《中央處理器》PPT課件

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1、第 6章 中 央 處 理 器中 央 處 理 器 (CPU)=運 算 器 (ALU)+控 制 器 (CU)。 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 6.3 CPU控 制 流 程 6.4 控 制 器 的 組 成 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程 6.6 指 令 流 水 6.7 操 作 控 制 信 號 形 成 部 件 6.1 CPU的 組 成 與 操 作1、 CPU的 組 成2、 CPU的 四 種 基 本 功 能3、 從 內(nèi) 存 讀 取 一 個 字4、 把 一 個 字 寫 入 主 存5、 通 用 寄 存 器 之 間 傳 送 數(shù) 據(jù)6、 完 成 算 術(shù) 、 邏

2、輯 運 算 6.1 CPU的 組 成 與 操 作1、 CPU的 組 成 ： PC程 序 計 數(shù) 器 IR指 令 寄 存 器指 令 譯 碼 器內(nèi) 部 總 線存 儲 器 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 MDR存 儲 器 地 址 寄 存 器 MAR算 數(shù) 邏 輯 運 算 單 元 ALU通 用 寄 存 器 R 0到 R(n-1)暫 存 寄 存 器 Y、 Z 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . .

3、 . 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 R(n-1) Y . . .Yin A BALU Z Zout Yout R (n-1)out Zin 圖 6.2 寄 存 器 的 輸 入 門 和 輸 出 門 . . .R(n-1)in 6.1 CPU的 組 成 與 操 作2、 CPU的 四 種 基 本 功 能 ： （ 1） 、 讀 取 某 一 主 存 單 元 的 內(nèi) 容 ， 并 將 其裝 入 某 一 個 CPU寄 存 器 ； （ 2） 、 把 一 個 數(shù) 據(jù) 字 從 某 一 個 CPU寄 存 器存 入 某 個 給 定 的 主 存 單 元 中 ； （ 3） 、 把 一 個 數(shù) 據(jù) 字 從 某 一 個

4、 CPU寄 存 器送 到 另 一 個 寄 存 器 或 者 ALU； （ 4） 、 進(jìn) 行 一 個 算 術(shù) 運 算 或 邏 輯 運 算 ， 將結(jié) 果 送 入 某 一 個 CPU寄 存 器 。 6.1 CPU的 組 成 與 操 作3、 從 內(nèi) 存 讀 取 一 個 字 ： 舉 例 ： 假 設(shè) 要 訪 問 的 主 存 單 元 地 址 放 在 寄存 器 R1中 ， 并 且 要 求 把 讀 出 的 內(nèi) 容 裝 入 寄 存 器R2。（ 1） 、 MAR R1 (R1out, MARin)（ 2） 、 Read（ 3） 、 WMFC ； 等 待 MFC信 號 （ Wait MFC）（ 4） 、 R2 MDR

5、(MDR out, R2in) 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . （ 1） 、 MAR R1 (R1 out, MARin)（ 2） 、 Read（ 3） 、 WMFC ； 等 待 MFC信 號（ Wait MFC）（ 4） 、 R2 MDR (MDRout, R2in) 6.1 CPU的 組 成 與 操 作4、 把 一 個 字 寫 入 主 存 ： 舉 例 ： 假 設(shè) 要

6、寫 入 的 數(shù) 據(jù) 字 放 在 R2中 ， 存儲 單 元 的 地 址 放 在 R1中 。（ 1） 、 MAR R1 (R1out, MARin)（ 2） 、 MDR R2 (R2out, MDRin)（ 3） 、 Write （ 4） 、 WMFC 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . （ 1） 、 MAR R1 (R1 out, MARin)（ 2） 、 MDR R2 (R2

7、out, MDRin)（ 3） 、 Write （ 4） 、 WMFC 6.1 CPU的 組 成 與 操 作5、 通 用 寄 存 器 之 間 傳 送 數(shù) 據(jù) ： 舉 例 ： 將 寄 存 器 R1的 內(nèi) 容 傳 送 到 R4 。 R1out， R4in 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . . . R1 out， R4in 6.1 CPU的 組 成 與 操 作6、 完 成 算 術(shù)

