PPT《计算机原理及系统结构》

计算机原理及系统结构 第二十三讲 主讲教师:赵宏伟 学时:64 第6章 计算机的控制器部件 本章主要内容 控制器的功能组成与指令执行步骤组合逻辑控制器部件微程序控制器部件 控制器的功能与组成 1.

控制器的功能: 控制执行指令 控制各部件协调运行,即为各部件提供控制信号. 2. 控制器的组成: 程序计数器 指令寄存器 指令步骤标记线路 提供控制信号的部件 分类 : 微程序的控制器 硬布线的控制器 控制器的功能 计算机的功能是执行程序程序是依次排列起来的指令代码 控制器的功能就在于:正确地分步完成每一条指令规定的功能,正确且自动地连续执行指令;

再进一步说,就是向计算机各功能部件提供 协调运行每一个步骤所需要的控制信号. P153 控制器的组成 ①程序计数器PC:存放指令地址,有+1或接收新值功能.②指令寄存器IR:存放指令内容:操作码与操作数地址.主脉冲源与启停控制线路,按需要给出主脉冲信号.③指令执行步骤标记线路: 指明每条指令的执行步骤.④控制信号记忆或产生线路:给出计算机各功能部件部件协同运行所需要的控制信号. 运算器部件 主存储器部件 总线及输入/输出接口(输入/输出设备) 控制器部件 各部件包括 也包括 设计中的难点,在于解决对运算器、控制器的控制 P154 控制器的组成 控制信号提供方法 生成法将操作码和微操作序号作为输入,写出控制信号和下一微操作序号的逻辑表达式,然后,用相应的逻辑器件实现.组合逻辑控制器,也称硬布线控制器查表法将每一操作码的每个微操作对应的全部控制信号和下一操作步骤事先存储在控制存储器中,需要的时候从控存中读出.微程序控制器 时序控制信号形成部件 译码 IR PC 输出设备 输入设备 主存 运算器部件 时序 启停 地址寄存器械 数据总线 地址总线 控制总线 …. 控制条件 控制器信号 主振 组合逻辑方案的控制器 控制存储器 映射 IR PC 输出设备 输入设备 主存 运算器部件 下地址 启停 地址寄存器械 数据总线 地址总线 控制总线 …. 控制条件 微指令寄存器 主振 微程序方案的控制器 微程序控制器基本原理 微程序控制器指令执行流程 读当前指令到IR,且PC=PC+1;

根据指令的操作码,得到该指令的微程序入口地址;

读取该指令的微指令,并送到相应的计算机部件,完成微操作,同时,得到下一微指令的地址;

重复上一步,直到本条指令执行完毕;

判中断标志,如有,则进行中断处理;

转取指令,执行下一条指令 微程序控制器的运行原理 每条指令一个执行步骤用到的全体控制信号组成一微指令每条指令可以包括一到多个微操作用多条微指令解释每条指令的整个执行过程全部微指令的集合叫做微程序执行一条微指令所用的时间被称为一个微周期.微指令的格式和内容: 下地址字段 控制命令字段 P180 微程序控制器组成 clock P181 微程序控制器设计 定序器根据指令操作码、指令当前步骤以及条件码,确定下一步骤的微程序地址微指令给出当前指令的当前步骤要完成指令规定的功能,各功能部件所需要的控制信号.对控制器本身而言,则是要给出下一步骤的微程序地址. 定序器组成 下地址 顺序执行下一条微指令无条件转移到某条微指令根据微指令的某一状态结果,选择顺序执行或转向某一地址微子程序调用,要使用到微堆栈多路转移根据指令操作码,转移到指令的入口地址 P182 计算机原理及系统结构 第二十四讲 主讲教师:赵宏伟 学时:64 微指令设计 微指令字长缩短控制存储器的字长微程序的长度控制存储器的容量提高性能提高整个计算机指令执行性能 微指令设计 直接控制法直接给出各部件需要的控制信号(0或1)字段直接编译法将某些互斥信号进行编码,由译码器给出这些信号,可缩短微指令字长垂直型微指令采用对微操作码译码的方式给出控制信号,可进一步缩短微指令字长 微程序控制器特点 采用ROM存储控制信号的方式,可扩展性好兼容性实现比较容易容易实现复杂的指令系统性能比较低并行性不好主要用在CISC中 组合逻辑控制器 采用逻辑电路直接提供全部控制信号输入操作码指令状态字指令步骤编码(节拍)外部信号(Reset等)输出全部控制信号主要解决的问题节拍转换控制信号生成 节拍发生器 控制每条指令的执行步骤用触发器实现有限状态自动机用触发器状态表示当前执行步骤状态自动机自动转入下一状态 节拍发生器设计举例 我们假定某机器的指令系统有两条指令A和B,其中A指令需要4个步骤完成,而B指令只需要3个步骤.为此,节拍发生器需要有2个触发器,用它形成的4个状态来标记不同的步骤.如给A指令分配的节拍状态是00→01→10→11,B指令分配的节拍状态为00→10→11.