CPU2模型机的设计.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《CPU2模型机的设计.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- CPU2 模型 设计
- 资源描述:
-
1、第六节第六节 模型机设计模型机设计设计步骤:设计步骤:拟定指令系统拟定指令系统确定总体结构确定总体结构安排时序安排时序拟定指令流程和微命令序列。拟定指令流程和微命令序列。形成控制逻辑形成控制逻辑3.6.1 3.6.1 指令系统指令系统1.1.指令格式指令格式格式、寻址方式、格式、寻址方式、指令类型设置指令类型设置寄存器、寄存器、ALUALU、数、数据通路设置据通路设置画流程图画流程图(寄存器传送级寄存器传送级)列操作时间表列操作时间表组:列逻辑式,形组:列逻辑式,形成逻辑电路成逻辑电路微:按微指令格式微:按微指令格式编写微程序编写微程序指令字长指令字长1616位,采用寄存器型寻址,指令中位,采
2、用寄存器型寻址,指令中给出寄存器号。给出寄存器号。(主存容量为(主存容量为64K64K1616位)位)双操作数指令格式:双操作数指令格式:4 6 3 34 6 3 3操作码操作码 寄存器号寄存器号 寻址方式寻址方式 寄存器号寄存器号 寻址方式寻址方式目的地址目的地址源地址源地址单操作数指令格式:单操作数指令格式:操作码操作码 (可扩展)(可扩展)寄存器号寄存器号 寻址方式寻址方式4 3 3 3 34 3 3 3 3目的地址目的地址转移指令格式:转移指令格式:15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 015 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1 0转移地址转移地址转移条件转移条件操
3、作码操作码 寄存器号寄存器号 寻址方式寻址方式 方式方式 NZVCNZVCCPUCPU可编程访问的寄存器:可编程访问的寄存器:寻址方式寻址方式 编码编码 助记符助记符 定义定义2.2.寻址方式寻址方式寄存器寻址寄存器寻址通用寄存器通用寄存器R R、指令计数器、指令计数器PCPC、堆栈指针、堆栈指针SPSP、程序状态字程序状态字PSWPSW000000R R(R R)为操作数)为操作数寄存器间址寄存器间址001001(R R)(R R)为操作数地址)为操作数地址自减型寄存自减型寄存器间址器间址010010-(R)-(R)-(SP)-(SP)(R)-1(R)-1为操作数地址为操作数地址(SP)-1
4、(SP)-1为栈顶地址为栈顶地址寻址方式寻址方式 编码编码 助记符助记符 定义定义101101(PC)+(PC)+(R)+d(R)+d为有效地址为有效地址(R R)为操作数地址,)为操作数地址,立即立即/自增型自增型寄存器间址寄存器间址011011(R)+(R)+访问后访问后(R)+1R)+1(SP)+(SP)+(SP)(SP)为栈顶地址,为栈顶地址,出栈后出栈后(SP)+1SP)+1(PC)(PC)为立即数地址,为立即数地址,取数后取数后(PC)+1PC)+1变址变址X(R)X(R)X(PC)X(PC)(PC)+d(PC)+d为有效地址为有效地址跳步跳步110110SKPSKP跳过下条指令执
5、行跳过下条指令执行操作码操作码 助记符助记符 含义含义3.3.指令类型指令类型用于数传、堆栈、用于数传、堆栈、I/OI/O操作操作00000000MOVMOV传送传送00010001ADDADD加加01010101EOREOR异或异或双操作数指令双操作数指令01100110COMCOM求反求反10111011SRSR右移右移单操作数指令单操作数指令11001100JMPJMP转移转移11001100RSTRST返回返回11011101JSRJSR转子转子0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 0转移地址转移地址无条件转无条件转JMP JMP 寄寄 寻
6、寻 方式方式 NZVCNZVC0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 无进位无进位转转(C=(C=0 0)0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 无溢出无溢出转转(V=(V=0 0)0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 数非零转数非零转(Z=(Z=0 0)0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 数为正转数为正转(N=(N=0 0)1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 有进位有进位转转(C=(C=1 1)1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 有溢出有溢出转转(V=(V=1 1)1 1 0 0 1 1 0 00 0 数为零转数为零转(Z=(Z=1 1)1 1 1 1 0 0 00 0 0 数
7、为负转数为负转(N=(N=1 1)条件满足,转转移地址;条件不满足,顺序执行。条件满足,转转移地址;条件不满足,顺序执行。隐含约定:转子时返回地址压栈保存。隐含约定:转子时返回地址压栈保存。15 12 11 9 8 6 5 015 12 11 9 8 6 5 0子程序入口子程序入口 RSTRST SPSP (SPSP)+JSR JSR 寄寄 寻寻 方式方式 NZVCNZVC 5 4 3 2 1 0 5 4 3 2 1 03.6.2 CPU3.6.2 CPU总体结构总体结构1.1.寄存器设置寄存器设置(1 1)可编程寄存器()可编程寄存器(1616位)位)通用寄存器通用寄存器:R R0 0(00
