1、第5章 中央處理機2021年12月23日星期四2目錄目錄5.1 CPU的功能和組成的功能和組成掌握掌握5.2 指令周期指令周期掌握掌握5.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式了解了解5.4 微程序控制器微程序控制器掌握掌握5.5 硬連線控制器硬連線控制器了解了解5.6 傳統(tǒng)傳統(tǒng)CPU了解了解5.7 流水流水CPU掌握掌握5.8 RISC CPU了解了解5.9 多媒體多媒體CPU了解了解2021年12月23日星期四3考研大綱要求考研大綱要求（一）（一）CPU的功能和基本結(jié)構(gòu)的功能和基本結(jié)構(gòu)（二）指令執(zhí)行過程（二）指令執(zhí)行過程（三）數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)（三）數(shù)據(jù)通路的功能和基本結(jié)構(gòu)（四

2、）控制器的功能和工作原理（四）控制器的功能和工作原理1.硬布線控制器硬布線控制器2.微程序控制器微程序控制器微程序、微指令和微命令微程序、微指令和微命令微指令的編碼方式；微地址的形成方式微指令的編碼方式；微地址的形成方式（五）（五） 指令流水線指令流水線1.指令流水線的基本概念指令流水線的基本概念2.超標量和動態(tài)流水線的基本概念超標量和動態(tài)流水線的基本概念2021年12月23日星期四45.1 CPU的組成和功能的組成和功能l 5.1.1 CPU的功能的功能l 5.1.2 CPU的基本組成的基本組成l 5.1.3CPU中的主要寄存器中的主要寄存器l 5.1.4 操作控制器與時序產(chǎn)生器操作控制器與

3、時序產(chǎn)生器2021年12月23日星期四55.1.1 CPU的功能的功能lCPU（中央處理器）（中央處理器） 控制程序按設定方式執(zhí)行；控制程序按設定方式執(zhí)行；lCPU的主要功能：的主要功能：(指令控制、操作控制、時間控制、數(shù)據(jù)加工指令控制、操作控制、時間控制、數(shù)據(jù)加工) 指令控制指令控制u控制程序的執(zhí)行順序；控制程序的執(zhí)行順序； 操作控制操作控制u產(chǎn)生和發(fā)送各操作信號；產(chǎn)生和發(fā)送各操作信號； 時間控制時間控制u控制指令、或操作的實施時間；控制指令、或操作的實施時間； 數(shù)據(jù)加工數(shù)據(jù)加工u對數(shù)據(jù)進行算術(shù)邏輯運算；對數(shù)據(jù)進行算術(shù)邏輯運算；順序?qū)ぶ?、跳躍尋址順序?qū)ぶ贰⑻S尋址對指令操作碼譯碼后產(chǎn)生控制信

4、號對指令操作碼譯碼后產(chǎn)生控制信號維持各類操作的時序關(guān)系維持各類操作的時序關(guān)系由由ALU完成具體的運算完成具體的運算2021年12月23日星期四65.1.2 CPU的基本組成的基本組成l現(xiàn)代的現(xiàn)代的CPU的組成的組成運算器、控制器運算器、控制器l控制器的主要功能控制器的主要功能 (PC,IR,指令譯碼器、時序產(chǎn)生器、操作控制器組成指令譯碼器、時序產(chǎn)生器、操作控制器組成)從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下條指令的存放位置；從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下條指令的存放位置；對指令進行譯碼或測試，產(chǎn)生相應的操作控制信號；對指令進行譯碼或測試，產(chǎn)生相應的操作控制信號；控制控制CPU、內(nèi)存和輸入、內(nèi)存和輸入/輸

5、出設備之間數(shù)據(jù)流動；輸出設備之間數(shù)據(jù)流動；l運算器（執(zhí)行部件）的主要功能：運算器（執(zhí)行部件）的主要功能： 執(zhí)行所有的算術(shù)運算；執(zhí)行所有的算術(shù)運算；執(zhí)行所有的邏輯運算，并進行邏輯測試。執(zhí)行所有的邏輯運算，并進行邏輯測試。如：如： 零值測試或兩個值的比較等零值測試或兩個值的比較等馮馮諾依曼諾依曼機的定義機的定義、Cache；PC、IRALU、通用寄存器組、通用寄存器組、數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器DR、狀態(tài)、狀態(tài)條件寄存器條件寄存器PSW指令譯碼器、指令譯碼器、CU、時序電路、時序電路、操作控制器操作控制器2021年12月23日星期四7CPU模型圖模型圖（至少六類寄存器，用來暫存一個計算機字）（至少六類寄

6、存器，用來暫存一個計算機字）動畫演示：動畫演示：5-1.swf5-1.swf運算器運算器Cache控制器控制器2021年12月23日星期四85.1.3CPU中的主要寄存器（中的主要寄存器（1/3） 1.數(shù)據(jù)緩沖寄存器（數(shù)據(jù)緩沖寄存器（DR），也可以稱作），也可以稱作MDR，查看查看CPU模型圖模型圖暫時存放暫時存放CPU與外界傳送的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)總線上的、與外界傳送的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)總線上的、cache內(nèi)的數(shù)據(jù)等），內(nèi)的數(shù)據(jù)等），作用作用 ： 作為作為CPU和內(nèi)存、外部設備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站；和內(nèi)存、外部設備之間信息傳送的中轉(zhuǎn)站；補償補償CPU和內(nèi)存、外圍設備之間在操作速度上的差別；和內(nèi)存、外圍設備之

7、間在操作速度上的差別；2.通用寄存器通用寄存器功能：暫時存放參與功能：暫時存放參與ALU運算的數(shù)據(jù)或運算結(jié)果。運算的數(shù)據(jù)或運算結(jié)果。也可以用作變址寄存器、地址指針和計數(shù)器等。也可以用作變址寄存器、地址指針和計數(shù)器等。CPU中的通用寄存器可多達中的通用寄存器可多達16個，個，32個，甚至更多。個，甚至更多。2021年12月23日星期四95.1.3CPU中的主要寄存器（中的主要寄存器（2/3） 3.狀態(tài)條件寄存器（狀態(tài)條件寄存器（PSW） 保存各種狀態(tài)和條件控制信號；保存各種狀態(tài)和條件控制信號；u 運算結(jié)果進位標志運算結(jié)果進位標志(C)、溢出標志、溢出標志(V)、零標、零標 志志(Z)、為負標志、