8、 、 邏 輯 運 算 ： 舉 例 ： 完 成 寄 存 器 R1的 內(nèi) 容 與 寄 存 器 R2的內(nèi) 容 相 加 ， 并 將 結(jié) 果 送 入 寄 存 器 R3 。（ 1） 、 R1out， Yin （ 2） 、 R2out， Add， Zin （ 3） 、 Z out， R3in 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . （ 1） 、 R1 out， Yin （ 2） 、 R2out

9、， Add， Zin （ 3） 、 Zout， R3in 6.1 CPU的 組 成 與 操 作接 通三 態(tài)門 的時 間 總 線傳 輸時 間 通 過 ALU的 延 時 建 立時 間 保持時間 有 效 數(shù) 據(jù)進(jìn) 入寄 存器 Z 準(zhǔn) 備下 一操 作的 控制 信號 下 一操 作開 始 R2out t0 t1 t2 t3 t4 t5Zin圖 6.3 加 法 操 作 期 間 控 制 信 號 的 時 序R2out， Add， Zin 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 1、 同 步 控 制 方 式2、 異 步 控 制 方 式3、 聯(lián) 合 控 制 方 式 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 1、 同 步

10、控 制 方 式 ： 系 統(tǒng) 有 一 個 統(tǒng) 一 的 時 鐘 ， 所 有 控 制 信 號 均來 自 這 個 統(tǒng) 一 的 時 鐘 信 號 。 指 令 周 期 ： CPU每 取 出 并 執(zhí) 行 一 條 指 令 所需 要 的 全 部 時 間 。 工 作 周 期 （ 機 器 周 期 ） ： 指 令 運 行 過 程 中相 對 獨 立 的 階 段 。 一 般 把 指 令 的 運 行 過 程 分 為取 指 令 、 讀 取 操 作 數(shù) 及 執(zhí) 行 (包 括 寫 結(jié) 果 )等 三個 基 本 工 作 周 期 。 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 時 鐘 周 期 ： 在 一 個 機 器 周 期 里 可 以 完 成

11、 若 干 個 微 操 作 ，每 個 微 操 作 都 需 一 定 的 時 間 ， 可 用 時 鐘 信 號 來控 制 產(chǎn) 生 每 一 個 微 操 作 命 令 。 因 此 ， 一 個 機 器周 期 內(nèi) 包 含 若 干 個 時 鐘 周 期 （ 又 稱 節(jié) 拍 或 狀態(tài) ） 。 在 每 個 節(jié) 拍 內(nèi) 機 器 可 完 成 一 個 或 幾 個 需 同時 執(zhí) 行 的 微 操 作 。 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 2、 異 步 控 制 方 式 : 沒 有 基 準(zhǔn) 時 鐘 信 號 ， 沒 有 固 定 的 周 期 節(jié) 拍 和嚴(yán) 格 的 時 鐘 同 步 ， 執(zhí) 行 每

12、條 指 令 和 每 個 操 作 需 要多 少 時 間 就 占 用 多 少 時 間 。 這 種 方 式 微 操 作 的 時 序 由 專 門 的 應(yīng) 答 線 路 控制 ， 即 當(dāng) CU發(fā) 出 執(zhí) 行 某 一 微 操 作 的 控 制 信 號 后 ，等 待 執(zhí) 行 部 件 完 成 了 該 操 作 后 發(fā) 回 “ 回 答 ” (或“ 結(jié) 束 ” )信 號 ， 再 開 始 新 的 微 操 作 ， 使 CPU沒 有空 閑 狀 態(tài) ， 但 因 需 要 采 用 各 種 應(yīng) 答 電 路 ， 故 其 結(jié)構(gòu) 比 同 步 控 制 方 式 復(fù) 雜 。 6.2 CPU時 序 控 制 方 式 3、 聯(lián) 合 控 制 方 式 ：

