计算机组成原理(唐朔飞)控制单元的设计 PPT.ppt

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1、第十章控制单元的设计10.1组合逻辑设计10.2微程序设计重点：理解组合逻辑设计控制单元的思路理解微程序设计控制单元的思路掌握相关基本概念难点：微程序控制单元的设计10.1组合逻辑设计一、组合逻辑控制单元框图1.CU外特性IR节拍发生器CUT0T1Tn…CLK（机器主频）…标志012n-1…C0C1Cn操作码译码n位操作码2.节拍信号CLKT0T1T2T3时钟周期机器周期机器周期T0T1T2T3T0T1T2T3二.微操作的节拍安排采用同步控制方式CPU内部结构采用非总线方式一个机器周期内有3个节拍（时钟周期）MDRPCMARIRACCU时钟ALU………C1C2C5C

2、9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号1.安排微操作时序的原则原则一：微操作的先后顺序不得随意更改原则二：被控对象不同的微操作尽量安排在一个节拍内完成原则三：占用时间较短的微操作尽量安排在一个节拍内完成，并允许有先后顺序次序性组合性合并性2.取指周期微操作的节拍安排PCMARM(MAR)MDRMDRIR(PC)+1PC原则二原则二原则三3.间址周期微操作的节拍安排M(MAR)MDRMDRAd（IR）T0T1T2T0T1T21ROP(IR)IDAd(IR)MAR1R4.执行周期微操作的节拍安排①CLA②COM③SHRT0T1T2T0T1T2T

3、0T1T2AC0AC0L(AC)R(AC)0ACACAC④CSL⑤STP⑥ADDX⑦STAXR(AC)L(AC)AC0ACnT0T1T20GT0T1T2T0T1T2T0T1T2Ad(IR)MARM(MAR)MDR(AC)+(MDR)ACAd(IR)MARACMDRMDRM(MAR)1R1W⑧LDAX⑨JMPX⑩BANXT0T1T2Ad(IR)MARM(MAR)MDRMDRACT0T1T2T0T1T2Ad(IR)PC1RA0•Ad(IR)+A0•PCPC5.中断周期微操作的节拍安排T0T1T20MARPCMDRMDRM(MAR)硬件关中断向量地址PC中断隐指令完成1W

4、三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0FE取指JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记PCMAR1RM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIROP(IR)ID1IND1EXII间址特征三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0IND间址JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRAd(IR)1EXIND间址周期标志T2T1T0EX执行JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MA

5、R)MDRACMDR(AC)+(MDR)ACMDRM(MAR)MDRAC0AC三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表1W三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0FE取指JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记PCMAR1RM(MAR)MDR(PC)+1PCMDRIROP(IR)ID1IND1EXII1111111111111111111111111111111111111111111111三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0IND间址JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记A

6、d(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRAd(IR)1EXIND11111111111111111111三、组合逻辑设计步骤1.列出操作时间表T2T1T0EX执行JMPLDASATADDCOMCLA微操作命令信号状态条件节拍工作周期标记Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRACMDR(AC)+(MDR)ACMDRM(MAR)MDRAC0AC1W11111111111112.写出微操作命令的最简表达式=FE·T1+IND·T1(ADD+STA+LDA+JMP+BAN)+EX·T1(ADD+LDA)例：M(MAR)MDR=T1{FE+IND(ADD+STA+LDA

7、+JMP+BAN)+EX(ADD+LDA)}3.画出逻辑图特点思路清晰简单明了庞杂调试困难修改困难速度快&&&11&&&&&≥FEINDEXLDAADDJMPBANSTAT1M(MAR)MDR（RISC）&&10.2微程序设计一、微程序设计思想的产生1951英国剑桥大学教授Wilkes完成一条机器指令微操作命令1微操作命令2微操作命令n……微指令110100000微指令n微程序00010010存储逻辑一条机器指令对应一个微程序……存入ROM二、微程序控制单元框图及工作原理1.机器指令对应的微程序M+1MM+2P+1KK+2PP+2K+1取指周期微程序对应LDA操