8、為負標志(N)u 保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)信息，如：中斷允許標志（保存中斷和系統(tǒng)工作狀態(tài)信息，如：中斷允許標志（IF）、）、 單單步執(zhí)行標志（步執(zhí)行標志（T）、）、 方向標志（方向標志（D） 等等等等 每個信號由一個觸發(fā)器保存，從而拼成一個寄存器。每個信號由一個觸發(fā)器保存，從而拼成一個寄存器。 每當一條指令執(zhí)行完，每當一條指令執(zhí)行完，CPU將根據(jù)運算結(jié)果自動修改這些標志將根據(jù)運算結(jié)果自動修改這些標志4.地址寄存器（地址寄存器（AR） ,也可以稱作也可以稱作MAR 保存當前保存當前CPU所訪問數(shù)據(jù)的內(nèi)存（所訪問數(shù)據(jù)的內(nèi)存（cache數(shù)存）單元地址；數(shù)存）單元地址； 主要用于解決主存主要用于解決主存

9、/外設和外設和CPU之間的速度差異以及要對存儲器陣列進行譯碼，之間的速度差異以及要對存儲器陣列進行譯碼，所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，使地址信息可以保持到主存所以必須使用地址寄存器來保持地址信息，使地址信息可以保持到主存/外設的外設的讀寫操作完成為止讀寫操作完成為止 。l地址寄存器（地址寄存器（AR） ,也可以稱作也可以稱作MAR當當CPU和內(nèi)存進行信息交換，即和內(nèi)存進行信息交換，即CPU向內(nèi)存存向內(nèi)存存/取數(shù)據(jù)時，或者取數(shù)據(jù)時，或者CPU從內(nèi)存中讀出指令時，都要使用地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。同樣從內(nèi)存中讀出指令時，都要使用地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。同樣，如果我們把外圍設備的設備地

10、址作為像內(nèi)存的地址單元那樣來看待，如果我們把外圍設備的設備地址作為像內(nèi)存的地址單元那樣來看待，那么，當，那么，當CPU和外圍設備交換信息時，我們同樣使用和外圍設備交換信息時，我們同樣使用 地址寄存器和地址寄存器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器。數(shù)據(jù)緩沖寄存器。地址寄存器的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)緩沖寄存器、指令寄存器一樣，通常使地址寄存器的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)緩沖寄存器、指令寄存器一樣，通常使用單純的寄存器結(jié)構(gòu)。信息的存入一般采用電位用單純的寄存器結(jié)構(gòu)。信息的存入一般采用電位-脈沖方式，即電位輸脈沖方式，即電位輸入端對應數(shù)據(jù)信息位，脈沖輸入端對應控制信號，在控制信號作用下入端對應數(shù)據(jù)信息位，脈沖輸入端對應控制信號，在控制信號作用下，

11、瞬時地將信息打入寄存器。，瞬時地將信息打入寄存器。2021年12月23日星期四115.1.3CPU中的主要寄存器（中的主要寄存器（3/3） 5.程序計數(shù)器（程序計數(shù)器（PC） 始終存放下一條指令的地址，對應于指令始終存放下一條指令的地址，對應于指令Cache的訪問；的訪問； 其內(nèi)容變化分兩種情況其內(nèi)容變化分兩種情況u順序執(zhí)行：順序執(zhí)行： PC+1PC，并送往主存的地址寄存器，并送往主存的地址寄存器MAR 。u轉(zhuǎn)移執(zhí)行轉(zhuǎn)移執(zhí)行： (后繼后繼指令的地址從指令寄存器中的地址段獲得指令的地址從指令寄存器中的地址段獲得)PC6.指令寄存器（指令寄存器（IR） 保存當前正在執(zhí)行的一條指令。保存當前正在執(zhí)行

12、的一條指令。 當執(zhí)行一條指令時，送往當執(zhí)行一條指令時，送往IR。 執(zhí)行給定的指令之前，必須通過對操作碼進行測試確定所要進行的操作，該工執(zhí)行給定的指令之前，必須通過對操作碼進行測試確定所要進行的操作，該工作由譯碼器來完成，譯碼完成后向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。作由譯碼器來完成，譯碼完成后向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。 指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。寄存功能寄存功能計數(shù)功能計數(shù)功能2021年12月23日星期四125.1.4 操作控制器與時序產(chǎn)生器操作控制器與時序產(chǎn)生器 l數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路 寄存器寄存器之間傳送信息的

13、通路。之間傳送信息的通路。 信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個寄存器或多路開關(guān)，最后傳送到哪個信息從什么地方開始，中間經(jīng)過哪個寄存器或多路開關(guān)，最后傳送到哪個寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路的任務，是由稱為寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數(shù)據(jù)通路的任務，是由稱為操作控制器的部件來完成的。操作控制器的部件來完成的。l操作控制器操作控制器 根據(jù)指令操作碼和時序信號，產(chǎn)生各種操作控制信號；根據(jù)指令操作碼和時序信號，產(chǎn)生各種操作控制信號； 建立正確地數(shù)據(jù)通路，從而完成指令的執(zhí)行。建立正確地數(shù)據(jù)通路，從而完成指令的執(zhí)行。 根據(jù)設計方法不同，操作控制器可分為根據(jù)設計方法不同，操作控制

14、器可分為硬布線控制器硬布線控制器：采用時序邏輯技術(shù)實現(xiàn)；：采用時序邏輯技術(shù)實現(xiàn)；微程序控制器微程序控制器：采用存儲邏輯實現(xiàn)；：采用存儲邏輯實現(xiàn)；前兩種方式的結(jié)合：前兩種方式的結(jié)合：門陣列門陣列l(wèi)時序產(chǎn)生器時序產(chǎn)生器 對各種操作實施時間的控制、定時。使計算機有條不紊地工作對各種操作實施時間的控制、定時。使計算機有條不紊地工作 包括啟停線路，負責控制時鐘脈沖的送出與封鎖，從而實現(xiàn)計算機的啟動包括啟停線路，負責控制時鐘脈沖的送出與封鎖，從而實現(xiàn)計算機的啟動與停止。與停止。補充（補充（1）l思考思考用二進制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那用二進制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那 么么CPU是怎樣識