13、 所 謂 聯(lián) 合 控 制 方 式 是 同 步 和 異 步 控 制 方 式的 結(jié) 合 。 對 于 不 同 的 操 作 序 列 以 及 其 中 的 每 個 操 作 ，實 行 部 分 統(tǒng) 一 、 部 分 區(qū) 別 對 待 的 方 式 。 6.3 CPU控 制 流 程 程 序 執(zhí) 行 完 了 嗎 ？取 出 指 令 啟 動 分 析 指 令執(zhí) 行 指 令 是 否 有 中 斷 請 求 ？轉(zhuǎn) 中 斷 處 理 程 序 返 回 否 是 是 圖 6.5 CPU控 制 流 程 否 等 待 程 序 :能 完 成 某 個 確 定 算法 的 指 令 序 列 。 計 算 機 進(jìn) 行 信 息 處 理 的過 程 就 是 不 斷 地

14、 取 指 令 、 分析 指 令 和 執(zhí) 行 指 令 這 樣 一 個周 而 復(fù) 始 的 過 程 。1、 取 指 令 : 由 程 序 計 數(shù) 器 （ PC） 指出 當(dāng) 前 指 令 地 址 ， 通 過 執(zhí) 行“ MAR （ PC） ” 和 “ Read”命 令 ， 從 主 存 中 取 出 指 令 。 6.3 CPU控 制 流 程 程 序 執(zhí) 行 完 了 嗎 ？取 出 指 令 啟 動 分 析 指 令執(zhí) 行 指 令 是 否 有 中 斷 請 求 ？轉(zhuǎn) 中 斷 處 理 程 序 返 回 否 是 是 圖 6.5 CPU控 制 流 程 否 等 待 2、 分 析 指 令 : 對 取 出 的 指 令 進(jìn) 行 分 析

15、，指 出 它 執(zhí) 行 什 么 操 作 ， 產(chǎn) 生相 應(yīng) 的 操 作 控 制 信 號 。 如 果參 與 操 作 的 數(shù) 據(jù) 在 主 存 中 ，則 還 需 要 形 成 操 作 數(shù) 地 址 。3、 執(zhí) 行 指 令 : 根 據(jù) 指 令 分 析 得 到 的“ 操 作 命 令 ” 和 “ 操 作 數(shù) 地址 ” ， 按 一 定 的 算 法 形 成 相應(yīng) 的 操 作 控 制 命 令 序 列 ， 通過 運 算 器 、 存 儲 器 及 外 部 設(shè)備 等 的 具 體 執(zhí) 行 ， 實 現(xiàn) 每 條指 令 的 功 能 。 6.3 CPU控 制 流 程 程 序 執(zhí) 行 完 了 嗎 ？取 出 指 令 啟 動 分 析 指 令執(zhí)

16、 行 指 令 是 否 有 中 斷 請 求 ？轉(zhuǎn) 中 斷 處 理 程 序 返 回 否 是 是 圖 6.5 CPU控 制 流 程 否 等 待 4、 對 異 常 情 況 和 某 些 請 求 的(中 斷 )處 理 : 當(dāng) 機 器 出 現(xiàn) 某 些 異 常 情況 ， 如 算 術(shù) 運 算 溢 出 、 數(shù) 據(jù)傳 送 奇 偶 錯 等 ； 或 者 某 些 外來 請 求 ， (如 磁 盤 成 批 數(shù) 據(jù) 送存 儲 器 結(jié) 束 或 程 序 員 從 鍵 盤送 入 命 令 )等 ， 此 時 由 這 些 部件 或 設(shè) 備 發(fā) 出 “ 中 斷 請 求 ”信 號 ， 待 執(zhí) 行 完 當(dāng) 前 指 令 后 ，CPU響 應(yīng) 該 請

17、求 ， 中 止 當(dāng) 前 執(zhí)行 的 程 序 ， 轉(zhuǎn) 去 執(zhí) 行 中 斷 服務(wù) 程 序 。 當(dāng) 處 理 完 畢 后 ， 再返 回 原 程 序 繼 續(xù) 運 行 。 6.4 控 制 器 的 組 成1、 程 序 計 數(shù) 器 （ PC） : 又 稱 指 令 計 數(shù) 器 或 指 令 指 針 （ IP） ， 在 某 些機 器 中 用 來 存 放 正 在 執(zhí) 行 的 指 令 地 址 ； 在 大 多 數(shù)機 器 中 則 存 放 要 執(zhí) 行 的 下 一 條 指 令 的 地 址 。 指 令 地 址 的 形 成 有 兩 種 可 能 ： 一 是 順 序 執(zhí) 行 的 情 況 ， 每 執(zhí) 行 一 條 指 令 ， 程序 計 數(shù)

