制功能部件
执行相关功能的操作信号
,必须按一定顺序发出才能让机器有序地工作。一条指令分为 3 个工作周期:取指、间址和执行
,每个周期地微操作命令:
同步控制、异步控制和联合控制
三种控制方式。统一的时钟
,所有控制信号均来自这个统一的时钟信号;通常以最长的微操作序列和最繁琐的微操作为标准
,采取完全统一的、具有相同时间间隔和相同数目的节拍作为机器周期来运行不同指令。优点是电路简单
,缺点是速度慢
。不存在基准时标信号
,各部件按自身固有的速度工作
,通过应答方式联络
;优点是运行速度快
,缺点是控制电路复杂
。同步控制、异步控制的折中
,对不同指令的微操作实行大部分采用同步控制、小部分采用异步控制的方法。操作时间表
。先根据微操作节拍安排,列出微操作命令的操作时间表,操作时间表包括各个机器周期、节拍下每条指令完成的微操作控制信号。操作信号综合
。根据微操作时间表进行综合分析、归类,写出各微操作控制信号的逻辑表达式并进行适当简化;表达式一般包括下列因素: 微操作控制信号=机器周期∧节拍∧脉冲∧操作码∧机器状态条件
经过化简、整理得出用现有门电路实现的微操作命令逻辑表达式。微操作命令的逻辑图
。根据逻辑表达式画出对应每个微操作信号的逻辑电路图,并用逻辑门电路实现。将微操作信号代码化,使每条机器指令转化为一段微程序并存放在专门的控制存储器,微操作控制信号由微指令产生
;因此,微程序控制用存储逻辑实现。将每条机器指令编写成一个微程序,每个微程序包含若干微指令,每条微指令对应一个或几个微操作命令
。控制部件向执行部件发出的各种控制命令称为微命令
。指那些可以同时产生、共同完成某一些微操作的命令
。指在机器中不允许同时出现的微命令
。若干微命令的集合
,存放微指令的控制存储器的单元地址称为微地址;一条微指令包括:操作控制字段(操作码字段),用于产生某一步操作所需的各种操作信号;顺序控制字段(微地址码字段),用于控制产生下一条要执行的微指令地址
。指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应微操作所需的时间
。存放程序和数据
,位于 CPU 外部,用 RAM 实现;控制存储器(CM)用于存放微程序
,在 CPU 内部,用 ROM 实现。指令的有序集合
,用于完成特定的功能;微程序是微指令的有序集合
,一条指令的功能由一段微程实现
。微程序用于描述机器指令,是机器指令的实时解释器,由计算机设计者事先编制好并存放在控制存储器中,一般不提供给用户
;程序由机器指令组成,由软件设计人员事先编制好并存放在主存或辅存中。微程序控制器的核心,存放各指令对应的微程序,用 ROM 制作
。存放从控制存储器取出的微指令,位数同微指令字长
。用于产生初始微地址和后继微地址,为在控制存储器中读取微指令做准备
。取指微程序入口地址(一般为 0 号单元)
送入 CMAR,并从 CM 读取相应微指令送入 CMDR。解析微指令的操作码字段
,通过微地址形成部件产生该机器指令对应的微程序的入口地址,并送入 CMAR。-从 CM 中逐条取出对应微指令并执行
。
指执行完当前机器指令对应的微程序后,回到取指微程序入口地址,继续第①步操作
。若指令系统中有 n 种机器指令,则控制存储器种的微程序数量至少是 n+1.
对微指令的控制字段进行编码
,以形成控制信号;编码的目标是在保证速度的情况下,尽量缩短微指令字长
。直接控制方式
,此方式下无须进行译码
,微指令中的每一位都代表一个微命令
;设计微指令时,选用某个微命令则只需将对应位设置成 1,反之则反。 优点是简单、直观,执行速度快,操作并行性好;缺点时微指令字长容易过长,n 个微命令则微指令就得有 n 位,造成控制存储器容量极大。将微指令的微命令字段分成若干小字段,把互斥性微命令组合在同一字段中,把相容性微命令组合在不同字段中
,每个字段独立编码,每种编码对应一个微命令且个字段编码含义单独定义,与其他字段无关,如下图: ①互斥性微命令再同一段内,相容性的不同段;②每个小段包含的信息位不能太多,否则增加译码线路的复杂性和译码时间;③一般每个小段要留出一个状态,表示本字段不发出任何微命令。因此,但某字段为 3 位,则最多只能表示 7 个互斥的微命令,通常 000 表示不操作。
一个字段的某些微命令需由另一个字段中的某些命令来解释,因此称为字段间接编码
,又称隐式编码。可进一步缩短微指令字长,但因为削弱了微指令的并行控制能力,因此通常作为字段直接编码方式的一种辅助手段。下地址字段指出
。微指令中设置一个下地址字段,由微指令的下地址字段直接指出后继指令的地址,这种方式又称为断定方式
。根据机器指令的操作码形成
。机器指令取至指令寄存器后,微指令的地址由操作码经微地址形成部件形成。①增量计数器法,即(CMAR)+1→CMAR,适用于后继微指令的地址连续的情况。②根据各种标志决定微指令分支转移的地址。③通过网络测试形成。④由硬件直接产生微程序入口地址;电影加电后,第一条微指令的地址可由专门的硬件电路产生,也可由外部直接向 CMAR 输入微指令的地址,这个地址即为取指周期微程序的入口地址。
水平型微指令和垂直型微指令
。直接编码、字段直接编码、字段间接编码和混合编码
都属于水平型微指令,其基本指令格式如下: 每一位都对应一个控制信号,1 表示有效,0 表示无效
。优点是微程序短,执行速度快;缺点是微指令长,编写微程序较麻烦。采用类似机器指令操作码的方式,在微指令中设有操作码字段
,采用微操作码编译法,由微操作码规定微指令的功能,指令格式如下: 在垂直型基础上增加一些不太复杂的并行操作,具有微指令较短、便于编写、微程序短和执行速度快的特定。
水平型微指令和垂直型微指令的异同:
①水平型并行操作能力强、效率高、灵活性强;垂直型则较差。②水平型的指令执行时间短;垂直型的指令执行时间长。③由水平型微指令解释指令的微程序,具有微指令字较长但微程序短的特点;垂直型则相反,其微指令短而微程序较长。④水平型微指令用户难以掌握,而垂直型微指令与指令比较相似,相对容易掌握。
转载地址:http://jmqgn.baihongyu.com/