第5章中央處理部件CPU

苞年同滁--------

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5.1CPU的組成

5.2控制器的組成

5.3組合邏輯（硬布線）控制器

5.4微程序控制器

5.5微程序設(shè)計(jì)技術(shù)

5.6CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)及指令執(zhí)行

5.7流水線工作原理

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1907-2007主要知識(shí)點(diǎn)

百年◎簾-------------------------------------

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■從CPU的功能，了解控制器功能和結(jié)構(gòu)

■掌握控制器的主要組成部件

■掌握組合邏輯（硬布線）控制的特點(diǎn)及工作原理

■掌握微操作的概念

■掌握微程序控制器的實(shí)現(xiàn)原理及工作原理

■掌握控制器在不同的數(shù)據(jù)通路下，如何控制一條指

令的執(zhí)行

■流水線工作原理

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5.1CPU的組成

苞年◎稱

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中斷設(shè)備

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CPU的組成

百年◎簾----------------

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1.運(yùn)算部件ALU

2.寄存器

(1)用于處理的寄存器

■通用寄存組

■暫存器

(2)用于控制的寄存器

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5.1CPU的組成

苞年◎稱

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3.用于主存和I/O接口的寄存器

(1)地址寄存器AR

(2)數(shù)據(jù)寄存器DR

4.總線

5.時(shí)序系統(tǒng)及微操作命令產(chǎn)生部件

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁---------------------------------------

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5.2.1控制器的功能

計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理（或計(jì)算）是通過程序的

執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)的，程序是完成某個(gè)確定算法的指令序

列，要預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中。所以，計(jì)算機(jī)的工作

過程是程序的運(yùn)行過程，也就是在控制器下逐條執(zhí)

行指令的過程。

控制器的基本功能：就是控制機(jī)器各部件執(zhí)行指令

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁---------------------------------------

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L取指令

當(dāng)程序已在存儲(chǔ)器中時(shí)，首先由控制器根據(jù)程

序入口取出第一條指令，為此要發(fā)出指令地址及控

制信號(hào)，把指令從內(nèi)存取到CPU中。

2.分析指令

或叫解釋指令、指令譯碼等。是對(duì)當(dāng)前取得的

指令進(jìn)行分析，指出它要求作什么操作，并產(chǎn)生相

應(yīng)的操作控制命令，如果參與操作的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器

中，還需要形成操作數(shù)地址。

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁----------------------------------------

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3.執(zhí)行指令

根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的“操作命令”和“操作數(shù)

地址”形成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列，通過CPU及輸

入輸出設(shè)備的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，其中還

包括對(duì)運(yùn)算結(jié)果的處理以及下條指令地址的形成。

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計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)順序執(zhí)行上述三種基本操作：

取指、分析、執(zhí)行；再取指、再分析、再執(zhí)行……,

如此循環(huán)，直到遇到停機(jī)指令或外來的干預(yù)為止。

此外，程序和數(shù)據(jù)要輸入機(jī)器，運(yùn)算結(jié)果要輸

出，機(jī)器運(yùn)行過程中出現(xiàn)的某些異常情況或請(qǐng)求要

進(jìn)行處理，人與機(jī)器之間要進(jìn)行對(duì)話，因此控制器

還應(yīng)該具有以下功能?

4.控制程.和數(shù)據(jù)的熹入與結(jié)果輸出

根據(jù)程序的安排或人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向

輸入輸出設(shè)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來完成I/O功能，

這實(shí)際上也是通過執(zhí)行程序來完成的。

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苞年同滁-----------------------------------------

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5.對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理

當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)某些異常情況，此時(shí)由這些部件或

設(shè)備發(fā)出：（1）“中斷請(qǐng)求”信號(hào)，待CPU執(zhí)行完當(dāng)

前指令后，響應(yīng)該請(qǐng)求，中止當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)

去執(zhí)行中斷程序。當(dāng)處理完畢后，再返回原程序繼

續(xù)運(yùn)行下去?；颍?）DMA請(qǐng)求信號(hào)，等CPU完成當(dāng)前機(jī)