18、器 加 “ 1” 以 形 成 下 條 指 令 的 地 址 。 該 加“ 1” 計 數(shù) 的 功 能 ， 有 的 機 器 是 PC本 身 具 有 的 ，也 有 的 機 器 是 借 用 運 算 器 完 成 的 。 二 是 在 某 些 條 件 下 ， 需 要 改 變 程 序 執(zhí) 行 的 順序 ， 這 常 由 轉(zhuǎn) 移 類 指 令 形 成 轉(zhuǎn) 移 地 址 送 到 PC中 ，作 為 下 條 指 令 的 地 址 。 6.4 控 制 器 的 組 成2、 指 令 寄 存 器 （ IR） : 用 以 存 放 現(xiàn) 行 指 令 ， 以 便 在 整 個 指 令 執(zhí) 行 過程 中 ， 實 現(xiàn) 一 條 指 令 的 全 部 功

19、 能 控 制 。3、 指 令 譯 碼 器 : 又 稱 操 作 碼 譯 碼 器 ， 它 對 指 令 寄 存 器 中 的 操作 碼 部 分 進(jìn) 行 分 析 解 釋 ， 產(chǎn) 生 相 應(yīng) 的 控 制 信 號 提供 給 操 作 控 制 信 號 形 成 部 件 。 6.4 控 制 器 的 組 成4、 脈 沖 源 及 啟 停 控 制 線 路 : 脈 沖 源 :產(chǎn) 生 一 定 頻 率 的 脈 沖 信 號 作 為 整 個機 器 的 時 鐘 脈 沖 。 啟 停 線 路 :在 需 要 的 時 候 保 證 可 靠 地 開 放 或封 鎖 時 鐘 脈 沖 ， 控 制 時 序 信 號 的 發(fā) 生 與 停 止 ， 實現(xiàn) 對

20、機 器 的 啟 動 與 停 機 。5、 時 序 信 號 產(chǎn) 生 部 件 : 以 時 鐘 脈 沖 為 基 礎(chǔ) ， 具 體 產(chǎn) 生 不 同 指 令 相 對應(yīng) 的 周 期 、 節(jié) 拍 等 時 序 信 號 ， 以 實 現(xiàn) 機 器 指 令 執(zhí)行 過 程 的 時 序 控 制 。 6.4 控 制 器 的 組 成6、 操 作 控 制 信 號 形 成 部 件 : 綜 合 時 序 信 號 、 指 令 譯 碼 信 息 、 被 控 功 能 部件 反 饋 的 狀 態(tài) 條 件 信 號 等 ， 形 成 不 同 指 令 所 需 要的 操 作 控 制 信 號 序 列 。7、 中 斷 機 構(gòu) : 實 現(xiàn) 對 異 常 情 況 和

21、某 些 外 來 請 求 的 處 理 。8、 總 線 控 制 邏 輯 : 實 現(xiàn) 對 總 線 信 息 傳 輸 的 控 制 。 6.4 控 制 器 的 組 成啟 停 控 制 線操 作 控 制 信 號 形 成 部 件時 序 信 號 產(chǎn) 生 部 件 指 令 譯 碼 器指 令 寄 存 器程 序 計 數(shù) 器脈 沖 源狀 態(tài) 寄 存 器通 用 寄 存 器ALU 總 線 控 制 邏 輯中 斷 機 構(gòu)+1轉(zhuǎn) 移 地 址 地 址 總 線 數(shù) 據(jù) 總 線控 制 總 線圖 6.6 控 制 器 組 成 框 圖 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程一 、 加 法 指 令 ：1、 指 令 ： Add R1， （ R3） 該

