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,环形脉冲发生器的两种形式:
采用普通计数器:
在节拍脉冲上带来毛刺。
循环移位寄存器,1.时钟源,2.环形脉冲发生器,1,0,0,1,过100ns之后,0,0,1,+5V,0,1,第二个脉冲来时,0,1,+5V,1,0,0,0,1,第三个脉冲来时,0,1,+5V,1,0,1,1,0,1,0,0,1,+5V,1,1,1,第四个脉冲来时,第五个脉冲来时,脉冲时钟源,Q,Q,C4,D,2,3,S,CLR,MREQO,MREQ,IORQ,RD,T1o,T2o,T3o,RDO,WEO,IORQO,T4o,WE,+5V,R,环形脉冲发生器与译码逻辑,1,0,样品,Q,Q,C1,D,Q,Q,C2,D,Q,Q,C3,D,0,0,0,3.节拍脉冲和读/写时序的译码,根据上图得到,其译码电路逻辑可表示为:
T1o=C1*C2,T2o=C2*C2,T3o=C3,T4o=C1,根据上图,节拍电位与节拍脉冲时序关系如下:
读写时序信号的译码逻辑表达式为:
RDo=C2*RD,WEo=C3*WE,IORQo=C2*IORQ,MREQo=C2*MREQ,WE,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,C4,C3,C2,C1,MREQO,RD,RD,WE,T1,T2,T3,T4,节拍电位与节拍脉冲时序关系图,4.启停控制逻辑,机器一旦接通电源,就会自动产生原始的节拍脉冲信号T1OT4O,然而只有在启动机器运行的情况,才允许时序产生器发出CPU工作所需的节拍脉冲T1T4。
MREQO,RD,T1,T2,T3,RDO,WE,T4,WEO,MREQO,T2o,T3o,T4o,T1o,Q,Q,C1,D,T4o,启动,停机,CLR,启停控制逻辑,5.3.3控制方式,机器指令的指令周期是由多个CPU周期组成。
控制方式有如下四种:
1.同步控制方式:
在任何情况下,已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数都是固定不变的,称为同步控制方式。
(1)采用完全统一的机器周期执行各种不同指令。
(2)采用不定长机器周期。
将大多数操作安排在一个较短的机器周期内完成,对于某些时间紧张的操作,则采取延长机器周期的方法。
(3)中央控制与局部控制结合。
中央控制:
将大部分指令安排在固定的机器周期内完成。
局部控制:
对少数复杂指令(乘、除、浮点运算)采用另外时序定时。
根据不同情况,同步控制方式可选取如下方案:
2.异步控制方式:
每条指令周期可由多少不等的机器周期数组成。
指令周期数和时针周期数不固定。
3.联合控制方式:
同步控制和异步控制相结合的方式。
方式1:
大部分操作序列安排在固定的机器整齐中,对某些时间难以确定的操作,以执行部件的“回答”信号作为操作的结束。
方式2:
机器周期的节拍脉冲固定,但指令周期中的机器周期数不固定。
4.人工控制方式:
为了调试机器和软件开发的需要,在计算机面板和内部设置一些开关或按键以进行人工控制。
如RESET键,连续执行或单条指令执行的转换开关,符合停机开关等。
微程序控制器同组合逻辑控制器相比较:
特点:
具有规整性、灵活性、可维护性。
在计算机系统中,微程序设计是利用软件方法来设计硬件的一门技术。
微程序控制器的基本思想:
操作控制信号编成所谓的“微指令”,存放在ROM中。
运行时,一条条地读出这些微指令。
产生全机所需要的各种操作控制信号。
5.4微程序控制器,5.4.1微命令和微操作,一台数字计算机基本上可以划分为两大部分:
控制部件,执行部件,控制命令,反馈测试,微指令:
控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。
微操作:
执行部件接受微命令后所进行的操作。
微操作,相斥性:
同一个CPU周期不能并行执行的微操作。
相容性:
同一个CPU周期可并行执行的微操作。
CY,+,M,R1,R2,R3,X,4,6,8,5,7,9,1,2,3,Y,简单运算器数据通路图,DR,ALU,上图所示,是一个简单运算器模型,其中ALU为算术逻辑单元,R1、R2、R3为三个寄存器。
CY为最高位触发器,有进位时该触发器状态为“1”。
微操作1、2、3是可以同时进行的,所以是相容性的微操作。
另外,ALU的X输入微操作4、6、8分别与Y输入的5、7、9任意两个微操作,也都是相容性的。
ALU的操作(加、减、传送)在同一个CPU周期中只能选择一种,不能并行,所以以+、M(传送)三个微操作是互斥性的微操作。
类似地,4、6、8三个微操作是互斥性的,5、7、9三个微操作也是互斥性的。
LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,-,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,操作控制,操作控制,顺序控制,微指令基本格式,每一位表示一个微指令,当某一位为“1”时,表示发出微命令,若第2位为“1”时,表示发出LDD2的微命令。
在机器的一个CPU周期中,一组实现一定功能的微命令的组合,构成一条微指令。
5.4.2微指令和微程序,微程序:
一条指令的功能是由多条微指令组成的序列实现的。