器周期操作后，暫停工作，讓出總線給I/O設(shè)備，在

完成I/O設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的傳送數(shù)據(jù)操作后，CPU

從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開始繼續(xù)執(zhí)行指令。DMA操作

不允許改變CPU中任一寄存器狀態(tài)（除DMA專用部件

外），否則會(huì)影響CPU工作的正確性。

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1907-20075.2控制器的組成

百年◎簾------------------------------------------

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5.2.2控制器的組成

1.程序計(jì)數(shù)器(PC)

即指令地址寄存器。用來存放即將要執(zhí)行的下

一條指令地址。

有兩種方法形成下一條指令地址：

(1)程序在順序執(zhí)行時(shí)，通過對(duì)PC的增值形成下

一條指令地址。

(2)程序在非順序執(zhí)行時(shí)，一般由轉(zhuǎn)移指令形成

下一條指令地址對(duì)PC進(jìn)行修改。

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控制器的組成結(jié)構(gòu)圖

茍年電稱

TONGJIUNIVERSITY指令轉(zhuǎn)移地址

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5.2控制器的組成

高年◎薇

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2.指令寄存器(IR)

用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，以便在指令執(zhí)

行過程中，控制完成一條指令的全部功能。

3.指令譯碼器或操作碼譯碼器

對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)生

相應(yīng)的控制信號(hào)。

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控制器的組成結(jié)構(gòu)圖

苞年◎稱

TONGJIUNIVERSITY指令轉(zhuǎn)移地址

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百年◎簾---------------------------------------

在執(zhí)行指令過程中，需要形成有一定時(shí)序關(guān)系

的操作控制信號(hào)序列，為此還需要下述組成部分。

4.脈沖源及啟停線路

脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器

的時(shí)鐘脈沖，是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)，

在機(jī)器剛加電時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)(reset)。

啟停線路保證可靠地送出或封鎖時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)

序信號(hào)的發(fā)生或停止，從而啟動(dòng)機(jī)器工作或使之停

機(jī)。

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5.2控制器的組成

苞年電將

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5.時(shí)序控制信號(hào)形成部件

當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在CLK時(shí)鐘作用下，根據(jù)當(dāng)前正

在執(zhí)行的指令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)，

并根據(jù)被控功能部件的反饋信號(hào)調(diào)整時(shí)序控制信號(hào)o

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁-------------------

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5.2.3機(jī)器指令執(zhí)行過程

1.PC中的內(nèi)容送入地址寄存

器AR,并向內(nèi)存發(fā)讀命令，

從內(nèi)存將這條指令讀入IR,

修改PC。

2.指令譯碼器分析指令的操

作性質(zhì)及操作數(shù)形成地址，

以便向存儲(chǔ)器、運(yùn)算器等發(fā)

出響應(yīng)的微操作命令序列。

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5.2控制器的組成

苞年同滁------------------

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3.如是操作類指令，需要

內(nèi)存提供數(shù)據(jù)的話，控制

器就根據(jù)尋址方式形成有

效地址送入AR,并向內(nèi)存

發(fā)讀命令。

4.從內(nèi)存取出的運(yùn)算數(shù)據(jù)

送入ALU并隨即命令運(yùn)算

器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

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5.2控制器的組成

苞年電將

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5.操作結(jié)果送入通用寄存器

或內(nèi)存。

6.一條指令執(zhí)行完畢，控制

器接執(zhí)行指令計(jì)數(shù)器PC指

出的下一條指令，在順序

執(zhí)行的情況下，是在上條

指令被取出以后，PC內(nèi)容

加1。在非順序執(zhí)行的情況

下，比如轉(zhuǎn)移，就跳過4、

5步，將轉(zhuǎn)移地址寫入PC。

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苞年同滁------------------

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7.一條指令執(zhí)行完檢測(cè)是否

有中斷（異常），有轉(zhuǎn)入

處理程序，轉(zhuǎn)回第一步，

取下一條指令。

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1907-20075.2控制器的組成

百年◎簾---------------------------------------

指令執(zhí)行過程舉例

運(yùn)算器由8個(gè)通用寄存器GR及一個(gè)算邏運(yùn)算部

件ALU組成，并有4個(gè)記憶運(yùn)算結(jié)果狀態(tài)的標(biāo)志觸發(fā)