22、指 令 的 功 能 是 將 某 存 儲 單 元 的 內(nèi) 容 與 寄存 器 R1的 內(nèi) 容 相 加 ， 結(jié) 果 存 入 R1中 。 存 儲 單 元的 地 址 放 在 寄 存 器 R3中 （ 寄 存 器 間 接 尋 址 ） 。2、 執(zhí) 行 這 條 指 令 需 要 下 列 動 作 ：（ 1） 取 指 令 ；（ 2） 取 操 作 數(shù) （ 由 R3所 指 出 的 存 儲 單 元 的 內(nèi)容 ） ；（ 3） 完 成 加 法 運 算 ；（ 4） 結(jié) 果 存 入 R1中 。 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程3、 操 作 控 制 序 列 （ 微 操 作 序 列 ） ： （ 圖 6.1所 示 的 單 總 線 結(jié)

23、構(gòu) ）步 動 作1 PCout,MARin,Read, Clear Y,1 C0， Add,Zin ； 取 指 ， (PC)+12 Zout,PCin,WMFC ； (PC)+1 PC3 MDRout,IRin ； 指 令 IR4 R 3out,MARin,Read ； 取 數(shù) 據(jù) 5 R1out,Yin,WMFC ； (R1) Y6 MDRout,Add,Zin ； 相 加7 Zout,R1in,End ； 結(jié) 果 R1 6.1 CPU的 組 成 與 操 作 地 址 線 指 令 譯 碼 器 MDRMAR PCIR 數(shù) 據(jù) 線存 儲 器 總 線 R0 Y R(n-1) Z ALU 加減1 C0

24、 ALU控 制 圖 6.1 CPU內(nèi) 部 單 總 線 組 織 的 數(shù) 據(jù) 通 路 . . . 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程二 、 無 條 件 轉(zhuǎn) 移 指 令 (BR)：步 動 作1 PCout,MARin,Read,Clear Y, 1 C0 ,Add,Zin2 Zout,PCin,WMFC3 MDRout,IRin4 PCout,Yin5 （ IR的 偏 移 字 段 )out,Add,Zin6 Z out,PCin,End 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程三 、 條 件 轉(zhuǎn) 移 指 令 ： 如 果 N標(biāo) 志 等 于 1則 轉(zhuǎn) 移 。 步 動 作1 PCout,MARin,Read,C

25、lear Y, 1 C0 ,Add,Zin2 Zout,PCin,WMFC3 MDRout,IRin4 If N=0 then End， If N=1 then PCout,Yin5 （ IR的 偏 移 字 段 ) out,Add,Zin6 Zout,PCin,End 6.6 指 令 流 水1、 指 令 流 水 原 理 2、 影 響 流 水 線 性 能 的 因 素 3、 超 標(biāo) 量 技 術(shù) 1、 指 令 流 水 原 理指 令 的 串 行 執(zhí) 行 ： 取 指 令 1 執(zhí) 行 指 令 1 取 指 令 2 執(zhí) 行 指 令 2 取 指 令 3 執(zhí) 行 指 令 3 在 取 指 令 時 ， 執(zhí) 行 部 件

26、 是 空 閑 的 ， 在 執(zhí) 行 指 令 時 ，取 指 令 部 件 基 本 上 是 空 閑 的 。 可 以 考 慮 在 執(zhí) 行 部 件 執(zhí)行 指 令 的 同 時 取 下 一 條 指 令 ， 即 兩 條 指 令 的 執(zhí) 行 過 程在 時 間 上 有 重 疊 （ 即 指 令 流 水 ） 。指 令 的 二 級 流 水 ： 取 指 令 1 執(zhí) 行 指 令 1取 指 令 2 執(zhí) 行 指 令 2取 指 令 3 執(zhí) 行 指 令 3 取 指 令 4 執(zhí) 行 指 令 4 1、 指 令 流 水 原 理 指 令 六 級 流 水 ：取 指 （ FI） 指 令 譯 碼 （ DI） 計 算 操 作 數(shù) 地 址 （ CO）

