计算机组成与结构第5章_中央处理器.ppt

* * 【例】 设某16位计算机运算器框图如下图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平工作)，SA、SB为16位暂存器。4个通用寄存器，其读、写控制功能见下表。 读控制 R RA0 RA1 选中 1 0 0 R0 1 0 1 R1 1 1 0 R2 1 1 1 R3 0 × × 不读 写控制 W WA0 WA1 选中 1 0 0 R0 1　 0 1 R1 1 1 0 R2 1 1 1 R3 0 × × 不写 * * 控制信号说明 RA0RA1 / WA0WA1 ：读写通用寄存器时，选择所读写的寄存器；? R / W：寄存器读 / 写命令； LDSA / LDSB ：将数据打入SA / SB的控制信号； SB →ALU：将SB中数据送入ALU的控制信号； →ALU：传送SB的控制信号，并使加法器最低位加1； Reset：清暂存器SB为零的信号； ~：一段微程序结束，转入取机器指令的控制信号； 要求：用二进制代码写出如下指令的微程序： “ADD R0，R1”指令，即(R0)+(R1)→R1 “SUB R2，R3”指令，即(R3)-(R2)→R3 “MOV R2，R3”指令，即(R2)→(R3) 【例】微指令字长12位，微指令格式如下所示（未考虑顺序控制字段）。 WA1 RA1 RA0 WA0 R W LDSA LDSB SB→ALU SB→ALU Reset ~? SB * * 【例】解答 三条指令的微指令的微程序流程图 三条指令的微程序代码如下表： 未考虑“取指周期”和顺序控制问题，仅考虑“执行周期”； 每一个方框表示一条微指令，用数字序号标明微指令序列的顺序。 指令 微程序代码 ADD 1. 00*2. 01*3. **0101001001 SUB 4. 11*5. 10*6. **1101000101 MOV 7. 10*8. **1101001011 * * 5.4.2 微程序设计技术 微命令编码 微地址的形成方法 微指令格式 动态微程序设计 * * 1、微命令编码 微指令中操作控制字段的编码表示方法，以及如何把编码翻译成相应的微指令。 微命令编码主要考虑的问题： 如何有效缩短微指令字长； 如何有利于缩短微程序，减少所需的控存空间； 如何有利于提高微程序执行速度； 微命令编码表示方法 直接表示法、编码表示法、混合表示法 * * 直接表示法 操作控制字段中的每一位代表一个微命令； 优点 简单直观，其输出可直接用于控制，执行速度快； 缺点 微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ．． . １　２　３ 4　 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 LDR1’ LDR2’ LDR3’ R1→Y R2→X R2→Y R1→X DR→X R3→Y + M - RD’ LDDR’ LDIR’ LDAR’ PC+1 P1 P2 直接地址 操作控制 顺序控制 * * 编码表示法（1/2） 编码方法 将微指令操作控制字段划分为若干个子字段； 每个子字段的所有微命令进行统一编码； 每个子字段的不同编码表示不同的微命令； 例如，某机器指令系统总共需要256个微命令 采用直接编码法 微指令的操作控制字段需256位； 采用编码表示法 若4个微命令划分一个子字段，则每个子字段可编码16个微命令； 256个微命令需16个子字段，即微指令的操作控制字段仅64位。 * * 编码表示法（2/2） 遵循原则： 把相斥的微命令划分在同一个字段中，相容的微命令划分在不同字段； 字段的划分应与数据通路结构相适应； 每个子字段应留出一个空操作状态； 每个子字段所定义的微命令不宜太多； 优点 可大大缩短微指令字长； 缺点 需要微命令译码，故微程序的执行速度稍稍减慢。 * * 2、微地址的形成方法 微程序的入口地址 微程序的第一条微指令所在控存单元的地址； 现行微指令 执行微程序过程中，当前正在执行的微指令； 现行微指令的地址称为现行微地址。 后继微指令 现行微指令执行完毕后，下一条要执行的微指令； 后继微指令的地址称为后继微地址。 微指令中确定下一条微指令地址的方法； 计数器方式、多路转移方式； * * 计数器方式 同CPU中程序计数器产生机器指令地址的方法相