器N,Z,V和C。

■N（負(fù)數(shù)）：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)數(shù)時(shí)，置“1”，否則為

“0”。

■Z（零）：當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為零時(shí)，Z=l,否貝！|Z=0。

■V（溢出）:當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，V=l,否貝!|V=0。

■C（進(jìn)位）：當(dāng)加法運(yùn)算產(chǎn)生進(jìn)位信號(hào)或減法運(yùn)算產(chǎn)

生借位信號(hào)時(shí)，C=l,否則C=0。

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1907-20075.2控制器的組成

百年◎簾-------

TQNGJIUNIVERSITY4…-

假設(shè)指令格式:D31D24D23-D20D19-D16D15DO

操作碼rs,rdImm(disp)

ADDAL,SIE1000H]；AL-AL+[SI+1000H]

D31D24D23-D20D19-D16D15DO

ADDALSI1000H

(1)一條加法指令的執(zhí)行過程

加法指令完成以下操作

①?gòu)拇鎯?chǔ)器取指令，送入指令寄存器，并進(jìn)行操作碼

譯碼(分析指令)。

PC-AB,W//R=O,M//IO=1,DB->IR,PC+1

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁--------------------------------

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指令格式：

D31D24D23-D20D19-D16D15DO

操作碼rs,rdrslImm(disp)

②計(jì)算數(shù)據(jù)地址，將計(jì)算得到的有效地址送地址寄存

器AR。

rsl—GR,(rsl)fALU,disp—ALU,，ALU—AR

③到存儲(chǔ)器取數(shù)。

ARfAB,W//R=O,M//IO=1,DB—DR

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁--------------------------------

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假設(shè)指令格式：

D31D24D23-D20D19-D16D15DO

操作碼rs,rdrslImm(disp)

④進(jìn)行加法運(yùn)算，結(jié)果送寄存器，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果置

狀態(tài)位N,Z,V,Co

rs—GR,(rs)-ALU,DRfALU,“+”，rd—GR,ALU—rd,

置N,Z,V,C狀態(tài)位。

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1907-20075.2控制器的組成

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁----------------------------------------

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（2）條件轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行過程

指令功能：根據(jù)N,Z,V,C的狀態(tài)，決定是否

轉(zhuǎn)換。如轉(zhuǎn)移條件成立，則轉(zhuǎn)移到本條指令所指定

的地址，否則順序執(zhí)行下一條指令。

假設(shè)指令格式：

D31D24D23-D20D19DO

操作碼rslImm(disp)

本條指令完成以下操作:

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5.2控制器的組成

高年◎稱一

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指令格式:

D31D24D23-D20D19DO

JNZBP2000H

①?gòu)拇鎯?chǔ)器取指令，送入指令寄存器，并進(jìn)行操作碼

譯碼。

PC—AB,W//R=0,M//I0=l,DB-IR,PC+1

②如轉(zhuǎn)移條件成立，根據(jù)指令規(guī)定的尋址方式計(jì)算有

效地址，轉(zhuǎn)移指令采用編址尋址方式。

此時(shí)轉(zhuǎn)移地址=rsl+disp

rsl^GR,(rsl)^ALU,disp-ALU,+,ALU—PC

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1907-20075.2控制器的組成

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁---------------------------------------

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5.2.4控制器的控制方式

1.同步控制方式

計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每條指令操作都是在相同的時(shí)間里

完成。

2.異步控制方式

計(jì)算機(jī)執(zhí)行的每條指令操作不是在相同的時(shí)間里

完成的，而是根據(jù)前一條指令操作是否已完成的

“完成”信號(hào)來控制。

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁---------------------------------------

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3.聯(lián)合控制方式

對(duì)大多數(shù)的指令采用同步控制方式，對(duì)個(gè)別少數(shù)