15、別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢是怎樣識別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢? 從時間上來說，從時間上來說，取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個CPU周周期中，即發(fā)生在期中，即發(fā)生在“取指令取指令”階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令周期的后面幾個周期的后面幾個CPU周期中，即發(fā)生在周期中，即發(fā)生在“執(zhí)行指令執(zhí)行指令”階段。階段。 從空間上來說，從空間上來說，如果取出的代碼是指令，那么一定送往指令如果取出的代碼是指令，那么一定送往指令寄存器，如果取寄存器，如果取 出的代碼是數(shù)據(jù)，那么一定送往運算器。由出的代碼是數(shù)據(jù)，那么一定送往運算器。由此可見，時間控制對計算機來說

16、是太重要了。此可見，時間控制對計算機來說是太重要了。 補充（補充（2）計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標志，計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標志，而時間標志則是用時序信號來體而時間標志則是用時序信號來體現(xiàn)的?，F(xiàn)的。 硬布線控制器中硬布線控制器中，時序信號往往，時序信號往往采用主狀態(tài)周期采用主狀態(tài)周期-節(jié)拍電位節(jié)拍電位-節(jié)拍脈節(jié)拍脈沖三級體制。沖三級體制。 在微程序控制器中，在微程序控制器中，時序信號比時序信號比較簡單，一般采用節(jié)拍電位較簡單，一般采用節(jié)拍電位-節(jié)拍節(jié)拍脈沖二級體制。脈沖二級體制。實現(xiàn)框圖（補充實現(xiàn)框圖（補充3）l輸入信號輸入信號指令譯碼器輸出信號指令譯碼器輸出信號時鐘信號時鐘信號 機器工作狀態(tài)

17、反饋信號機器工作狀態(tài)反饋信號其他部件送往其他部件送往CPU的請求信號的請求信號l輸出信號輸出信號輸出一系列操作控制信號，指揮各部件有序工作輸出一系列操作控制信號，指揮各部件有序工作2021年12月23日星期四16數(shù)據(jù)通路的建立數(shù)據(jù)通路的建立增量增量寫入寫入讀出讀出寫入寫入讀出讀出寫入寫入讀出讀出鎖存鎖存鎖存鎖存寫入寫入讀出讀出寫入寫入讀出讀出運算運算類型類型讀出讀出寫入寫入2021年12月23日星期四175.2 指令周期指令周期l5.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念l5.2.2 MOV R0 , R1指令指令的的指令指令周期周期l5.2.3 LAD R1 , 6指令的指令周期指令的

18、指令周期l5.2.4ADD R1 , R2指令的指令周期指令的指令周期 l5.2.5STO R2 , (R3)指令的指令周期指令的指令周期 l5.2.6 JMP 101指令的指令周期指令的指令周期l5.2.7 用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期2021年12月23日星期四185.2.1 指令周期的基本概念指令周期的基本概念 lCPU執(zhí)行程序是一個執(zhí)行程序是一個“取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令”的循環(huán)過程。的循環(huán)過程。l指令周期指令周期 CPU從內(nèi)存中從內(nèi)存中取出取出一條指令，并一條指令，并執(zhí)行執(zhí)行的時間總和；的時間總和； 不同功能的指令的周期是不盡相同的。不同功能的指令的周期是不盡

19、相同的。lCPU周期，又稱機器周期周期，又稱機器周期 一般為從內(nèi)存讀取一條指令字的最短時間；因此一條指令的取出階段一般為從內(nèi)存讀取一條指令字的最短時間；因此一條指令的取出階段（取指）需要一個（取指）需要一個CPU周期。周期。 一個一個CPU周期可以完成周期可以完成CPU的一個基本操作。的一個基本操作。 指令周期通常有若干個指令周期通常有若干個CPU周期。周期。 l時鐘周期時鐘周期 也叫節(jié)拍脈沖或也叫節(jié)拍脈沖或T周期，是計算機處理操作的基本時間單位。周期，是計算機處理操作的基本時間單位。 一個一個CPU周期時間包含若干個時鐘周期。周期時間包含若干個時鐘周期。動畫演示：動畫演示：5-2.swf5-

20、2.swf2021年12月23日星期四19關(guān)于指令周期關(guān)于指令周期l一個完整的指令周期由一個完整的指令周期由若干機若干機器周期組成器周期組成：取指周期取指周期間址周期間址周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期中斷周期中斷周期l所有指令的所有指令的第一個機器周期必第一個機器周期必為取指周期為取指周期；l一個基本的一個基本的CPU周期包含周期包含4個時個時鐘周期鐘周期，對于某些，對于某些CPU周期可周期可以包含更多的時鐘周期。以包含更多的時鐘周期。l不同指令的指令周期所包含的不同指令的指令周期所包含的時鐘周期個數(shù)時鐘周期個數(shù)不一定相同不一定相同。求操作數(shù)求操作數(shù)有效地址有效地址本教材上，間址周本教材上，間址周期和執(zhí)

21、行周期統(tǒng)稱期和執(zhí)行周期統(tǒng)稱為執(zhí)行周期！為執(zhí)行周期！取指周期取指周期 執(zhí)行階段執(zhí)行階段指令周期指令周期取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期指令周期指令周期MOV AX , 0 ADD AX，BX不同指令的指令周期不同不同指令的指令周期不同取指周期取指周期間址周期間址周期指令周期指令周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期ADD AX , 10BXl時鐘周期、時鐘周期、CPU周期、指令周期周期、指令周期lT4lT3lT2lT1lT4lT3lT2T1T周期周期CPU周期周期（取指令）（取指令）CPU周期周期（執(zhí)行指令）（執(zhí)行指令）指令周期指令周期 該圖給出的是采用定長該圖給出的是采用定長CPUCPU周期的指令周期示意圖周期

22、的指令周期示意圖 取出和執(zhí)行一條指令所需的最短時間為兩個取出和執(zhí)行一條指令所需的最短時間為兩個CPUCPU周期周期 而復雜一些的指令周期，則需要更多的而復雜一些的指令周期，則需要更多的CPUCPU周期周期 對對CPUCPU周期的規(guī)定在各種計算機中是不相同的周期的規(guī)定在各種計算機中是不相同的2021年12月23日星期四22一個簡單的程序一個簡單的程序地址地址 指令指令說明說明100程序執(zhí)行前設置程序執(zhí)行前設置(R0)=00,(R1)=10;(R2)=20,(R3)=30101MOV R0 , R1傳送指令傳送指令MOV執(zhí)行執(zhí)行(R1)R0102LAD R1 , 6取數(shù)指令取數(shù)指令LAD從從6號單

