《中央处理器》课件2.ppt

*************************************时序产生器基本功能时序产生器是CPU控制器中负责生成和分配时钟信号的部件，它为CPU内部各单元提供工作节拍，确保各操作按照预定时序有序进行。时序产生器通常从系统时钟产生多相位、多频率的时钟信号，满足不同部件的时序需求。在微程序控制器中，时序产生器还负责控制微指令的执行节拍，决定微周期的长度和微操作的执行时机。它通常包含时钟分频电路、相位产生电路和时序控制逻辑等部分。工作原理时序产生器的核心是振荡器和分频器。振荡器产生基本时钟脉冲，分频器将基本脉冲分割为多个时序信号。对于多周期微指令，时序产生器需要产生T1、T2、T3等多个连续时钟周期，每个周期执行微指令的不同部分。时序产生器还负责处理等待状态，例如当CPU访问速度慢的外设时，需要插入等待周期。此外，现代CPU的时序产生器通常支持动态频率调整，根据负载和温度调整工作频率，实现性能和功耗的平衡。微程序设计基础指令集分析仔细分析CPU指令集中每条指令的功能和执行流程，确定指令执行所需的微操作序列和控制流程。这是微程序设计的起点，决定了微程序的整体结构。微指令格式设计根据控制需求设计微指令的位宽和字段划分，平衡控制能力和存储效率。典型的微指令包含操作控制字段、下址控制字段、条件测试字段等。微程序编写为每条机器指令编写对应的微程序，包括取值、译码和执行各阶段。微程序需要考虑各种寻址方式和特殊情况，如中断处理和异常处理。微程序优化优化微程序以提高执行效率，包括减少微指令数量、优化控制流程、充分利用并行微操作等。好的微程序设计可以显著提高CPU性能。微程序设计是实现CPU控制功能的系统化方法，它将复杂的控制逻辑转化为结构化的微程序代码。微程序设计的核心是将每条机器指令分解为微操作序列，然后使用微指令来定义这些微操作的执行顺序和条件。指令译码操作码提取从指令寄存器中分离出操作码字段微程序入口确定通过操作码映射表查找对应微程序的起始地址寻址方式分析解析指令中的寻址方式位，确定操作数获取方法微地址加载将微程序入口地址加载到CMAR，开始执行微程序指令译码是CPU执行指令的关键步骤，它将机器指令转换为一系列微操作序列。在微程序控制器中，译码器的主要任务是根据指令的操作码找到对应微程序的入口地址，然后将控制权转交给微程序控制单元。现代CPU的指令译码过程通常分为预译码和主译码两个阶段。预译码在指令进入CPU时进行，标记指令类型、长度等基本信息；主译码则在执行阶段进行，生成完整的控制信号。此外，高性能CPU还采用指令缓存和译码缓存技术，加速常用指令的译码过程。微程序控制流程指令获取通过执行取指周期的微程序从内存读取指令2指令译码分析指令操作码，确定对应微程序入口地址3微程序执行从入口地址开始顺序执行微指令，完成指令规定的操作分支处理根据条件测试结果选择不同的微程序执行路径返回控制指令执行完成后，返回取指周期开始下一条指令微程序控制流程描述了CPU在微程序控制方式下执行指令的完整过程。整个流程以取指周期开始，通过指令译码确定执行周期的微程序入口，然后执行相应的微程序完成指令功能，最后返回取指周期开始下一条指令的处理。在这个过程中，微程序控制单元负责从控制存储器中读取微指令，解码并执行其中的微操作，同时根据微指令中的下址字段和条件测试结果确定下一条微指令的地址。微程序的控制流可以是线性的，也可以包含条件分支和子程序调用，类似于普通程序的控制结构。微程序设计实例//ADDR1,R2指令的微程序实现示例

//功能：将寄存器R2的内容加到寄存器R1中

//微地址0x100:取指周期开始

0x100:PC→MAR,READ=1;//将PC内容送入MAR，启动读操作

NEXT=0x101;//下一条微指令地址

//微地址0x101:读取指令

0x101:MDR→IR,PC+1→PC;//指令送入IR，PC加1

NEXT=0x102;//下一条微指令地址

//微地址0x102:指令译码

0x102:IR(op)→TMP;//取出操作码

IF(TMP==ADD)THENNEXT=0x200;//如果是ADD指令，转到ADD微程序

ELSE...//其他指