無(wú)法采用同步控制方式的指令，采用區(qū)別對(duì)待的辦

法，在時(shí)間上給予延長(zhǎng)。

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁-----------------------------------------

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5.2.5控制器的組成方式

1.組合邏輯控制器

組合邏輯控制器是以邏輯代數(shù)為工具進(jìn)行設(shè)計(jì)的,

是由各類門電路構(gòu)成。

2.微程序控制器

微程序控制器是用微程序設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)的，是

由微程序存儲(chǔ)器和門電路構(gòu)成。

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1907-20075.2控制器的組成

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1907-20075.2控制器的組成

苞年電將

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2.基于雙總線的數(shù)據(jù)通路

至U

內(nèi)

存

Genablc

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5.2控制器的組成

苞年◎稱

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3.基于專用通路結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)通路

RR/WR/W

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1907-20075.2控制器的組成

苞年同滁---------------------------------------------

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4.單周期和多周期處理器數(shù)據(jù)通路

單周期處理器是指所有的指令在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成

的處理器，盡管不同指令執(zhí)行時(shí)間不同，但對(duì)單周期處理

器而言，時(shí)鐘周期必須設(shè)計(jì)成對(duì)所有指令都等長(zhǎng)。

注意：在單周期處理器中，一條指令執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)通路

的任何資源都不能被重復(fù)使用，因此，任何需要被多次使

用的資源（如加法器）都需要設(shè)置多個(gè)，否則就會(huì)發(fā)生資

源沖突，這是設(shè)計(jì)單周期處理器中數(shù)據(jù)通路時(shí)必須考慮的

重要環(huán)節(jié)。

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5.2控制器的組成

苞年電將

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多周期處理器是指指令可根據(jù)執(zhí)行的時(shí)間長(zhǎng)度，在一

個(gè)時(shí)鐘周期或多個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的處理器，所以，對(duì)不

同指令執(zhí)行時(shí)間，對(duì)多周期處理器而言，指令所用的時(shí)鐘

周期數(shù)也不同。

注意：在多周期處理器中，一條指令執(zhí)行過程中數(shù)據(jù)通路

的任何資源都能被重復(fù)使用，因此，任何需要被多次使用

的資源（如加法器）可設(shè)置一個(gè)，在不同的時(shí)鐘周期中被

使用。

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5.2控制器的組成

高年◎稱

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T

時(shí)鐘

指令取指、譯碼、計(jì)算地址和執(zhí)行

T1-----------------------T2-----------------------T3-----------------------T4

時(shí)鐘

N—取指—4?一譯碼一小一計(jì)算地址一+—執(zhí)行

1111

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1907-20075.3組合邏輯控制器

苞年同滁---------------------------------------

TONGJIUNIVERSITY

5.3.1時(shí)序與節(jié)拍

一條指令的實(shí)現(xiàn)可分成取指、計(jì)算地址、取數(shù)

及執(zhí)行等幾個(gè)步驟，對(duì)于多周期處理器在大部分情

況下，每一步由一個(gè)機(jī)器周期實(shí)現(xiàn)。對(duì)于單周期處

理器來說，所有操作就在一個(gè)機(jī)器周期中實(shí)現(xiàn)。

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5.3組合邏輯控制器

苞年◎稱

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譯碼器

計(jì)數(shù)器cyA

CLK---------------

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1907-20075.3組合邏輯控制器

苞年同滁------------------------------------------------

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四個(gè)節(jié)拍cyl、cy2、cy3>cy4可形成四個(gè)周期

cyl---取指

■cy2---計(jì)算地址

■cy3---取數(shù)

