实验七八微程序控.ppt

实验七、八微程序控制器设计 简单CPU 拟定指令系统。 * 一、实验目的： 1、通过实验,进一步理解微程序控制器的组成结构。理解微程序控制器的控制原理 2、加深理解微程序控制器的工作原理。掌握指令流程与功能 3、理解掌握微程序控制器的设计思路与方法 二、实验原理 1、微程序控制器的组成原理 控制存储器：实现整个指令系统的所有微程序，一般指令系统是规定的由高速半导体存储器构成，容量视机器指令系统而定，取决于微程序的个数，其长度就是微指令字的长度。 微指令寄存器：存放从控存读出的当前微指令。微操作控制字段将操作控制信号送到控制信号线上，微地址字段指出下一条微地址的形成。 微地址寄存器：存放将要访问的下一条微指令地址 地址转移逻辑：形成将要执行的微指令地址，形成方式： 取指令公操作所对应的微程序一般从控存的0地址开始，所以微程序的人口地址0是由硬件控制的。当出现分支时，通过判别测试字段、微地址字段、和执行部件的反馈信息形成后即微地址。 Cpu设计步骤： 拟定指令系统 确定总体结构（数据通路） 安排时序 拟定指令流程。根据指令系统，写出对应所有机器指令的全部微操作机器节拍安排，然后列出操作时间表 确定微指令的控制方式、下地址形成方式、微指令格式及微指令字长，编写全部的微指令的代码，最后将编写的微指令放入控制存储器中。 指令系统是设计计算机的依据，拟定指令系统将涉及基本字长、指令格式、指令类型、寻址方式等内容 根据内存的字长，可定基本字长8位， 指令格式：单字长，双字长指令，在双字长指令格式中，第二个字节一般定义为操作数或操作数地址。 总体结构：根据要求设计数据通路 3位 5位 操作码 地址码 指令格式 寻址方式 直接寻址 指令中给出操作数的地址 指令系统 load, store, add, sub, bne 格式、寻址方式、指令类型设置 微指令的编码 操作控制字段 下地址字段 采用直接控制方法 15个控制信号，5位下地址 可根据需要扩展 操作码3位，最多定义8条机器指令 数据传输范围 R→R, R→S S→R 寻址方式 确定总体结构。 寄存器、ALU、数据通路设置 寄存器 ACC, MDR, MAR, IR, PC ALU 数据通路 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4～0 Load-PC ACC-bus Load-ACC PC-bus Load-IR Load-MAR MDR-bus Load-MDR ALU-ACC INC-PC Addr-bus CS R- NW ALU-sub 下址 ALU-add （1）设计微程序 确定微程序流程图，也就是控制算法流程图。 （2）确定微指令格式微指令格式中的操作控制字段取决于执行部件的子系统需要多少微指令。假定采用直接控制方式，执行部件需要10个微命令，则操作控制字段需要10位。 ??? 测试判别字段取决于微程序流程图中有多少处分支转移。假定有3处分支，则测试判别字段需要3位。 下址字段取决于微程序流程图的规模。假定微程序共用50条微指令，则下址字段至少需要6位。这是因为ROM地址译码时，26=64，6位地址可容纳64条微指令。 （3）将微程序编译成二进制代码 （4）微程序写入控制存储器 （5）设计硬件电路 微程序控制器的设计步骤 在系统的一个基本周期(又称机器周期，一般由几个时钟周期组成)中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。 强调两点： 第一，一条微指令的有效持续时间为一个系统基本周期，它表示从CM中读出微指令与执行这条微指令的时间总和。当从ROM中读出下一条微指令后，当前的这条微指令即失效。 第二，一条微指令中包含若干个微命令，它们分头并行地控制执行部件进行相应的微操作。 微指令除给出微命令信息外，还应给出测试判别信息。一旦出现此信息，执行这条微指令时要对系统的有关“状态标志”进行测试，从而实现控制算法流程图的条件分支。微指令中还包含一个下址字段，该字段将指明ROM中下一条微指令的地址。 微程序控制器的结构与微指令的格式密切相关。 上图是微程序控制器的结构框图。它由控制存储器、微地址寄存器、微命令寄存器和地址转移逻辑几部分组成。微地址寄存器和微命令寄存器两者的总长度即为一条微指令的长度，二者合在一起称为微指令寄存器。 取指令 PC→MAR，PC＋1 →PC M→MDR→IR 执行 addr→MAR 寻址方式 直接寻址 指令中给出操作数的地址 M→MDR→ACC Load 地址码 主存中的数据读入ACC 拟定指令流程和微命令序列。 拟定指