27、取 操 作 數(shù) （ FO） 執(zhí) 行 指 令 （ EI） 寫 操 作 數(shù) （ WO）FI DI CO FO EI WOFI DI CO FO EI WOFI DI CO FO EI WOFI DI CO FO EI WOFI DI CO FO EI WO FI DI CO FO EI WOFI DI CO FO EI WO指 令 1指 令 2指 令 3指 令 4指 令 5指 令 6指 令 7指 令 8 FI DI CO FO EI WOt 2、 影 響 流 水 線 性 能 的 因 素1、 訪 存 沖 突 ：避 免 方 法 ： （ 1） 設(shè) 置 兩 個 存 儲 器 系 統(tǒng) 分 別 放 置 指 令

28、和 數(shù) 據(jù) 。（ 2） 采 用 預(yù) 取 指 令 技 術(shù) ： 設(shè) 置 指 令 隊 列 ， 在 執(zhí) 行指 令 過 程 中 利 用 存 儲 器 空 閑 時 間 取 指 令 ， 只 要 指令 隊 列 有 空 ， 就 可 以 取 下 一 條 指 令 。 2、 影 響 流 水 線 性 能 的 因 素 2、 影 響 流 水 線 性 能 的 因 素2、 相 關(guān) 問 題 ：（ 1） 控 制 相 關(guān) ： 當(dāng) 一 條 指 令 需 要 等 到 前 一 條 指 令 （ 或 前 幾 條指 令 ） 作 出 轉(zhuǎn) 移 方 向 的 決 定 后 才 能 進(jìn) 入 流 水 線 ，即 產(chǎn) 生 控 制 相 關(guān) 。 （ 2） 數(shù) 據(jù) 相 關(guān)

29、 ： 指 幾 條 指 令 共 用 了 同 一 個 存 儲 單 元 （ 或 寄 存器 ） 的 內(nèi) 容 時 所 發(fā) 生 的 關(guān) 聯(lián) 。 3、 超 標(biāo) 量 技 術(shù) 在 每 個 時 鐘 周 期 內(nèi) 可 以 同 時 并 發(fā) 多 條 獨 立指 令 ， 即 以 并 行 操 作 的 方 式 將 兩 條 或 兩 條 以 上的 指 令 編 譯 并 執(zhí) 行 。 超 標(biāo) 量 處 理 機 內(nèi) 部 配 置 有 多 個 功 能 部 件 和指 令 譯 碼 電 路 ， 以 及 多 個 寄 存 器 端 口 和 總 線 。 條 件 ： 并 發(fā) 執(zhí) 行 的 指 令 不 能 相 關(guān) 。 3、 超 標(biāo) 量 技 術(shù) 6.7 操 作 控 制

30、 信 號 形 成 部 件 操 作 控 制 信 號 形 成 部 件 ： 產(chǎn) 生 指 令 所 需 要 的 操作 控 制 信 號 序 列 ， 用 以 控 制 計 算 機 各 部 分 的 操 作 ，它 是 整 個 控 制 器 的 核 心 ， 也 是 最 復(fù) 雜 的 部 件 。一 、 組 合 邏 輯 控 制 與 PLA控 制二 、 微 程 序 控 制 一 、 組 合 邏 輯 控 制 與 PLA控 制1、 組 合 邏 輯 控 制2、 PLA控 制 T1 T2 TnINS1INS2INSm1、 組 合 邏 輯 控 制（ 1） 、 組 合 邏 輯 控 制 器 框 圖 ：時 鐘 控 制 步 計 數(shù) 器 步 譯

31、碼 器 編 碼 器 標(biāo)志 IR 指令譯碼器 操 作 控 制 信 號 1、 組 合 邏 輯 控 制（ 2） 、 微 操 作 命 令 的 邏 輯 表 達(dá) 式 ： Zin = T1 + T6ADD + T5BR + End = T7ADD + T6BR +（ T6N + T4N） BRN + 2、 PLA控 制 可 編 程 邏 輯 陣 列 （ PLA） ： 由 一 個 “ 與 ” 門 陣列 和 一 個 “ 或 ” 門 陣 列 構(gòu) 成 ， 它 能 實 現(xiàn) 一 個 多 變 量組 合 邏 輯 電 路 。 2、 PLA控 制 F1F3F2F4adcb 圖 6.18 PLA模 型F1= abcd + abcd

