【计算机组成原理】指令、指令系统和控制器部件.pptVIP

第 4 章 指令、指令系统和控制器部件 一、指令系统 综述：指令与指令格式 ，寻址方式。 基本指令系统：教学计算机的指令系统 和 汇编程序设计。 扩 充 性 知 识： PDP-11机指令系统，NOVA机指令系统。 二、控制器的功能和组成 控制器的功能，控制器的组成，指令的执行步骤。 控制器的分类：微程序控制器和组合逻辑控制器。 三、微程序控制器的运行原理 微指令的格式：下地址字段 和 控制命令字段。 四、教学计算机的微程序控制器 指令分类与典型指令的执行过程， 微程序分析，设计新指令的微程序 及 调试运行。 五、组合逻辑控制器的组成与运行原理 8 位教学实验计算机的组成与设计实例。 一、指令系统 第二单元 作业与第一次实验题 目的:学习 TEC-2 机监控程序的用法与实现技术; 熟悉 TEC-2 机的指令系统和汇编程序设计; 复习第一单元学过的码制转换和数据运算。 教学实验内容： 1. 用 TEC-2机 指令设计并调试 原码一位乘和补码一位除两个子程序。 2. 用 TEC-2 机指令设计并调试如下两个子程序: (1) 输入正或负的 10 进制整数,输出它的 2 进制补码表示; (2) 输入正或负10进制(或16进制)的实数,输出它的 IEEE 标准的浮点数表示。 3. 阅读 TEC-2 机的监控程序的主程序和一部分常用子程序， 理解实现技术和指令的功能、用法。 二、控制器的功能与组成 1. 控制器的功能: 控制执行指令 控制各部件协调运行，即为各部件提供控制信号。 2. 控制器的组成： 程序计数器 指令寄存器 指令步骤标记线路 提供控制信号的部件 分类 ： 微程序的控制器 硬布线的控制器 控制器的功能 计算机的功能是执行程序 程序是依次排列起来的指令代码 控制器的功能就在于 正确且自动地连续执行指令 正确地分步完成每一条指令规定的功能 再进一步说，就是向计算机各功能部件发出协调运行每一个步骤所需要的控制信号 指令的执行过程 冯. 诺依曼 结构的计算机 即存储程序的计算机，设置内存，存放程序和数据，在程序运行之前存入。 执行程序： 正确从程序首地址开始； 正确分步执行每一条指令， 并形成下条待执行指令的地址； 正确并自动地连续执行指令， 直到程序的最后一条指令。 每条指令的执行步骤 —读取指令 指令地址送入主存地址寄存器 读主存，读出内容送入指定的寄存器 —分析指令 —按指令规定内容执行指令 不同指令的操作步骤数， 和具体操作内容差异很大 —检查有无中断请求 若有，则转中断处理 若无，则转入下一条指令的执行过程 控制器的组成 1.程序计数器PC:存放指令地址，有+1或接收新值功能。 2.指令寄存器IR:存放指令内容：操作码与操作数地址。 主脉冲源与启停控制线路，按需要给出主脉冲信号。 3.指令执行步骤标记线路: 指明每条指令的执行步骤。 4.控制信号记忆或产生线路:给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号。 三、微程序控制器的运行原理 每条指令一个执行步骤用到的全体控制信号组成一微指令 用多条微指令解释每条机器指令的整个执行过程，这几条微指令构成解释该条机器指令的一个微程序（或称为微程序段）。 全部微程序（微程序段）保存在微程序控制器的控制存储器中，微程序控制器的微指令寄存器接收每次读出的一条微指令。 执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期。 微指令的格式和内容： 下地址字段 控制命令字段 下地址字段的内容 得到下地址的方法： 由指令操作码得到 微指令顺序执行 微指令必转或条件转移 多路微地址转移 微子程序调用和返回 按次数循环一段微程序 其他：如特定入口微地址 教学机微程序的下地址字段 教学机微程序的下地址字段 教学机微程序的下地址字段 控制命令字段 给出计算机各功能部件协同运行所需要的控制信号 划分成若干字段，分别用于控制各部件 控制运算器部件