节拍电位信号,节拍脉冲信号,“+”,LDR1,600ns,200,CPU周期,LDR1,LDR2,LDR3,LDR1,LDR2,LDR3,T4,运算器操作时序与产生逻辑,5.4.3微程序控制器原理框图,OP,控制存储器,地址译码,微地址寄存器,地址转移逻辑,微指令信号,状态条件,指令寄存器IR,微程序控制器组成原理框图,5.4.3微程序控制器原理框图,微程序控制器组成原理框图,用来存放实现全部指令系统的微程序,它是一种只读存储器,微命令寄存器,地址转移逻辑,地址转移逻辑承担自动完成修改微地址的任务如果微程序不出现分支,那么下一条微指令的地址就直接有微地址寄存器给出。
当微程序出现分支时,意味着微程序出现条件转移。
微地址寄存器,控制存储器:
它用来存放实现全部指令系统的微程序,它是一种只读存储器。
微指令寄存器:
它用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。
其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址,而微指令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。
微指令周期:
是指读出一条微指令并执行微指令的时间总和称为一个微指令周期。
地址转移逻辑:
如果微程序不出现分支,那么下一条微指令的地址就直接有微地址寄存器给出。
微地址:
微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址,通常我们简称微地址。
例:
BCD码相加,已知:
R1=a,R2=b,R3=6,若:
a+b+R316不做减6修正,1111,1001,10001,大于16不用修正,LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,-,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,第一条微指令,LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,第16位发出LDAR将PC内容送到地址寄存器AR,第13位发出RD,第14位发出LDDR,第15位发出LDIR,将缓冲器中的“十进制加法”指令再送到IR,第17位发出PC+1微指令,使程序计数器加1,微指令的顺序控制字段指明下一条微指令的地址是0000,但由于判别字段中第18位为1,表明P1测试,因此0000不是下一条微指令的真正地址。
P1测试的“状态条件”是指令寄存器的操作码字段,即用OP字段作为形成下一条微指令的地址,于是微地址寄存器的内容修改成1010。
指令寄存器OP的操作码为1010为加法操作,第一条微指令,LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,操作控制部分发出四个微命令:
R1X,R2Y,+,LDR2完成R1+R2R1,微指令的顺序控制字段指明下一条微指令的地址是0000,但由于判别字段测试P1和P2均为0,表示不进行测试,于是直接给出下一条微指令的地址为1001。
按照1010这个微地址读出的第二条微指令,第二条微指令,LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,操作控制部分发出四个微命令:
R2X,R3Y,+,LDR2完成R2+R3R2,微指令的顺序控制字段中由于判别字段P2为1,表明进行P2测试,测试的“状态条件”为进位位标志Cy。
按照1001这个微地址读出的第三条微指令,第三条微指令,设定:
Cy=1下一条微指令的地址是0000,Cy=0下一条微指令的地址是0001。
若:
Cy=0那么下一条微指令的地址是0001。
LDR2,R1X,R2X,DRX,R1Y,R2Y,R3Y,LDR1,LDR3,RD,LDDR,+,M,LDIR,LDAR,PC+1,P1,直接地址,P2,操作控制部分发出四个微命令:
R2X,R3Y,LDR2完成R2R3R2,微指令的顺序控制部分直接给出下一条微指令的地址为0000,按该地址取出的微指令是“取指”微指令。
按照0001这个微地址读出的第四条微指令,第四条微指令,若:
第三条微指令进行测试时Cy=1那么微地址仍保持为0000,将不执行第四条微指令而直接由第三条微指令转向公操作。
5.4.4CPU周期与微指令周期的关系,微指令周期:
等于读出微指令的时间加上执行该条,微指令的时间。
执行微指令,微指令周期,微指令,读,CPU周期,CPU周期,CPU周期与微指令周期的关系,1、一条机器指令对应一个微程序,这个微程序是由若干条微指令序列组成的。
2、从指令与微指令,程序与微程序,地址与微地址的一一对应来看,前者与内存储器有关,后者与控制存储器有关。
3、指令周期中的每一个CPU周期对应着一条微指令。
5.4.6机器指令与微指令的关系,要求:
用二进制代码写出如下指令的微程序
(1)“ADDR0,R1”
(2)“SUBR2,R2”(3)”MOVR2,R3”,
(1)“ADDR0,R1”
(2)“SUBR2,R2”(3)”MOVR2,R3”,测试,R2SA,MOV,ADD,SUB,取指,R3SA,R2SB,SA-SBR3,0SBSA+SBR3,SA+SBR1,MOVR2,R3指令(R2)+(R3)R3,测试,R2SA,MOV,ADD,SUB,取指,R3SA,R2SB,SA-
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