23、元中取數(shù)號單元中取數(shù)100R1103ADD R1 , R2加法指令加法指令ADD執(zhí)行執(zhí)行(R1)+(R2)R2,結(jié)果為結(jié)果為(R2)=120104STO R2 , (R3)存數(shù)指令存數(shù)指令STO用用(R3)間接尋址間接尋址,(R2)=120寫入寫入30號單元號單元105JMP 101轉(zhuǎn)移指令轉(zhuǎn)移指令JMP改變程序執(zhí)行順序改變程序執(zhí)行順序,轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)到101號單元號單元106AND R1 , R3邏輯與指令邏輯與指令AND執(zhí)行執(zhí)行(R1) (R3) R3地址地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)570610076610773040（120）2021年12月23日星期四235.2.2 MOV R0 , R1指令的指令周期指令的

24、指令周期lMOV是一條是一條RR型指令，它需型指令，它需要兩個要兩個CPU 周期：周期：取指周期（做三件事）取指周期（做三件事）從存儲器中取出指令；從存儲器中取出指令；程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC加加1；譯碼或測試指令操作碼，譯碼或測試指令操作碼，發(fā)出控制信號；發(fā)出控制信號；執(zhí)行周期執(zhí)行周期u在控制信號的作用下，在控制信號的作用下，將將R1中的數(shù)據(jù)經(jīng)過中的數(shù)據(jù)經(jīng)過ALU送入送入R0；2021年12月23日星期四24MOV R0 , R1指令的執(zhí)行過程演示指令的執(zhí)行過程演示101101MOV R0 , R1MOV R0 , R1102102MOVMOV1010動畫動畫演示演示指指令令總總線線IBUS

25、2021年12月23日星期四25MOV R0 , R1指令周期中的控制信號指令周期中的控制信號1.取指周期取指周期 PCABUS(I)指令指令Cache ，譯碼并啟動；，譯碼并啟動；指令指令Cache IR；PC+1 PC，為取下條指令做好準備；，為取下條指令做好準備；IR中的操作碼被譯碼或測試，中的操作碼被譯碼或測試，CPU識別出是指令識別出是指令MOV。2.執(zhí)行指令階段執(zhí)行指令階段R1ALU，R1中數(shù)據(jù)通過中數(shù)據(jù)通過ALU傳送；傳送；ALU DBUS DRR0；1.PC1.PC讀讀2.2.指令指令CacheCache啟動啟動1.1.指令指令CacheCache讀讀2.IR2.IR寫寫PCP

26、C增量增量1.R11.R1讀讀2.ALU2.ALU傳送控制傳送控制1.C1三態(tài)門打開三態(tài)門打開2.DR2.DR鎖存鎖存3.R03.R0寫寫2021年12月23日星期四265.2.3 LAD R1 , 6指令的指令周期指令的指令周期lLAD指令是指令是RS型指令，型指令，需要訪存獲取操作數(shù)，共需要訪存獲取操作數(shù)，共包含三個包含三個CPU周期：周期：取指周期取指周期間址周期間址周期u從從IR的地址碼字段獲的地址碼字段獲取操作數(shù)地址；（或取操作數(shù)地址；（或者通過計算獲得者通過計算獲得EA）執(zhí)行周期執(zhí)行周期u訪存獲取操作數(shù)送入訪存獲取操作數(shù)送入通用寄存器通用寄存器R1；2021年12月23日星期四27

27、LAD R1 , 6指令的執(zhí)行過程演示指令的執(zhí)行過程演示102102LAD R1,6LAD R1,6103103LADLAD6 6100100動畫動畫演示演示2021年12月23日星期四28LAD R1 , 6指令周期中的控制信號指令周期中的控制信號1.LAD取指周期（取指、取指周期（取指、PC+1、譯碼或測試）、譯碼或測試）CPU動作與取動作與取MOV指令的取值周期中一樣。指令的取值周期中一樣。2.LAD指令的執(zhí)行周期（間址周期也包括在內(nèi)）指令的執(zhí)行周期（間址周期也包括在內(nèi)）IR DBUS AR；u該過程為尋址周期；該過程為尋址周期； ARABUS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache ，譯碼并啟動；，譯碼并啟

28、動；數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache DBUS DRR1；1.IR1.IR讀讀2.C32.C3三態(tài)門打開三態(tài)門打開3.AR3.AR鎖存鎖存數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CacheCache啟動啟動1.1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CacheCache讀讀2.DR2.DR鎖存鎖存3.R13.R1寫寫執(zhí)行周期需要兩個執(zhí)行周期需要兩個CPU周期的原因是：周期的原因是： 源操作數(shù)的地址和源操作數(shù)都需要經(jīng)過源操作數(shù)的地址和源操作數(shù)都需要經(jīng)過DBUS傳送；傳送；2021年12月23日星期四295.2.4ADD R1 , R2指令的指令周期指令的指令周期 lADD指令的指令周期由兩個指令的指令周期由兩個CPU周期組成周期組成 。取指周期（略）取指周期（略）執(zhí)行

29、周期執(zhí)行周期u從寄存器從寄存器R1、R2中取出數(shù)據(jù)，作為源操作數(shù)；中取出數(shù)據(jù)，作為源操作數(shù)；u將兩數(shù)據(jù)送往將兩數(shù)據(jù)送往ALU，并使，并使ALU進行加運算；進行加運算；u結(jié)果保存到結(jié)果保存到R2中。中。2021年12月23日星期四30ADD R1 , R2指令的執(zhí)行過程演示指令的執(zhí)行過程演示103103ADD R1,R2ADD R1,R2104104ADDADD1001002020120120動畫動畫演示演示2021年12月23日星期四31ADD R1 , R2指令周期中的控制信號指令周期中的控制信號取指周期（略）取指周期（略）CPU動作與取動作與取MOV指令的取值周期中一樣。指令的取值周期中一

30、樣。執(zhí)行周期執(zhí)行周期R1、R2ALU；ALU做加運算，將兩數(shù)相加；做加運算，將兩數(shù)相加；ALUDBUSDRR1，保存結(jié)果；，保存結(jié)果；1.R11.R1讀讀2.R22.R2讀讀ALUALU加加1.ALU1.ALU輸出輸出2.C12.C1三態(tài)門打開三態(tài)門打開3.DR3.DR鎖存鎖存4.R14.R1寫寫2021年12月23日星期四325.2.5STO R2 , (R3)指令的指令周期指令的指令周期 lSTO指令是指令是RS型指令，需要型指令，需要3個個CPU周期。周期。取指周期（略）取指周期（略）間址周期間址周期u根據(jù)根據(jù)R3中的地址尋址所要訪問的存儲單元；中的地址尋址所要訪問的存儲單元；執(zhí)行周期執(zhí)