■cy4---執(zhí)行

每次啟動(dòng)時(shí)總是cyl有效，就是取指，然后再是其它周期。

由于每條指令的功能不同，所以每條指令所需的周期數(shù)可能

就不同。對(duì)于多周期處理器：

指令周期是由若干個(gè)機(jī)器周期構(gòu)成

機(jī)器周期是由若干個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成

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1907-20075.3組合邏輯控制器

苞年同滁--------------------

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5.3.2操作控制信號(hào)的產(chǎn)生

1.操作碼譯碼器

指令由操作碼與地址碼兩部分組成，其中操作

碼表示當(dāng)前正在執(zhí)行的是什么指令。各條指令所需

實(shí)現(xiàn)的操作隨指令而異。假如操作碼有7位，則最多

可表示128條指令，一般在機(jī)器內(nèi)設(shè)置一個(gè)指令譯碼

器，其輸入為操作碼（7位），輸出有128根線，在任

何時(shí)候，有且僅有一根線為高電位，其余均為低電

位（或反之，即一根線為低電位，其余為高電位），

每根輸出線表示一條指令，因此譯碼器的輸出可以

反映出當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。

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5.3組合邏輯控制器

苞年◎稱

TONGJIUNIVERSITY

由譯碼器的輸出和機(jī)器周期狀態(tài)cyl?cy4作為

輸入，使用邏輯電路產(chǎn)生操作控制信號(hào)，其框圖如

圖所示。實(shí)際上為了簡(jiǎn)化邏輯,譯碼器與組合邏輯

是結(jié)合在一起設(shè)計(jì)的。

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5.3組合邏輯控制器

高年◎稱

TONGJIUNIVERSITY指令寄存器IR

操作碼地址碼

1

譯碼器

127

cyl

cy2

cy3組合邏輯電路

cy4

n

操作控制信號(hào)

同濟(jì)大學(xué)電信學(xué)院

1907-20075.3組合邏輯控制器

苞年同滁---------------------------------------

TONGJIUNIVERSITY

1.根據(jù)指令功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路

根據(jù)指令功能列出完成每條指令功能所需的部

件，用部件關(guān)系表將每個(gè)部件的數(shù)據(jù)來源列出，根

據(jù)關(guān)系表用連線將每個(gè)部件連接起來，設(shè)計(jì)出初步

的數(shù)據(jù)通路。

2.繪制指令流程圖

根據(jù)初步安排好的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)，把每一條機(jī)

器指令都分解為一系列的微操作，并排列為有先后

次序、互相銜接的指令流程圖。

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3.編排指令操作時(shí)間表

依據(jù)各條機(jī)器指令的操作流程圖及控制方式，

將每個(gè)微操作安排到周期節(jié)拍中。

4.進(jìn)行微操作綜合

按照所有機(jī)器指令的操作時(shí)間表，把相同的微

操作綜合起來，得到每個(gè)微操作的邏輯表達(dá)式。

5.根據(jù)各微操作的邏輯表達(dá)式以及所用的器件（門電

路），構(gòu)成微操作序列形成部件的組合邏輯網(wǎng)絡(luò)。

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5.3組合邏輯控制器

百年◎簾--------------------------------------------

TONTTY4單周期組合邏輯控制器設(shè)計(jì)舉例

設(shè)計(jì)一臺(tái)基于MIPS指令架構(gòu)的單周期CPU,共有8條指

令。

序號(hào)指令指令功能備注

1Addurd,rs,rtrd<-rs+rt寄存器加

2Subrd,rs,rtrd<-rs-rt寄存器減

3Orirt,rs,immediatert<-rsVext_imml6立即數(shù)或

4Silrd,rt,sard<-rt||0s左移

rs=rt,PC<-NPC+Sign_ext(offset||02)；

5Beqrs,rt,offset條件轉(zhuǎn)移

rswrt,PC<-NPC(PC+4)

2

6JtargetPC<-PC31.28||instr_index||0無(wú)條件轉(zhuǎn)移

7Lwrt,offset(base)rt<-[base+Sign_ext_offset]取數(shù)

8Swrt,offset(base)[base+Sign_ext_offset]<-rt存數(shù)

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1.Addurd,rs,rt;

rd-rs+rt,PC-NPC(PC+4)

312625212016151110650

Addu(OOOOOO)rsrtrd00000100001

2.Subrd,rs,rt;

312625212016151110650

Subu(OOOOOO)rsrtrd00000100011

rd<-rs-rt,PC-NPC(PC+4)

