计算机组成原理(9-10模板讲解学习.ppt

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1、计算机组成原理(9-10模板第10章控制单元的设计10.1组合逻辑设计(硬布线逻辑)10.2微程序设计重点：1、CU功能及结构；2、微操作命令序列分析及节拍安排；3、理解控制单元的两种设计思想：组合逻辑控制器和微程序控制器。难点：1、节拍产生；2、微操作命令序列分析；3、微指令格式及微程序控制器设计。9.2控制单元的功能一、控制单元基本结构指令寄存器控制单元CU…标志CPU内部控制信号到系统总线控制信号来自系统总线控制信号系统总线时钟节拍发生器…PC-------指挥各部件协同运行(INTR、HRQ……)OP(IR)CU(PC)+

2、1→PCALU:＋、－、与、或……IO/M、RD、WRINTA、HLDA……CLKT0T1T2T3时钟周期机器周期机器周期T0T1T2T3T0T1T2T3节拍信号发生器：CLK机器周期COQ1Q02/4T3T2T1T0节拍时钟二、控制方式产生不同微操作命令序列所用的时序控制方式1.同步控制方式任一微操作均由统一基准时标的时序信号控制CLK机器周期机器周期机器周期（取指令）（取有效地址）（执行指令）指令周期T0T1T2T3T0T1T2T3T0T1T2T32.异步控制方式无基准时标信号无固定的周期节拍和严格的时钟同步采用应答方式3.联

3、合控制方式4.人工控制方式(1)Reset、Wait……(2)连续和单条指令执行转换开关同步与异步相结合9.1微操作命令的分析若指令周期由4个工作周期组成：取指周期间址周期执行周期中断周期数据流-----与微操作(微命令)序列对应一、工作周期数据流及微操作分析：MDRCUMARPCIR存储器CPU地址总线数据总线控制总线IR+11、取指周期PCMAR地址线1RM(MAR)MDRMDRIROP（IR）CU(PC)+1PCMDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PCIR存储器MDR2、间址周期Ad(IR)MAR1RM(MAR)M

4、DRMDRMAR3、执行周期不同指令的执行周期数据流及微操作命令序列不同Ad(IR)MAR1RM(MAR)MDRMDRACCLDAMMDRCUMARCPU地址总线数据总线控制总线PC存储器（程序断点进栈）(SP)1MAR1W4、中断周期PCMDRMDRM(MAR)中断服务程序入口地址PC0EINT（置“0”）PCIRACCU时钟ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号MDRMARC13二、控制信号举例---微命令分析与CPU内部结构、微操作序列有关不采用CPU内部总线的方式(门控类

5、控制信号)PCIRACCU时钟ALU………控制信号标志控制信号C0C1C2C3C4取指周期：PCIRCUPCPCPCMDRMARMDRMARPCMAR地址线C0C11RM(MAR)MDRC2MDRIRC3OP（IR）CUC4(PC)+1PCMDRCUIRPCMARACYALUZ…控制信号…控制信号CPU内部总线时钟2.采用CPU内部总线方式MDRMDRCU取指周期:PCCU发读命令1RMDROP（IR）（PC）+1PCIRPCMARACYALUZ…控制信号IRiIRiPCOPCOMARiMARiMDROMDRO…数据线数据线控制信

6、号CPU内部总线时钟地址线地址线MARMDRIRCUIRPCPCMDRMARCUIRPCPCCU基本原则：尽可能同步控制；保持微操作序列；不同被控对象微操作尽可能安排在一个节拍内；同一被控对象，先后微操作占用时间不长，允许在一个节拍内先后完成；数据传递不冲突。三、微命令节拍分配：微操作节拍安排举例：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）PCIRACCU时钟ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号MDRMARC13PCIRACCU时钟ALU…

7、……控制信号标志控制信号C0C1C2C3C41、取指周期：PCIRCUPCPCPCMDRMARMDRMARPCMAR地址线C0C11RM(MAR)MDRC2C3MDRIROP（IR）CUC4(PC)+1PCT0T1(PC)+1PCMDRIROP（IR）CUT2C3C4LDAMT0T1T2Ad(IR)MARM(MAR)MDRMDRACC1R2.执行周期微操作节拍安排C5C2C12PCIRACCU时钟ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号MDRMARC133.中断周期微操作节拍安排T

8、0T1T2MARPCMDRMDRM(MAR)硬件关中断向量地址PC1WPCIRACCU时钟ALU………C1C2C5C9C0C10C3C7C4C6C12C11C8控制信号标志控制信号MDRMARC9C13C13?组合逻辑设计步骤：1.列出操作时间表2