31、行周期u將寄存器將寄存器R2中的數(shù)據(jù)送入指定的存儲單元；中的數(shù)據(jù)送入指定的存儲單元；2021年12月23日星期四33STO R2 , (R3)指令的執(zhí)行過程演示指令的執(zhí)行過程演示104104STO R2,(STO R2,(R3) )105105STOSTO動畫動畫演示演示 30 120 2021年12月23日星期四34STO R2 , (R3)指令周期中的控制信號指令周期中的控制信號1. 取指周期（略）取指周期（略）2. 執(zhí)行周期執(zhí)行周期 R3DBUSAR，發(fā)出地址啟動數(shù)據(jù)，發(fā)出地址啟動數(shù)據(jù)Cache；u該過程為間址周期；該過程為間址周期； R2DBUS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cache；1.R31.R3讀讀

32、2.C22.C2三態(tài)門打開三態(tài)門打開3.AR3.AR鎖存鎖存1.R21.R2讀讀2.C2三態(tài)門打開三態(tài)門打開3.3.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CacheCache寫寫2021年12月23日星期四355.2.6 JMP 101指令的指令周期指令的指令周期lJMP指令是一條無條件轉(zhuǎn)移指令，用來改變程序的指令是一條無條件轉(zhuǎn)移指令，用來改變程序的執(zhí)行順序；執(zhí)行順序；lJMP指令的執(zhí)行需要兩個指令的執(zhí)行需要兩個CPU周期：周期：取指周期（略）取指周期（略）執(zhí)行周期執(zhí)行周期u使用使用JMP指令中的直接地址為指令中的直接地址為PC賦值；賦值；2021年12月23日星期四36JMP 101指令的執(zhí)行過程演示指令的執(zhí)行過程演示1

33、05105JMP 101JMP 101106106JMPJMP動畫動畫演示演示1011012021年12月23日星期四37JMP 101指令指令周期中的控制信號周期中的控制信號1. 取指周期（略）取指周期（略）2. 執(zhí)行周期執(zhí)行周期 IRDBUSPC；1.IR1.IR讀讀2.C32.C3三態(tài)門打開三態(tài)門打開3.PC3.PC寫寫2021年12月23日星期四385.2.7用方框圖語言表示指令周期用方框圖語言表示指令周期l方框方框代表一個代表一個CPU周期；周期；方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)通路的操作或某種控制操作。方框中的內(nèi)容表示數(shù)據(jù)通路的操作或某種控制操作。 l菱形菱形通常用來表示某種判別或測試；通常用

34、來表示某種判別或測試；時間上依附于之前一個方框的時間上依附于之前一個方框的CPU周期，而不單獨占用一周期，而不單獨占用一個個CPU周期；周期；l（公操作符號）（公操作符號）表示一條指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入公操作。表示一條指令已經(jīng)執(zhí)行完畢，轉(zhuǎn)入公操作。所謂公操作所謂公操作就是一條指令執(zhí)行完畢后，就是一條指令執(zhí)行完畢后，CPU所開始的一些所開始的一些操作，比如對外圍設備請求的處理等。操作，比如對外圍設備請求的處理等。取指也是一個公操作取指也是一個公操作動畫演示動畫演示 5.14.swf2021年12月23日星期四39P139 圖圖5.14方框圖語言表示的指令周期方框圖語言表示的指令周期 MOV R0

35、 , R1 LAD R1 , 6 ADD R1 , R2 STO R2 , (R3) JMP 101 取指取指執(zhí)行執(zhí)行數(shù)存讀命令數(shù)存讀命令開始開始數(shù)存讀命令數(shù)存讀命令RD(I)2021年12月23日星期四40課本課本P139 【例例1】l圖圖5.15所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，各構(gòu)成部件如圖，所示為雙總線結(jié)構(gòu)機器的數(shù)據(jù)通路，各構(gòu)成部件如圖，線上標注有小圈表示有控制信號，未標字符的線為直通線。線上標注有小圈表示有控制信號，未標字符的線為直通線。 “ADD R2，R0”指令完成指令完成(R0)+(R2)R0的功能操作，畫的功能操作，畫出其指令周期流程圖，并列出相應的微操作控制信號序列。出其指令

36、周期流程圖，并列出相應的微操作控制信號序列。 “SUB R1，R3”指令完成指令完成(R3)-(R1)R3的操作，畫出其的操作，畫出其指令期流程圖，并列出相應的微操作控制信號序列。指令期流程圖，并列出相應的微操作控制信號序列。ALU02021年12月23日星期四41l 指令周期應包括指令周期應包括取指取指周期周期和和執(zhí)行周期執(zhí)行周期；l 執(zhí)行周期中應首先將執(zhí)行周期中應首先將R0、R2兩寄存器的兩寄存器的內(nèi)容送入內(nèi)容送入ALU的操作的操作數(shù)緩沖器中，再執(zhí)行數(shù)緩沖器中，再執(zhí)行加法運算；加法運算；(1) “ADD R2，R0” (R0)+(R2)R0PCARMDRDRIR譯碼譯碼R2YR0XR0+R

37、2R0取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=RDR0GIRiR20GYiR00GXi+ALU0GR0i2021年12月23日星期四42指令指令ADD R2，R0的執(zhí)行過程的執(zhí)行過程指令指令地址地址指令指令R2R0和和ALU02021年12月23日星期四43l指令周期應包括指令周期應包括取指周取指周期期和和執(zhí)行周期執(zhí)行周期；l取指周期與取指周期與ADD指令指令完全相同；完全相同；l執(zhí)行周期與執(zhí)行周期與ADD指令指令不同之處在于不同之處在于ALU的的控制信號為控制信號為“”(2) “SUB R1，R3” (R3) (R1)R3PCARMDRDRIR譯碼譯碼R3YR1XR3-R1R3