8、0)(000)、R R1 1(001)(001)R R2 2(010)(010)、R R3 3(011)(011)允许中断(开中断)允许中断(开中断)(可扩展)(可扩展)I I N Z V C N Z V C 4 3 2 1 0 4 3 2 1 0暂存器暂存器C C(2 2)非编程寄存器()非编程寄存器(1616位)位)堆栈指针堆栈指针:SPSP(100)(100)指令计数器指令计数器:PCPC(111)(111)程序状态字程序状态字:PSWPSW(101)(101):暂存来自主存的暂存来自主存的源地址源地址或或源数据源数据。暂存器暂存器D D:暂存来自主存的暂存来自主存的目的地址目的地址或或
9、目的数目的数。指令寄存器指令寄存器IRIR地址寄存器地址寄存器MARMAR数据寄存器数据寄存器MDRMDR:存放现行指令。存放现行指令。实现实现CPUCPU与主存的接口与主存的接口SN74181 4SN74181 4片片SN74182 1SN74182 1片片2.2.算逻部件设置算逻部件设置ALUALU选择数据来源选择数据来源选择器选择器A A选择器选择器B B移位器移位器:实现实现直送直送、左移左移、右移右移、字节交换字节交换3.3.数据通路结构数据通路结构为了使数据传送控制简单、集中,采用为了使数据传送控制简单、集中,采用以以ALUALU为中心的总线结构为中心的总线结构。(1 1)组成)组
10、成包括四个部分:包括四个部分:ALUALU部件、寄存器组、内总线、部件、寄存器组、内总线、CPUCPU与系统总与系统总线的连接线的连接(1616位)位)R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑(2 2)特点)特点ALUALU为内部数据传送通路的中心;为内部数据传送通路的中心;寄存器寄存器采用采用内总线内总线采用单向数据总线采用单向数据总线(16(16位位);分立结构;分立结构;与系统总线与系统总线的连接通过的连接通过MARMAR、
11、MDRMDR实现。实现。MDRMDR输入输入输出至输出至DBDB输出至输出至ALUALU的的B B门门输出输出从内总线输入从内总线输入从从DBDB输入输入(打入打入)(置入置入)R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 4.4.各类信息传送途径各类信息传送途径M M(1 1)指令信息)指令信息置入置入DBDBIRIR(2 2)地址信息)地址信息 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B A
12、LUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 1 1)指令地址)指令地址2 2)指令地址加)指令地址加1 1PCPC打入打入A AALUALU移移内内MARMARPCPCA AALUALU移移内内PCPCC C0 0打入打入 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 3 3)转移地址)转移地址寄存器寻址:寄存器寻址:R0R0打入打入B BALUALU移移内
13、内PCPC寄存器间址:寄存器间址:R0R0打入打入B BALUALU移移内内MARMARABABM MDBDB置入置入MDRMDRB B移、移、内内PCPCALUALU R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 4 4)操作数地址)操作数地址寄存器间址:寄存器间址:R0R0打入打入B BALUALU移移内内MARMAR R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI
14、/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 变址:变址:R0R0PCPCA AALUALU移移内内MARMARABABM MDBDB移移内内C CM MMDRMDRB BALUALUALUALUC CA AB B移移内内MARMAR R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑(3 3)数据信息)数据信息1 1)R RR R:R0R0打入打入B BALUALU移移内内R1R1DBDB
15、M MDBDBMDRMDRB B移、移、内内R2R2ALUALU2 2)R RM M:R0R0打入打入B BALUALU内内MDRMDR3 3)M MR R:M M R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 4 4)M MM M:M M(源源)R0R0MDRMDRDBDB内内I/OI/OALUALU5 5)R RI/OI/O:打入打入DBDBMDRMDR内内C CALUALU(计算目的地址计算目的地址)DBDBM MC CALUA
16、LU内内MDRMDR(目的目的)R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 DBDBDBDBDMADMA方式:方式:I/OI/O6 6)I/OI/OR R打入打入I/OI/OMDRMDR内内R0R0ALUALU7 7)I/OI/OM MM M R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控
