超强计算机组成原理教程 第九章 控制单元的功能).docVIP

控制单元的功能 本章结合指令周期的四个阶段，着重分析控制单元为完成不同指令所发出的各种操作命令，这些命令又称控制信号控制着计算机的所有部件有次序地完成相应的操作，以达到执行程序的目的。操作命令的分析控制单元具有发出各种微操作命令即控制信号序列的功能。 控制单不同的指令发出微操作命令完成不同指令的过程中，有些操作是相同或相似的，如取指令、取操作数地址以及中断隐指令。假设CPU内有四个寄存器，如图所示 图8.10 取指周期的数据流 取指令过程的操作： (1) 现行指令地址送至存储器地址寄存器，记作PCMAR； (2) 向主存发读命令，记作1R； (3) 将MAR(通过地址总线)所指的主存单元中的内容(指令)经数据总线读MDR内，记作M(MAR)MDR； (4) 将MDR的内容送至IR，记作MDRIR； (5) 形成下一条指令的地址，记作(PC)+1PC。间址周期完成取操作数有效地址的任务，具体操作如下： (1) 将指令的地址码部分形式地址送至存储器地址寄存器，记作 Ad(IR)MAR： (2) 向主存发读命令，记作1R； (3) 将MAR通过地址总线所指的主存单元中的内容有效地址经数据总线读至MDR内，记作M(MAR)MDR： (4) 将有效地址送至指令寄存器的地址字段，记作MDRAd(IR)。1、非访存指令这类指令在执行周期不访问存储器。(1) 清除累加器指令CLA完成清除累加器操作，0→ACC。 (2) 累加器取反指令COM完成累加器内容取反ACC→ACC。 (3) 算术右移一位指令SHR 完成累加器内容算术右移一位的操作，记作 L(ACC)R(ACC)，ACCACC0(ACC的符号位不变) (4) 循环左移一位指令CSL 完成累加器内容循环左移一位的操作，记作 R(ACC)L(ACC)，ACCACC0(或(ACC)) (5) 停机指令STP 计算机中有一运行标志触发器G，当G时，表示机器运行；当G0时，表示停机。STP指令将0”，记作0G。 2访存指令 为简单起见，这里只考虑直接寻址的情况。 (1)加法指令ADD X 完成累加器内容与对应于主存X地址单元的内容相加，结果送累加器的操作，具体为： ①将指令地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)MAR： ②向主存发读命令，记作1R： ③将MAR所指的主存单元的内容操作数经数据MDR，记作M(MAR)MDR： ④给AL发加命令，将ACC的内容和MDR的内容相加，结果存于ACC，记作ACC）＋（MDR）→ACC。 加法指令指定两个寄存器的内容相加，如ADD AX，BX，该指令在执行阶段无需访存，只需完成(AX)+(Bx)AX的操作。(2)存数指令STA X 将累加器ACC的内容存主存的x地址单元中，具体操作如下： ①将指令地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)MAR； ②向主存发写命令，记作1： ⑧将累加器内容送至MDR，记作ACCMDR； ④将MDR的内容通过数据总线写入到MAR所指的主存单元中，记作MDRM(MAR)。 (3)取数指令LDA X 将主存x地址单元的内容取至累加器ACC中，具体操作如下： ①将指令地址码部分送至存储器地址寄存器，记作Ad(IR)MAR； ②向主存发读命令，记作1R； ③将MAR所指的主存单元中的内容操作数经数据总线读MDR，记作M(MAR)MDR； ④将MDR的内容送至ACC，记作MDRACC。 3转移类指令 这类指令在执行阶段不访问存储器。 (1)无条件转移指令JMP X 完成将指令的地址码部分x送至PC的操作，记作 Ad(IR)PC。 (2)条件转移(负则转)指令BAN X 该指令根据上一条指令运行的结果决定下一条指令的地址，若结果为负累加器最高位为1，即A1），则指令的地址码送至PC，否则程序按原顺序执行。由于在取指阶段已完成了(PC)+lPC，所以当累加器结果不为负即A0）时，就按取指阶段形成的PC执行，记作A0?Ad(IR)＋A0(PC)→PC 图9．1三类指令的指令周期 9．1．4 中断周期 在执行周期结束时刻，CPU要查询是否有允许中断的中断事件发生，如果有则进入中断周期由中断隐指令自动完成保护断点、寻找中断服务程序入口地址以及硬件关中断的操作。假设程序断点存至主存的0地址单元，且采用硬件向量法寻找入口地址，则在中断周期需完成如下操作： (1)将特定地址“O”送至存储器地址寄存器，记作0MAR； (2)向主存发写命令，记作lW； (3)将PC的内容程序断点送至MDR，记作PCMDR； (4)将MDR的内容程序断点通过数据总线写入到MAR所指示的主存单元(0地址单元)，记作MDRM(MAR)； (5)向量地址形成部件的输出送至PC，记作向量地址PC； (6)关中断，将允许中断触发器清0，记作