38、取指周期取指周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期PC0GARiR/W=RDR0GIRiR30GYiR10GXiALU0GR3i2021年12月23日星期四44參考上例試寫出下列指令的微操作序列參考上例試寫出下列指令的微操作序列l(wèi)指令指令STO R1，(R2)功能：功能：R1(R2)，將，將R1的數(shù)據(jù)送入的數(shù)據(jù)送入R2指向的單元中；指向的單元中；l指令指令LAD (R3)，R0功能：將功能：將R3指向單元中的數(shù)據(jù)送入指向單元中的數(shù)據(jù)送入R0中；中；l指令指令ADD R0，(R1)功能：將功能：將R1指向單元中的數(shù)據(jù)和指向單元中的數(shù)據(jù)和R0的內(nèi)容相加，并將結(jié)果存的內(nèi)容相加，并將結(jié)果存入入R0寄存器中。寄存器中。l

39、指令指令ADD (R1)，R0功能：功能：(R0)+(R1)(R1)，將，將R0中的數(shù)據(jù)與中的數(shù)據(jù)與R1指向單元中指向單元中的數(shù)據(jù)相加，并將結(jié)果送入的數(shù)據(jù)相加，并將結(jié)果送入R1指向的單元中；指向的單元中；2021年12月23日星期四45計算機的性能指標計算機的性能指標l主頻主頻/時鐘周期時鐘周期主時鐘的頻率主時鐘的頻率(f)叫叫CPU的主頻的主頻;主頻的倒數(shù)稱為主頻的倒數(shù)稱為CPU時鐘周期（時鐘周期（T），），T=1/f。lCPI執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)。執(zhí)行一條指令所需的平均時鐘周期數(shù)。lMIPS每秒百萬指令數(shù)，即單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)。每秒百萬指令數(shù)，即單位時間內(nèi)執(zhí)行的指令數(shù)。20

40、21年12月23日星期四46【例例1】某某CPU的主頻為的主頻為8MHz，設每個，設每個CPU周期平周期平均包括均包括4個時鐘周期，且該機平均指令執(zhí)行速個時鐘周期，且該機平均指令執(zhí)行速度為度為1MIPS。 求該機平均指令周期。求該機平均指令周期。 平均指令周期平均指令周期 求每個指令周期包含的平均求每個指令周期包含的平均CPU周期。周期。 時鐘周期時鐘周期 一個一個CPU周期為周期為4個時鐘周期，則個時鐘周期，則40.125=0.5us； 故每個指令周期包含故每個指令周期包含1us/0.5us=2個平均個平均CPU周期。周期。1 1秒秒1 1百萬條指令百萬條指令1 110106 61us1 1

41、 8MHz0.125us2021年12月23日星期四47【例例2】 若某機主頻為若某機主頻為200MHz，每個指令周期，每個指令周期平均為平均為2.5個個CPU周期，每個周期，每個CPU周期周期平均包括平均包括2個主頻周期。個主頻周期。該機平均指令執(zhí)行速度為多少該機平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS？執(zhí)行一條指令的時間執(zhí)行一條指令的時間 2.5 2時鐘周期時鐘周期 2.5 2平均指令執(zhí)行速度平均指令執(zhí)行速度1/平均指令周期平均指令周期若主頻不變，但每條指令平均包括若主頻不變，但每條指令平均包括5個個CPU周期，每個周期，每個CPU周周期又包含期又包含4個主頻周期，平均指令執(zhí)行速度為多少個主頻周期，

42、平均指令執(zhí)行速度為多少MIPS？執(zhí)行一條指令的時間執(zhí)行一條指令的時間 5 4時鐘周期時鐘周期 5 4平均指令執(zhí)行速度平均指令執(zhí)行速度1/平均指令周期平均指令周期 1 1 200MHz40MIPS 1 1 200MHz10MIPS 1 1 40M 1 1 10M2021年12月23日星期四485.3 時序產(chǎn)生器和控制方式時序產(chǎn)生器和控制方式 l5.3.1 時序信號的作用和體制時序信號的作用和體制l5.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器l5.3.3 控制方式控制方式2021年12月23日星期四495.3.1 時序信號的作用和體制時序信號的作用和體制l時序信號的作用時序信號的作用使計算機準確、迅速

43、、有條不紊地工作；使計算機準確、迅速、有條不紊地工作；lCPU通過時序控制來識別指令和數(shù)據(jù)：通過時序控制來識別指令和數(shù)據(jù)：指令周期的第一個指令周期的第一個CPU周期周期取指周期取指周期;u從存儲單元中取出的一定是指令，需要送往從存儲單元中取出的一定是指令，需要送往IR指令寄存器；指令寄存器；指令周期的其他指令周期的其他CPU周期周期執(zhí)行周期執(zhí)行周期;u從存儲單元中取出的一定是數(shù)據(jù)，需要送往運算器。從存儲單元中取出的一定是數(shù)據(jù)，需要送往運算器。l時序信號的體制：時序信號的體制：電位電位脈沖制脈沖制脈沖到達之前，電平信號必須要穩(wěn)定；脈沖到達之前，電平信號必須要穩(wěn)定；CPUCPU的時間表的時間表20

44、21年12月23日星期四50控制器的時序信號控制器的時序信號l硬布線控制器的時序信號硬布線控制器的時序信號常采用常采用主狀態(tài)周期節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖主狀態(tài)周期節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖三級體制。三級體制。l微程序控制器的時序信號微程序控制器的時序信號一般采用一般采用節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖節(jié)拍電位節(jié)拍脈沖二級體制。二級體制。節(jié)拍節(jié)拍脈沖脈沖節(jié)拍節(jié)拍電位電位1主狀態(tài)主狀態(tài)周期周期節(jié)拍節(jié)拍電位電位2節(jié)拍電位節(jié)拍電位可表示一可表示一個個CPUCPU周期周期主狀態(tài)周期可主狀態(tài)周期可包含若干個節(jié)包含若干個節(jié)拍電位，是最拍電位，是最大的時間單位大的時間單位時鐘周期時鐘周期CPU周期周期T周期周期指令周期指令周期2021年12月

45、23日星期四515.3.2 時序信號產(chǎn)生器時序信號產(chǎn)生器l時序信號產(chǎn)生器：用邏輯電路實現(xiàn)時序的控制；時序信號產(chǎn)生器：用邏輯電路實現(xiàn)時序的控制；l微程序控制器中時序信號產(chǎn)生器的組成：微程序控制器中時序信號產(chǎn)生器的組成： P142圖圖5.17時鐘源時鐘源提供穩(wěn)定的基本方波時鐘信號；提供穩(wěn)定的基本方波時鐘信號；環(huán)形脈沖發(fā)生器環(huán)形脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一組有序的間隔相等或不等的脈沖序列；產(chǎn)生一組有序的間隔相等或不等的脈沖序列；節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯節(jié)拍脈沖和讀寫時序譯碼邏輯 環(huán)形脈沖與節(jié)拍脈沖共同作用產(chǎn)生各控制信號的時序；環(huán)形脈沖與節(jié)拍脈沖共同作用產(chǎn)生各控制信號的時序；啟?？刂七壿媶⑼？刂七壿?2021年