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3.Orirt,rs,immediate;

312625212016150

Ori(OOllOl)rsrtimml6

rt<-rsVext_imml6,PC-NPC(PC+4)

4.Silrd,rt,sa;

312625212016151110650

SI1(000000)00000rtrdsa000000

rd-rt0s,PC-NPC(PC+4)

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苞年◎稱

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5.Beqrs,rt,offset;

312625212016150

Beq(OOOlOO)rsrtoffset

rs=rt,PC<-NPC+Sign_ext(offset||02)；

rsWrt,PC-NPC(PC+4)

6.Jtarget;

3126250

J(000010)instrjndex

2

PC-PC31_2o||instrindex|10,PC-NPC(PC+4)

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7.Lwrt,offset(base);

312625212016150

Lw(lOOOll)basertoffset

rt-[base+Sign_ext_offset],PC-NPC(PC+4)

8.Swrt,offset(base);

312625212016150

Sw(101011)basertoffset

[base+Sign_ext_offset]-rt,PC-NPC(PC+4)

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1.根據(jù)指令功能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路

列出部件關(guān)系表

(1)Addurd,rs,rt;rd-rs+rt,PC-NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC(完成PC增值)、IMEM、Regfile、ALU

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALU

RdAB

AdduNPCPCPCALURsRt

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高年◎稱

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5.3組合邏輯控制器

高年◎稱

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2.Suburd,rs,rt;rd<-rs-rt,PC-NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC(完成PC增值)、IMEM、Regfile、ALU

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALU

RdAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

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5.3組合邏輯控制器

高年◎稱

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5.3組合邏輯控制器

高年◎稱

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3.Orirt,rs,imml6jrt^-rsVext.imml6,

PC-NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC（完成PC增值）、IMEM、Regfile、ALU、Extl6

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALUExt16

RdAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

OriNPCPCPCALURsExt16imm16

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苞年電將

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PCNPCIMEMRegFileALUExt16

RdAB

卜

Addu312625212016150

「

SubuOri(OOllOl)rsrtimml6

OriNPCPCPCALURsExt16imm16

31

RdRs

Rdc

AddressRegFile

Rsc

IMEM0RteRt

imml632bit

EXT16Or

IMEM15-0

5.3組合邏輯控制器

高年◎稱

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4.Silrd,rt,sa;rd-rt左移sa位,PC-NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC(完成PC增值)、IMEM、Regfile、ALU、Ext5

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALUExt16Ext5

RdAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

OriNPCPCPCALURsExt16imm16

SilNPCPCPCALUExt5Rtsa

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苞年同篇、

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IMEM10-6

5.3組合邏輯控制器

苞年◎稱

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5.Beqrs,rt,offset;

rs=rt,PC-NPC+Sign_ext(offset||02)否貝！|PC—NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC(完成PC增值)、IMEM、Regfile、ALU、Extl8>ADD

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALUExt16Ext5Ext18ADD

RdABAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

OriNPCPCPCALURsExt16imm16

SilNPCPCPCALUExt5Rtsa

BeqADDPCPCRsRtOffsetNPCExt18

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NPC

4ADD)

ADD

B

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苞年同滁-----------------------------------------

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6.Jtarget;

2

PC^PC31_281Iinstr_index|10,PC-NPC(PC+4)

?所需部件：PC、NPC(完成PC增值)、IMEM

?部件之間數(shù)據(jù)輸入輸出關(guān)系如下表：

PCNPCIMEMRegFileALUExt16Ext5Ext18ADD

RdABAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

OriNPCPCPCALURsExt16imm16

SilNPCPCPCALUExt5Rtsa

BeqADDPCPCRsRtOffsetExt18NPC

JIMEMPCPC

25-0

PCNPCIMEMRegFileALUExt16Ext5Ext18ADDII

RdABABAB

AdduNPCPCPCALURsRt

SubuNPCPCPCALURsRt

OriNPCPC3126250

SilNPCPCJ(000010)instrjndex

BeqADDPCPCRsRtOffsetExt18NPC

JIIPCPCPCIMEM