实验四微控制器实验Word文档下载推荐.doc
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PLA控制器实际上也是一种组合逻辑控制器,但它又与常规的组合逻辑控制器的硬联结构不同,它是程序可编的,某一微操作控制信号由存储逻辑控制器产生。
4.关于组合逻辑控制器实验
组合逻辑控制器由大规模可编程器件的软逻辑设计定义,渉及器件的开发环境,我们在基于“RISC”(精简指令集)处理器构成的模型机实验中论证。
这里以微程序控制器为例展开控制器的原理组成与顺序控制实验。
四、微程序控制器
微程序控制的实质是用程序设计的思想方法来组织微操作控制逻辑,用规整的存储逻辑代替繁杂的组合逻辑。
把各条指令的微操作序列以二进制编码字的形式设计成微程序,存放在控制存储器中,通过读取并执行相应的微程序实现一条指令的功能。
这就是微程序控制的基本概念。
1.微程序控制器的组成结构
1)控制存储器CM
如图4-2所示的CM框为微程序控制器,由2片6264和1片6116共三片静态存储器平行组成。
它们的地址通路由微程序计数器μPC供给,其寻址范围为0~7FF.控制器设有段微址,2片6264的数据端在段微址的指示下分时输出下址与微控制信息,并和6116的数据端平行组成24个途经三态门隔离驱动的微控制位(M23~M0)。
M23~M19
M7~M0
M18……M8
直控字段
目的字段
运算字段
源字段
下续微地址字段
识别字段
保留段
表4-1 微指令的重叠结构定义
2)微程序计数器μPC
图4-2所示的微地址计数器框由3片161构成按字方式寻址的uPC计数器,计数器的输入端通过微总线(ubus)从指令译码器ID、微控制器(CM)的下址段捕捉非因变分量,从运算标志PSW、中断请求标志INQ等标志中捕捉因变分量。
计数器的输出端组成12位微地址总线,控制微程序存储器的寻址。
其中u0-u10为段微址,电路构造中与2片6264的地址端“A11”相连,它零状态输出微控制信息,“1”状态输出下续微地址。
它的清零端由中央外理器单元直控,上电时uPC计数器自动淸零,实验中按【返回】键亦可实现计数器的手动淸零。
操作控制字段
下续微地址控制字段
译码
微命令
u10……u0M23……M0
M2
M1
M0
CM
②
④
⑤
①
③
PC
AR
E/M主存
IRID
PSW
INQ
微地址
形成电路
uPC
微程序计数器
T3
T2
T1
图4-2 微程序控制器原理图
2.微程序的执行过程
图4-2所标示的字号表示微程序控制的全部工作过程。
1)启动取指微指令或微程序,根据程序计数器PC所提供的指令地址,从EM主存中取出所要执行的机器指令,送入指令寄存器IR、指令译码器ID中,并且完成PC+1,指向机器指令的下址单元。
2)根据ID译码器中的指令码,把微地址形成电路产生的机器指令起始微地址打入μPC。
3)从μPC所指定的CM控制存储器单元分时输出微操作控制字段与下续微地址控制字段。
4)微指令的操作控制字段经译码或直接产生一组微命令,控制有关功能部件完成微程序所规定的微操作。
5)微指令的下址段及当前PSW、INQ等标志送往微地址形成电路,产生下条微指令的地址,进入读取与执行下条微指令。
如此循环,直到一条机器指令的微程序全部执行完毕。
译码器
目的寻址字段
源寻址字段
下址段
M7…M0
M15…M11
M10…M8
M18…M16
M23…M19
M18…M8
微操作命令
目的微操作
运算微操作
源微操作
识别判断字
μd10~μd0
……
图4-3 微指令控制格式
3.微指令格式及编码
本系统采用字段直接编码法,把微指令操作控制字段划分为若干个子字段,每个子字段的所有微命令进行统一编码。
如图4-3所示,本控制器微指令字长35位,其中24个操作控制位分别由识别字段、判断字段、运算控制字段、源寻址字段、目的寻址字段及直接控制字段组成。
在下址捕捉时段由M18~M8输出字为十一位的后续微地址。
⑴识别字段
①M4、M1、M0分别定义Iμ、Icz、Ids,组成下址识别字段。
它们的编码下表所示。
表4-2 手控态识别字段编码表
M4
说明
Iμ
Icz
Ids
1
微址加1
执行周期微变址
无条件任意变址
带进位标志变址
带零标志位变址
②M2定义为取指控位IR
表4-3 取指控制一览表
M23
M21
T4
IP
MWR
IR
↑
打操作码
PC+1
打操作数
*注释:
当IP为“1”时PC不变,当MWR为“0”时执行指令寄存器写入操作
③M3定义为中断控位IE,中断源控制见表4-4~表4-6。
1.中断允许控制IEQ
表4-4 中断允许控制表
K7
K6
K3
K0
节拍
功能
Op
W
Ie
1→IEQ
开中断
0→IEQ
关中断
2.中断响应控制IAQ
表4-5 中断响应控制表
1→IAQ
中断响应
0→IAQ
中断退出
3.中断请求控制INQ
表4-6中断请求控制表
IEQ
IAQ
INT
1→INQ
锁存请求
X
清除请求
⑵运算字段
M15~M11分别定义M、S2、S1、S0,组成运算控制字段,其编码见实验一表1-1。
⑶源控制段
M10~M8组成X2、X1、X0源寻址段,其编码见表4-7。
表4-7源与目的寻址编码表
总线源编码
在线态目的编码
M10
M9
M8
M19
M18
M17
X2
X1
X0
O2
O1
O0
禁止
ALU
MAR
SP
BX
IOR
AX
MRD
XRD
IOW
RRD
XWR
RWR
⑷目的控制段
M19~M17组成o2、o1、o0目的寻址段。
其编码见表4-7.
