第七章 控制器.pptVIP

* * * * * * * * * * 五、模型机微程序设计 微程序设计举例 根据微程序流程图中每个微指令框所表示的微指令功能，写出每条微指令；将机器指令码装入主存，微指令编码装入控制存储器；当执行机器指令时，机器会按照微程序控制器的原理，完成指令的执行。 六、微程序控制器与硬布线控制器的比较 它们的根本区别在于微操作控制信号的产生方法不同： 微程序控制器事先将编写好的微代码放入控制存储器，执行过程中需要时再从控存中读取并送出的； 硬布线控制器由组合逻辑电路产生微操作控制信号。 从电路的规整性来说，微程序控制器电路相对规整，而硬布线控制器电路设计较为繁琐、不规整。 从指令系统的易扩充性来说，微程序控制器易修改和扩充，而硬布线控制器不易修改和扩充。 六、微程序控制器与硬布线控制器的比较 微程序控制器执行指令的速度相对硬布线控制器慢，因为前者需要读控存、微指令译码、发送微操作控制信号来完成一个CPU周期（机器周期），而后者经过一些门电路的延迟，即可产生微操作控制信号，所以更利于硬布线控制器的CPU提高主频。 微程序控制器早先多应用于CISC系统，硬布线控制器多应用于RISC系统。在现代的RISC系统中，绝大多数指令为简单指令，均用硬布线方式实现；少数复杂指令则使用微程序实现。而在现代的CISC系统中，譬如Intel微处理器，也将一些原先采用微程序实现的指令，改用硬布线实现，以提高CPU速度和节省芯片面积。 本章小结 控制器是计算机硬件的核心部件，是根据机器指令来产生指令执行时全机所需要的操作控制信号，协调控制计算机各个部件有序工作。指令的执行阶段由其操作码决定，通过分析指令的各种微操作，从而形成控制器的设计思路。 控制器的设计方法有两种： 硬布线控制器的设计方法，它是将指令执行时的各个机器周期的微操作信号用时序逻辑电路来实现，硬布线控制器速度快，但设计复杂繁琐，适合于RISC结构。 微程序控制器的设计方法，基于程序设计的思想来设计控制器。其设计关键是指令译码形成微程序入口、微指令格式设计及确定微指令流（后继微指令地址）等技术。微程序控制器相对硬布线控制器速度慢，但设计比较规整，易于实现指令系统修改，适合于CISC结构。 本章小结 本章介绍了 硬布线控制器的时序逻辑电路的设计方法，通过模型机及其两条指令的硬布线控制器的设计实例，掌握硬布线控制器的时序逻辑电路的初步设计方法。 模型机的微程序控制器设计方法，可以通过模型机的设计案例，掌握机器指令、微程序控制器及其微程序设计的方法。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 指令译码产生微程序入口地址的逻辑电路图 （2）后继微地址的产生 A.计数器方式 后继微地址的产生 B.判定方式（下址字段法） A.计数器方式 在微程序控制器单元中设置一个微程序计数器μPC, 在顺序执行微指令时，后继微指令地址由现行微地址加上一个增量（通常为1）来产生。 遇到转移时，由微指令给出转移地址，使微程序按新的微地址顺序执行。 这种方式下微程序流控制由两部分信息确定：转移控制字段BCF和转移地址字段BAF，其微指令格式 转移地址BAF用于给出微指令转移的部分微地址 转移控制字段BCF用来确定后继微地址是顺序执行还是条件转移。 当微程序转移条件成立时，将BAF送μPC，否则顺序执行下一条微指令（μPC＋1） 计数器方式产生后继微地址的原理图 计数器方式产生后继微地址的工作过程 机器加电后执行的第一条微指令地址，也就是取指令的微程序起始地址由硬件电路置入μPC中，顺序执行取指令微程序，实现从主存中取出机器指令送指令寄存器IR；然后，由机器指令操作码译码后产生相应微程序入口地址，接下去若顺序执行微指令，则将μPC＋1作为后继微地址；若遇转移类微指令而且转移条件满足，则由BAF和μPC组合产生后继微地址，否则μPC＋1。这样，直至一段微程序执行完毕，完成一条机器指令为止；重复又转入取指令微程序…… 计数器方式的优、缺点 计数器方式产生后继微地址的优点：微指令字较短，便于编写微程序，后继微地址产生机构比较简单； 缺点：执行速度相对较慢，因为计数器方式不易于直接实现各测试条件的多路转移，在编写微程序中，由于频繁地用到非顺序的微指令，在微程序中要插入很多的转移微指令，这样会影响微程序的执行速度。这种方式的微程序即要满足地址递增顺序，又要满足灵活地转向各种共用微程序与微子程序入口的要求，因此微程序在控制存储器中的物理分配不方便，需合理安排、调整。 B.判定方式（下址字段法） 判定方式其后继微指令地址可由设计者指定或设计者指定的测试判别字段控制产生。 当微程序不产生分支时，后继微指令地址直接由微指令的下址字段给出； 当微程序出现分支时，按测试判