17、制控制逻辑逻辑 5.5.微命令设置微命令设置(1)(1)数据通路数据通路 操作:操作:ALUALU功能选择:功能选择:ALUALU输入选择:输入选择:输出移位选择:输出移位选择:结果分配:结果分配:R0R0A A、R0R0B B、S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0、M M、C0C0不移、左移、不移、左移、CPR0CPR0、CPCCPC、CPMARCPMAR、R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑(2)(2)访访M
18、M、I/OI/O 操作:操作:读读 R R地址使能地址使能 EMAREMAR写写 W W置入置入MDRMDR SMDR SMDR,1 1 MARMAR向向ABAB送地址送地址0 000 00 MDRMDR与与DBDB断开断开,MARMAR与与ABAB断开断开R=1R=1读读 W=1W=1写写置入置入IRIR SIR SIR R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器移位器 B ALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制控制逻辑逻辑 3.6.3 3.6.3 组合逻辑控制器设计组合逻辑控制器设计1.1
19、.时序系统时序系统(1 1)工作周期)工作周期取指周期取指周期FTFT用于指令正常执行用于指令正常执行设置设置6 6个触发器分别个触发器分别作为各作为各周期状态标志周期状态标志源周期源周期STST目的周期目的周期DTDT执行周期执行周期ETET中断周期中断周期ITITDMADMA周期周期DMATDMAT用于用于I/OI/O传送控制传送控制1 1 工作周期开始工作周期开始0 0 工作周期结束工作周期结束在整个指令周期中,任何时候必须、且只能有一在整个指令周期中,任何时候必须、且只能有一个工作周期状态标志为个工作周期状态标志为“1”1”。1 1)取指周期)取指周期FTFT从从M M取出指令并译码;
20、取出指令并译码;公操作公操作修改修改PCPC。3 3)目的周期)目的周期DTDT4 4)执行周期)执行周期ETET取指结束时,按操作码和寻址方式取指结束时,按操作码和寻址方式(R/(R/非非R R寻址寻址)转相应工作周期。转相应工作周期。按寻址方式按寻址方式(非非R R寻址寻址)形成源地址,从形成源地址,从M M取出源操取出源操作数,暂存于作数,暂存于C C。2 2)源周期)源周期STST按寻址方式按寻址方式(非非R R寻址寻址)形成目的地址,或从形成目的地址,或从M M取出取出目的操作数,暂存于目的操作数,暂存于D D。按操作码完成相应操作按操作码完成相应操作(传送、运算、取转移地址传送、运
21、算、取转移地址送入送入PCPC、返回地址压栈保存、返回地址压栈保存);后续指令地址送入后续指令地址送入MARMAR。5 5)中断周期)中断周期ITIT关中断、保存断点和关中断、保存断点和PSWPSW、转服务程序入口。、转服务程序入口。由硬件完成由硬件完成1 1)时钟周期时间:)时钟周期时间:ITIT指指CPUCPU响应中断请求后,到执行中断服务程序前。响应中断请求后,到执行中断服务程序前。6 6)DMADMA周期周期DMATDMAT一次从一次从M M读出,并经数据通路传送的操作;读出,并经数据通路传送的操作;或或一次数据通路传送操作;一次数据通路传送操作;或或一次向一次向M M写入的操作写入的
22、操作DMATDMAT指指CPUCPU响应响应DMADMA请求后,到传送完一次数据。请求后,到传送完一次数据。DMADMA控制器接管总线权,控制直传。控制器接管总线权,控制直传。(2 2)时钟周期)时钟周期(节拍节拍)T T1 1微秒微秒完成一步操作:完成一步操作:模型机以模型机以访存时间访存时间作为作为一步操作时间一步操作时间。一个总线一个总线周期周期等于等于一个时钟周期一个时钟周期,可根据需要扩展。,可根据需要扩展。由硬件完成由硬件完成2 2)时钟周期数:)时钟周期数:每个工作周期第一拍每个工作周期第一拍T=0T=0,每开始一个新节拍每开始一个新节拍T T计数计数,工作周期结束时工作周期结束
23、时T T清清0 0。一个工作周期中的时钟数一个工作周期中的时钟数可变可变。用用计数器计数器T T控制节拍数控制节拍数每个时钟结束时设置一个脉冲。每个时钟结束时设置一个脉冲。(3 3)工作脉冲)工作脉冲P P1ST TP P打入寄存器打入寄存器进行时序转换进行时序转换(周期状态设置(周期状态设置/清除清除时钟时钟T T计数计数/清除)清除)将计数值译码,可产生节拍电位。将计数值译码,可产生节拍电位。2.2.控制流程控制流程(工作周期转换工作周期转换)FT FT双双单单转转SRSR ST STDRDR DT DT ET ET DMAT DMATDMADMA请求?请求?中断请求?中断请求?IT IT
24、SRSRDRDRY YN NY YN N3.3.指令流程图与操作时间表指令流程图与操作时间表(1 1)取指周期)取指周期FTFT拟定指令流程:拟定指令流程:初始化时置入初始化时置入FTFT,确定各工作周期中每拍完成的具体确定各工作周期中每拍完成的具体操作(寄存器传送级)。操作(寄存器传送级)。列操作时间表:列操作时间表:列出每一步操作所需的微命令及产列出每一步操作所需的微命令及产生条件。生条件。1 1)进入)进入FTFT的方式的方式FTFTS SR RD DC CQ QQ Q总清总清1 1程序正常运行时程序正常运行时同步打入同步打入FTFT。1 1 FTFTCPFTCPFT2 2)流程图)流程
展开阅读全文