哈尔滨工业大学：《计算机组成原理》第十章 控制单元的设计

第十章控制单元的设计 10.1组合逻辑设计 102微程序设计

第十章 控制单元的设计 10.1 组合逻辑设计 10.2 微程序设计

10.2微程序设计 微程序设计思想的产生 1951英国剑桥大学教授 Wilkes 微操作命令1 微指令1 完成 微操作命令2 10100000 条机器指令 微程序 微操作命令n徼指令n 00010010 条机器指令对应一个微程序存入ROM 存储逻辑

10.2 微程序设计 一、微程序设计思想的产生 1951 英国剑桥大学教授 Wilkes 完成 一条机器指令 微操作命令1 微操作命令2 微操作命令n …… 微指令 1 10100000 微指令 n 微程序 00010010 存储逻辑 一条机器指令对应一个微程序 …… 存入 ROM

二、微程序控制单元框图及工作原理 10.2 1.机器指令对应的微程序 M+1 取指周期微程序 M+2 间址周期微程序 中断周期微程序 P+1 对应LDA操作的微程序 P+2 K K+1 对应STA操作的微程序 K+2

二、微程序控制单元框图及工作原理 1. 机器指令对应的微程序 M+1 M M+2 P+1 K K+2 P P+2 K+1 … 取指周期微程序 对应 LDA 操作的微程序 对应 STA 操作的微程序 间址周期微程序 中断周期微程序 10.2

2.微程序控制单元的基本框图 10.2 至CPU内部和系统总线的控制信号 OP IR 微地址 形成部件 顺序逻辑 标志 CLK CMDR 下地址 CMAR 地址译码 控制存储器 微指令基本格式 操作控制 顺序控制→

2. 微程序控制单元的基本框图 微地址 形成部件 顺序逻辑 CMAR 地址译码 控制存储器 标志 CLK CMDR 下地址 至 CPU 内部和系统总线的控制信号 OP IR 操作控制 顺序控制 微指令基本格式 10.2

二、微程序控制单元框图及工作原理 10.2 M+1 M+1 M2}取指周期微程序 M+2 转执行周期微程序 间址周期微程序 转取指周期微程序 中断周期微程序 P+1 P+1 P2}对应LDA操作的微程序 P+2 K K+1 K+1 K+2}对应STA操作的微程序 K+2 M

二、微程序控制单元框图及工作原理 M+1 M M+2 P+1 K K+2 P P+2 K+1 … 取指周期微程序 对应 LDA 操作的微程序 对应 STA 操作的微程序 间址周期微程序 中断周期微程序 M+1 M+2 P+1 P+2 K+1 K+2 M M 转执行周期微程序 … 转取指周期微程序 … 10.2

3.工作原理 控存 10.2 M+1 M+1 主存 ■M+2}取指周期 M+2 微程序 P+1 P+1 P+2 对应LDA操 P+2 M 作的微程序 LDA X 用户程序 ADD Y STA Z Q+1 对应ADD操 STP Q+1 Q+2 Q+2 作的微程序 K K+1 K+1 K+2 对应STA操 K+2 作的微程序

3. 工作原理 控存 M+1 M M+2 P+1 Q Q+2 P P+2 Q+1 … 取指周期 微程序 对应 LDA 操 作的微程序 对应 ADD 操 作的微程序 Q+1 Q+2 M M+1 M+2 P+1 P+2 M … … … 对应 STA 操 作的微程序 K+1 K+2 M K K+2 K+1 LDA X ADD Y STA Z 主存 STP 用户程序 10.2

3.工作原理 10.2 1)取指阶段执行取指微程序 M CMAR CM(CMAR)→ CMDR PC→MAR1→R 由CMDR发命令 M 00 001M+ 形成下条微指令地址M+1 Ad(CMDR)→CMAR (PC)+1→PC CM (CMAR)一CMDR M(MAR)→MDR 由CMDR发命令 M+10100 10M+2 形成下条微指令地址M+2 Ad(CMDR)→CMAR CM (CMAR)→CMDR MDR→IR 由CMDR发命令 M+2[00100 ●● 00

3. 工作原理 (1) 取指阶段 M CMAR CM ( CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 形成下条微指令地址 Ad (CMDR ) CMAR CM (CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 Ad (CMDR ) CMAR CM (CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 M + 1 M + 2 PC MAR 1 R M ( MAR ) MDR ( PC ) + 1 PC MDR IR M + 2 0 0 1 0 0 0 0 … M 1 0 0 0 0 1 … M+1 M + 1 0 1 0 0 1 0 … M+2 形成下条微指令地址 执行取指微程序 10.2

(2)执行阶段执行LDA微程序 10.2 OP(R)一微地址形成部件→CMAR(P一CMAR) CM( CMAR)-CMDR Ad(IR)-MAR I-fR 由CMDR发命令 P0001 001P+1 形成不解倒捕令地址啦AR CM (CMAR)→CMDR M(MAR)→MDR 由CMDR发命令 P+10100 0P+2 形成吓緊聩令地址M盘R MDR→AC CM (CMAR)→CMDR 由CMDR发命令 P+2L0000001… 0 M 形啦下解倒指令地址MAR(M→CMAR)

(2) 执行阶段 CM ( CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 Ad (CMDR ) CMAR CM (CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 Ad (CMDR ) CMAR CM (CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 OP ( IR ) 微地址形成部件 CMAR ( P CMAR ) Ad (CMDR ) CMAR Ad ( IR ) MAR 1 R M ( MAR ) MDR MDR AC P + 2 0 0 0 0 0 0 1 0 … M 执行 LDA 微程序 形成下条微指令地址 P + 1 形成下条微指令地址 P + 2 形成下条微指令地址 M ( M CMAR ) P + 1 0 1 0 0 0 … P+2 P 0 0 0 1 0 0 1 … P+1 10.2

(3)取指阶段执行取指微程序 10.2 M→→CMAR CM(CMAR)一 CMDR PC+MAR R 由CMDR发命令 M100 001M +1 全部微指令存在CM中,程序执行过程中只需读出 关键>微指令的操作控制字段如何形成微操作命令 微指令的后继地址如何形成

(3) 取指阶段 CM ( CMAR ) CMDR 由 CMDR 发命令 M CMAR PC MAR 1 R M 1 0 0 0 0 1 M+1 全部微指令存在CM 中，程序执行过程中只需读出 关键 ➢ 微指令的 操作控制字段如何形成微操作命令 ➢ 微指令的 后继地址如何形成 执行取指微程序 …… 10.2

、微指令的编码方式(控制方式)10.2 1.直接编码(直接控制)方式 在微指令的操作控制字段中 每一位代表一个微操作命令 控制信号 下地址 速度最快 操作控制 某位为“1”表示该控制信号有效

三、微指令的编码方式（控制方式） 1. 直接编码（直接控制）方式 在微指令的操作控制字段中 每一位代表一个微操作命令 下地址 速度最快 …… 控制信号 操作控制 某位为 “1” 表示该控制信号有效 10.2