⑸直接控制字段
①M6定义为字长控位W,当W=“0”时当前总线宽度为十六位;
若W=“1”根据总线源的奇偶特性形成偶递奇或奇递偶的八位字节总线。
②M7定义为源奇偶特性控位XP,在CPU特约的工作寄存器寻址中,当XP=“0”时源寄存器为偶寻址,总线宽度由字长控位“W”定义;
若XP=“1”源工作寄存器为奇寻址,并且形成奇递偶的八位字节总线。
在存储器或指令操作数字段为源的寻址中,XP可指定操作源的途径,亦可作为识别控位用。
③M16定义为目的奇偶控位OP,在CPU特约的工作寄存器寻址中,当OP=“0”时目的工作寄存器为偶操作,若总线宽度W=“0”时以字为目标,遇W=“1”时以字节为目标;
若OP=“1”目的工作寄存器为奇操作,以奇字节为目标。
在存储器或指令操作数字段的目的寻址中,OP可指定目标操作途径,亦可作为识别控位用。
④M5定义为运算源控位ALU,当ALU=“1”时运算器以AX、BX寄存器为源,若ALU=“0”运算器以当前源编码的定义部件为源。
⑤M20定义为寄存器与内存选择控位R/M,当R/M=“1”时选择工作寄存器,若R/M=“0”选择内存。
⑥M21定义为EM/RM主存及指令寄存器IR写命令MWR,当MWR=“0”、IR=“1”时执行存储器的写入操作。
当MWR=“0”、IR=“0”时执行指令寄存器IR写入操作。
⑦M22定义为程序计数器使能控位IP,当IP=“1”时程序计数器PC处保持状态,当IP=“0”时,遇E/M=“0”执行PC地址的装载,若E/M=“1”执行PC+1。
⑧M23定义为程序与数据的段地址选择控位E/M,当E/M=“1”时,主存以当前程序指针PC为Addr地址总线;
当E/M=“0”时,主存以当前AR为Addr地址总线。
⑹下址段
由M18~M8组成μD10~μD0共十一位下址微总线,在下址形成时段M18~M8输出下续微地址总线。
4.取址微操作流程
取指周期是每条指令都要经历的周期,因此取指周期的操作称为公操作。
在取指周期完成将现行指令从存储器中取出送往指令寄存器IR,并执行PC+1→PC,指向程序指令的下址。
从上图001号微单元所示的取指流程可知,“取指”按字节方式分时实现,执行时首先把操作码所在字节打入指令寄存器IR偶单元,然后把PC+1单元的内容打入IR奇单元,执行操作数的存储。
在同一机器周期内按字节方式分时实现十六位指令寄存器的打入操作。
五、控制器特约定义
为了迫使微程序控制器在上电或复位时按照预设的初始微操作信息步入正常工作状态,我们按照通用机设计规范强制定义了三个关联单元的微控制格式。
1.初始复位单元微程序定义
⑴初始复位微地址
控制器的微地址计数器upc初始复位状态为零,上电时微计数器自动淸零,实验中按【返回】键亦可实现微计数器的手动淸零。
⑵零微址单元格式
零微址单元的微操作编程为空操作,下址
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