46、12月23日星期四525.3.3控制方式控制方式 l控制器的控制方式控制器的控制方式控制不同操作序列的時序信號的方法。控制不同操作序列的時序信號的方法。(指令的復雜與否決定指令的復雜與否決定著操作信號的多少，操作信號有先后出現(xiàn)的時序問題。著操作信號的多少，操作信號有先后出現(xiàn)的時序問題。) u同步控制方式同步控制方式u異步控制方式異步控制方式u聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式2021年12月23日星期四535.3.3控制方式控制方式 l同步控制方式同步控制方式在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機器周期數(shù)和時在任何情況下，已定的指令在執(zhí)行時所需的機器周期數(shù)和時鐘周期數(shù)都固定不變。有三種方式。鐘周期數(shù)都

47、固定不變。有三種方式。u采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令。采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令。若不同的指令若不同的指令的執(zhí)行周期時間長短不同，怎么選擇？的執(zhí)行周期時間長短不同，怎么選擇？ u采用不定長的機器周期。（大多數(shù)操作在一個較短的機器周期采用不定長的機器周期。（大多數(shù)操作在一個較短的機器周期內(nèi)完成，少數(shù)時間較長的操作可采取延長機器周期的方法）內(nèi)完成，少數(shù)時間較長的操作可采取延長機器周期的方法）u中央控制與局部控制結(jié)合。（大部分安排固定的機器周期內(nèi)完中央控制與局部控制結(jié)合。（大部分安排固定的機器周期內(nèi)完成，少數(shù)復雜指令另外時序定時。）成，少數(shù)復雜指令另外時序定時。）2021年

48、12月23日星期四545.3.3控制方式控制方式 l異步控制方式異步控制方式每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就占用多少時間。每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就占用多少時間。即每條指令執(zhí)行的都是實際的時間即每條指令執(zhí)行的都是實際的時間需要執(zhí)行部件完成操作后發(fā)需要執(zhí)行部件完成操作后發(fā)“回答回答”信號。信號。 l聯(lián)合控制方式聯(lián)合控制方式大部分操作序列為固定的機器周期，對某些時間難以確定的大部分操作序列為固定的機器周期，對某些時間難以確定的操作則以執(zhí)行部件的操作則以執(zhí)行部件的“回答回答”信號作為本次操作的結(jié)束。信號作為本次操作的結(jié)束。機器周期的節(jié)拍脈沖數(shù)固定，但是各條指令周期的機器周期機器

49、周期的節(jié)拍脈沖數(shù)固定，但是各條指令周期的機器周期數(shù)不固定（例如微程序）。數(shù)不固定（例如微程序）。2021年12月23日星期四555.4 微程序控制器微程序控制器 l5.4.1 微程序控制原理微程序控制原理l5.4.2 微程序設計技術(shù)微程序設計技術(shù)2021年12月23日星期四565.4.1 微程序控制原理微程序控制原理l微程序設計技術(shù)是微程序設計技術(shù)是利用軟件方法來設計硬件利用軟件方法來設計硬件的一門技術(shù)。的一門技術(shù)。具有具有規(guī)整性、靈活性、可維護性規(guī)整性、靈活性、可維護性等一系列優(yōu)點；等一系列優(yōu)點；逐漸取代了早期的組合邏輯控制器，已被廣泛地應用。逐漸取代了早期的組合邏輯控制器，已被廣泛地應用。

50、l基本思想基本思想仿照通常的解題程序的方法，仿照通常的解題程序的方法，把操作控制信號編成所謂的把操作控制信號編成所謂的“微指令微指令”，存放到一個只讀存儲器里；，存放到一個只讀存儲器里；當機器運行時，一條一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全當機器運行時，一條一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機所需要的各種操作控制信號，使部件執(zhí)行規(guī)定的操作。機所需要的各種操作控制信號，使部件執(zhí)行規(guī)定的操作。2021年12月23日星期四57 1、指令執(zhí)行、指令執(zhí)行 - 通過一系列控制信號來完成通過一系列控制信號來完成 2、操作控制器、操作控制器 - 提供一條指令執(zhí)行所需要的一系列控制信號提供一條指令執(zhí)行所需要的一系列控

51、制信號 3、操作控制器的實現(xiàn)、操作控制器的實現(xiàn) - 硬布線技術(shù)硬布線技術(shù) - 微程序技術(shù)微程序技術(shù) 4、微命令、微命令 5、微指令、微指令 6、微程序、微程序 2021年12月23日星期四581、微命令和微操作、微命令和微操作l控制部件：控制器控制部件：控制器l執(zhí)行部件：相對控制器來說，運算器、存取器、外圍設備都稱執(zhí)行部件：相對控制器來說，運算器、存取器、外圍設備都稱為執(zhí)行部件。為執(zhí)行部件。l執(zhí)行部件與控制部件的聯(lián)系：通過控制線和信息反饋。執(zhí)行部件與控制部件的聯(lián)系：通過控制線和信息反饋。其中信息反饋指執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作其中信息反饋指執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以

52、便控制部件根據(jù)執(zhí)行部件的狀態(tài)下達新的為命令，情況，以便控制部件根據(jù)執(zhí)行部件的狀態(tài)下達新的為命令，也稱狀態(tài)測試。也稱狀態(tài)測試?？刂凭€控制線2021年12月23日星期四591、微命令和微操作、微命令和微操作l控制部件與執(zhí)行部件之間的聯(lián)系控制部件與執(zhí)行部件之間的聯(lián)系控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出控制信號；控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出控制信號；執(zhí)行部件向控制部件返回狀態(tài)信息；執(zhí)行部件向控制部件返回狀態(tài)信息； l微命令微命令控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令；控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令；l微操作微操作執(zhí)行部件接受微命令后所執(zhí)行的操作；執(zhí)行部件接受微命令后所執(zhí)行的操作；l狀態(tài)測試狀態(tài)測試