32、 + bcd + abcdF2= abcd + abcF3= abcd + abcd + bdF4= bcd + abc + bd 2、 PLA控 制 AND array OR array IR 控 制 步 計 數(shù) 器 標(biāo) 志 操 作 控 制 信 號 二 、 微 程 序 控 制1、 Wilkes微 程 序 控 制2、 基 本 概 念3、 微 指 令 的 格 式 與 編 碼4、 微 指 令 地 址 的 生 成 1、 Wilkes微 程 序 控 制微 程 序 存 儲 器（ 控 制 存 儲 器 ）微 指 令機 器指 令 微 命 令微 操 作 1、 Wilkes微 程 序 控 制 減 少 了 電 路

33、的 復(fù) 雜 性 和 非 標(biāo) 準(zhǔn) 化 程 度 。 提 供 了很 大 的 靈 活 性 ， 使 得 設(shè) 計 的 變 更 、 修 改 以 及 指 令 系統(tǒng) 的 擴 充 都 成 為 不 太 困 難 的 事 情 。 微 程 序 控 制 器 的 主 要 缺 點 是 ： 它 要 比 相 同 或 相近 半 導(dǎo) 體 技 術(shù) 的 硬 布 線 式 控 制 器 (如 PLA方 式 )慢 一些 。 6.5 指 令 的 執(zhí) 行 過 程3、 操 作 控 制 序 列 （ 微 操 作 序 列 ） ： Add R1， （ R3） 步 動 作1 PCout,MARin,Read, Clear Y,1 C0， Add,Zin ； 取

34、指 ， (PC)+12 Zout,PCin,WMFC ； (PC)+1 PC3 MDRout,IRin ； 指 令 IR4 R 3out,MARin,Read ； 取 數(shù) 據(jù) 5 R1out,Yin,WMFC ； (R1) Y6 MDRout,Add,Zin ； 相 加7 Zout,R1in,End ； 結(jié) 果 R1 2、 基 本 概 念微 命 令 ： 控 制 部 件 向 執(zhí) 行 部 件 發(fā) 出 的 控 制 信 號 。微 操 作 ： 執(zhí) 行 部 件 接 受 到 微 命 令 后 所 做 的 動 作 。微 指 令 ： 若 干 微 命 令 的 組 合 ， 用 于 產(chǎn) 生 一 組 控 制信 號 ， 以

35、 控 制 執(zhí) 行 一 組 微 操 作 ， 完 成 一 個 基 本 的運 算 或 傳 送 功 能 。 有 時 也 將 微 指 令 稱 作 控 制 字（ CW） ， 其 中 每 一 位 代 表 一 個 微 命 令 。微 程 序 ： 完 成 指 定 任 務(wù) 的 微 指 令 序 列 。 對 應(yīng) 于 一條 機 器 指 令 。微 程 序 存 儲 器 （ 控 制 存 儲 器 ） ： 存 放 指 令 系 統(tǒng) 所對 應(yīng) 的 所 有 微 程 序 的 一 個 專 門 存 儲 器 。 一 般 是 只讀 存 儲 器 。 2、 基 本 概 念 2、 基 本 概 念 2、 基 本 概 念（ 1） 微 程 序 定 義 了 計

36、 算 機 的 指 令 系 統(tǒng) 。 因 此 可以 借 助 改 變 微 程 序 存 儲 器 的 內(nèi) 容 來 改 變 指 令 系 統(tǒng) 。這 為 計 算 機 設(shè) 計 者 及 用 戶 提 供 了 相 當(dāng) 大 的 靈 活 性 ；（ 2） 一 般 而 言 ， 并 不 經(jīng) 常 改 變 微 程 序 存 儲 器 的內(nèi) 容 ， 所 以 通 常 用 只 讀 存 儲 器 ROM充 當(dāng) 微 程 序 存儲 器 ；（ 3） 任 何 機 器 指 令 的 執(zhí) 行 都 將 多 次 訪 問 控 制 存儲 器 ， 因 此 ， 此 控 制 存 儲 器 的 速 度 在 決 定 計 算 機總 的 速 度 時 起 著 主 要 的 作 用 。 作 業(yè) P177 1、 3、 5