王道408---CO---控制器的功能和工作原理

合集 - 『408---计算机组成原理』(12)

1.王道408---CO---数据的表示和运算必会知识点2023-08-202.王道408---CO---指令系统必会知识点2023-08-24

3.王道408---CO---控制器的功能和工作原理2023-08-26

4.王道408---CO---中央处理器必会知识点2023-08-265.王道408---CO---计算机系统概述易混淆易遗忘知识点2023-08-286.王道408---CO---总线必会知识点2023-08-287.王道408---CO---机组输入输出系统必会知识点2023-08-288.王道408---CO---强化课考试小结2023-08-299.王道408---CO---存储系统知识点2023-08-1610.408---CO三轮复习---存储系统2023-11-1911.408---CO三轮复习---输入-输出系统2023-11-0812.408---CO三轮复习---中央处理器2023-10-27

收起

一、指令执行周期的英文缩写

1、取值周期(FE=1)
2、间指周期(IND=1)
3、执行周期(EX=1)
4、中断周期(INT=1)

二、微命令、微操作

微命令1使得$PC_{out}、MAR_{in}$有效。完成对应的微操作1(PC)→MAR
一个机器周期内可能包含多个微命令和微操作，一个微命令/操作 应该是一个时钟周期

三、组合逻辑设计

四、硬布线电路的特点

指令越多，设计和实现就越复杂，因此一般用于RISC精简指令集系统
如采扩充一条新的指令，则控制器的设计就需要大改，因此扩充指令较困难。
由于使用纯硬件实现控制，因此执行速度很快。微操作控制信号由组合逻辑电路即时产生。

五、对电路设计的解读

1、如果处于FE取指周期并在T1时刻，则执行M(MAR)->MDR
2、如果处于间址周期(IND)，并在T1时刻，且待指令为(ADD、STA、LDA、JMP、BAN)的任一一种，则执行M(MAR)->MDR
3、如果处于EX执行周期，且在T1时刻，且指令为(ADD、LDA)的任意一种，则执行M(MAR)->MDR

这个表达式没有考虑在同一T1中，顺序执行两个操作的情况，如:

MDR=>IR=>ID

六、什么是微程序控制器

把一个时序内可以同时进行的微操作，用一个微指令来指明

微指令的概念

程序是由指令序列构成，而微程序由微指令序列组成，每一种指令对应一个微程序

#一个微程序段一般来说是对应一个机器周期的，一个微程序一般对应一个指令，即"一条指令对应一个微程序"

指令是对程序执行步骤的描述
微指令是对指令执行步骤的描述

采用"存储程序"的思想，在CPU出厂之前把所有机器指令对应的"微程序"全都存入"控制器存储器中，用寻址用户程序机器指令的办法来寻址每个微程序中的微指令

微命令与微操作一一对应，而一个微指令中可能包含多个微命令

七、微程序控制器的基本结构

微指令的一般格式

一些基本元件

1、控制存储器CM 用于存放各指令对应的微指令(ROM存储)
2、CMAR,类比MAR，指明地址，在微程序中同时充当PC的作用，又可叫uPC
3、地址译码器
4、CMDR，类比于IR，存放从CM中取出的微指令，可叫uIR
5、微地址形成部件，根据机器指令的op操作数，确定微程序指令序列的起始地址；还可以参生后续微指令地址，以保证微指令的连续执行
6、顺序逻辑 : 根据标志改变微程序的执行次序

执行过程

取值周期通常是所有指令共用的，但执行周期往往不一样

八、微指令的格式

相容性微命令: 可以并行完成的微命令。
互斥性微命令: 不允许并行完成的微命令。

水平型微指令和垂直型微指令

混合型微指令

在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。
微指令较短，仍便于编写；微程序也不长，执行速度加快。

九、微指令的编码方式

1、直接编码

感觉直接编码方式相当于字段直接编码方式的变体，相当于每个字段只有一位的字段直接编码
另外，直接编码一位n位只能表示n个操作(未使用译码电路)，而字段直接编码n位(同一字段)可以表示2^{n个操作(采用了译码电路)，这是因为直接编码没有采用互斥分段的思路，会导致位数太多，译码电路复杂(2}n根电路a)

2、字段直接编码

3、字段间接编码(不重要)

两次译码

十、微指令的地址形成方式

1、下地址法
其下地址字段的位数与CM存储的指令个数有关
2、根据操作码形成
3、增量计数法
4、分支转移
5、网络测试(x)
6、硬件参数
如图:

十一、微程序控制单元的设计

十二、微程序设计的分类

毫微程序实际上是套娃

十三、硬步线控制器与微程序控制器的区别

指令执行操作

节拍安排

硬布线:

微程序:

除了最后一条微指令，每条微指令结束后都要根据当前执行的微指令的下地址信息来执行接下来微指令的执行地址

比较

十四、回顾

红框里面的内容是重点

错题5.4

微操作控制信号是又CU发出的(p226-T2)

CU的输入信号来源如下：①经指令译码器译码产生的指令信息，②时序系统产生的机器
周期信号和节拍信号，③来自执行单元的反馈信息即标志。前两者是主要因素。

在微程序控制器中，形成微程序入口地址的是机器指令的操作码字段 (p226-T3)

在微程序控制器中，控制部件向执行部件发出的控制信号称为微命令，微命令执行的操作称为微操作。微指令则是若干微命令的集合，若干微指令的有序集合称为微程序。(p227-T9)

通常情况下，一个微程序的周期对应一个指令周期(p227-T15)

p228-T17

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本文作者：_TLSN
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