53、執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映當前操作狀態(tài)，以使執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映當前操作狀態(tài)，以使控制部件決定下一步的微命令；控制部件決定下一步的微命令；控制線控制線執(zhí)行部件的最基本的操作執(zhí)行部件的最基本的操作2021年12月23日星期四60微操作的分類微操作的分類l相容性微操作相容性微操作在同時或同一個在同時或同一個CPU周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微操作；操作；l相斥性微操作相斥性微操作不能在同時或不能在同一個不能在同時或不能在同一個CPU周期內(nèi)并行執(zhí)周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作。行的微操作。2021年12月23日星期四61簡單運算器數(shù)據(jù)通路簡單運算器數(shù)據(jù)通路相斥性相斥性微操作微

54、操作相斥性相斥性微操作微操作相斥性相斥性微操作微操作相容性相容性微操作微操作動畫演示：動畫演示：5-20.swf5-20.swf2021年12月23日星期四622、微指令和微程序、微指令和微程序l微指令微指令一個一個CPU周期中，實現(xiàn)一定操作功能的一組微命令的組合。周期中，實現(xiàn)一定操作功能的一組微命令的組合。微指令微指令一般包含一般包含操作控制操作控制和和順序控制順序控制兩大部分兩大部分u操作控制：用于發(fā)出管理和指揮全機工作的控制信號操作控制：用于發(fā)出管理和指揮全機工作的控制信號（）；）；u順序控制：用于決定產(chǎn)生下一條微指令的地址；順序控制：用于決定產(chǎn)生下一條微指令的地址；所有的所有的微指令微

55、指令都存放于都存放于控制存儲器控制存儲器中，使用中，使用地址地址訪問；訪問；l微程序微程序能實現(xiàn)能實現(xiàn)一條一條機器指令功能的機器指令功能的多條多條微指令序列；微指令序列；每條機器指令都對應著一段微程序；每條機器指令都對應著一段微程序；微地址微地址2021年12月23日星期四63l順序控制部分的順序控制部分的P1、P2為判別測試標志；為判別測試標志；若為若為00，則順序?qū)ぶ肺⒅噶?；，則順序?qū)ぶ肺⒅噶睿蝗魹槿魹?1、10，則跳躍尋址微指令。，則跳躍尋址微指令。l直接地址直接地址2023位位順序?qū)ぶ窌r，直接地址即為下一條微指令地址；順序?qū)ぶ窌r，直接地址即為下一條微指令地址；跳躍尋址時，則要對直接地址

56、修改，得到下條微指令地址；跳躍尋址時，則要對直接地址修改，得到下條微指令地址；微指令基本格式微指令基本格式節(jié)拍脈節(jié)拍脈沖信號沖信號節(jié)拍電節(jié)拍電位信號位信號2021年12月23日星期四643、微程序控制器原理框圖、微程序控制器原理框圖l微程序控制器主要構(gòu)成部件：微程序控制器主要構(gòu)成部件： P147圖圖5.23控制存儲器（控制存儲器（CM）u存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微指令；存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微指令；u由只讀存儲器構(gòu)成，要求速度快，讀出周期短。由只讀存儲器構(gòu)成，要求速度快，讀出周期短。微指令寄存器微指令寄存器 存放由控制存儲器讀出的一條微指令信息；存放由控制存儲器讀出的一條微指令信息；u微地址寄存

57、器：微地址寄存器：決定將要訪問的下一條微指令的地址；決定將要訪問的下一條微指令的地址；u微命令寄存器微命令寄存器：保存一條微指令的操作控制字段和判別測試字：保存一條微指令的操作控制字段和判別測試字段的信息。段的信息。地址轉(zhuǎn)移邏輯地址轉(zhuǎn)移邏輯u用于跳躍尋址微指令時，承擔自動完成修改微地址的任務。用于跳躍尋址微指令時，承擔自動完成修改微地址的任務。微程序控制器微程序控制器l微指令周期微指令周期讀出一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令讀出一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令周期。在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只讀周期。在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只讀存儲

58、器的工作周期。存儲器的工作周期。l控制存儲器的字長控制存儲器的字長控制存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量取決控制存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量取決于機器指令系統(tǒng)中的微程序的數(shù)量。對控制存儲器的要求是于機器指令系統(tǒng)中的微程序的數(shù)量。對控制存儲器的要求是速度快，讀出周期要短，通常采用雙極型半導體只讀存儲器速度快，讀出周期要短，通常采用雙極型半導體只讀存儲器來構(gòu)造。來構(gòu)造。2021年12月23日星期四66P147圖圖5.23 微程序控制器原理框圖微程序控制器原理框圖動畫演示：動畫演示：5-23.swf5-23.swf2021年12月23日星期四67微程序控制器的工作過程微程序控制

59、器的工作過程l“取指微指令取指微指令”為所有指令的公用微指令；為所有指令的公用微指令；通常放在控制存儲器中的通常放在控制存儲器中的“0”地址單元地址單元；所有機器指令的所有機器指令的最后一條微指令的直接地址最后一條微指令的直接地址都指向都指向0地址單地址單元，用以取下一條微指令。元，用以取下一條微指令。l取得機器指令后，取得機器指令后，經(jīng)過經(jīng)過P1測試測試，即操作碼測試，產(chǎn)生對應的微，即操作碼測試，產(chǎn)生對應的微程序入口地址（操作碼和地址映射），并送入微地址寄存器。程序入口地址（操作碼和地址映射），并送入微地址寄存器。l指令執(zhí)行過程中，指令執(zhí)行過程中，通過通過P2測試測試，修正下一條微指令的地址

60、，逐，修正下一條微指令的地址，逐條讀取微指令執(zhí)行。條讀取微指令執(zhí)行。l執(zhí)行完對應于一條機器指令的微程序后，返回到取指微指令，執(zhí)行完對應于一條機器指令的微程序后，返回到取指微指令，不斷重復，直至程序執(zhí)行完畢。不斷重復，直至程序執(zhí)行完畢。2021年12月23日星期四684、微程序舉例、微程序舉例l “十進制加法十進制加法”指令是用指令是用BCD碼來完成十進制數(shù)的加法運算。碼來完成十進制數(shù)的加法運算。當兩數(shù)位相加小于等于當兩數(shù)位相加小于等于9時，結(jié)果正確；時，結(jié)果正確；當兩數(shù)位相加大于當兩數(shù)位相加大于9時，必須對和數(shù)位進行加時，必須對和數(shù)位進行加6的修正。的修正。l例如：例如：3+4 = 0011