第五节CPU模型学习培训模板课件.ppt

1、第五节第五节 CPUCPU模型模型CPU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合：列逻辑式，组合：列逻辑式，形成逻辑电路形成逻辑电路微程序：按微指令微程序：按微指令格式编写微程序格式编写微程序周期、定时周期、定时脉冲设置脉冲设置指令指令系统系统设计设计设计模型机设计模型机总体总体结构结构设计设计

2、组合逻组合逻辑控制辑控制器设计器设计微程序微程序控制器控制器设计设计指指令令格格式式寻寻址址方方式式寄寄存存器器指指令令类类型型运运算算部部件件数数据据通通路路结结构构时时序序指令指令流程流程与微与微命令命令序列序列控控制制逻逻辑辑时时序序微微指指令令格格式式微微程程序序编编制制3.5.1 3.5.1 指令系统指令系统1.1.指令格式指令格式指令字长指令字长1616位，采用寄存器型寻址，指令中位，采用寄存器型寻址，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，主存地址位，主存地址1616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

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

4、 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(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)+X(R)+X为有效地址为有效地址（R R）为操

5、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)+1(R)+1(SP)+(SP)+(SP)(SP)为栈顶地址，为栈顶地址，出栈后出栈后(SP)+1(SP)+1(PC)(PC)为立即数地址，为立即数地址，取数后取数后(PC)+1(PC)+1变址变址X(R)X(R)X(PC)X(PC)(PC)+X(PC)+X为有效地址为有效地址跳步跳步110110SKPSKP跳过下条指令执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

6、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（详情见书p122 表3-8）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

7、 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：

8、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 03.7.2 CPU3.7.2 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(000)(000)、R R1 1(001)(001)R R2 2(010)(010)、R R3 3(011)(011)允许中断（开中断）

9、允许中断（开中断）（可扩展）（可扩展）I N Z V CI 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

10、。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

11、（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、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

12、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 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 1 1）指令

13、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

14、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/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 AAL

15、UALU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R1R1DBDBM MDBDBMDRMDRB B移、移、内内R2R2ALUALU2 2）R RM M：R0R0打入打入B BALUALU内内MDRMD

16、R3 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 CALUALU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

17、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

18、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 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

19、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 3.5.2.1 控制器组成控制器组成微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成P

20、CPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M3.5.2 3.5.2 组合逻辑控制方式组合逻辑控制方式微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成PCPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器1.1.微命令发生器微命令发生器功能：功能：产生全机所需的各种产生全机所需的各种微命令微命令控制最基本的操作控制最基本的操作(微操作微操作)的命令的命令电位型电位型脉冲型脉冲型微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息

21、运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成PCPCD寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M2.2.指令计数器指令计数器PCPC功能：功能：指示指令在指示指令在M中的位置。中的位置。PC+1PC+1顺序执行：顺序执行：PCPC先先+1+1，再用转移地址修改，再用转移地址修改PCPC微命令微命令发生器发生器PCPC转移执行：转移执行：3.3.指令寄存器指令寄存器IRIR功能：功能：存放现行指令。存放现行指令。决定操作决定操作性质性质操作码字段操作码字段操作数地址操作数地址转移地址转移地址PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控

22、制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR地址码字段地址码字段译码器译码器微命令发生器微命令发生器地址形成部件地址形成部件寻寻D4.4.状态寄存器状态寄存器PSWPSW功能：功能：指示程序运行方式，反映程序运行结果。指示程序运行方式，反映程序运行结果。例例.某机的某机的PSWPSWPCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来

23、自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW工作方式工作方式 优先级优先级 T T N Z V CN Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0C=1 C=1 进位进位 V=1 V=1 溢出溢出Z=1 Z=1 结果为结果为0 0N=1 N=1 结果为负结果为负T=1T=1,执行跟踪程序执行跟踪程序（1 1）条件码）条件码反映程序运行结果反映程序运行结果工作方式工作方式 优先级优先级 T N Z V CT N Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015

24、 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（2 2）跟踪标志）跟踪标志为程序查错设置的断点标志为程序查错设置的断点标志T T。程序初始化置T为1.测试T跟踪程序.程序优先级高于外部优先级，程序优先级高于外部优先级，不响应不响应程序优先级低于外部优先级，可响应程序优先级低于外部优先级，可响应用户方式：用户方式：禁止程序执行某些指令禁止程序执行某些指令核心方式：核心方式：允许程序执行所有指令允许程序执行所有指令（3 3）优先级）优先级为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中为现行程序赋予优先级别，以决定是否响应外部中断请求。断请求。工作方式工作方式 优先级优先级 T N Z V CT N

25、 Z V C15 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 015 12 11 8 7 6 5 4 3 2 1 0（4 4）工作方式）工作方式规定程序的特权级。规定程序的特权级。PSWPSW在在CPUCPU中，中，反映程序运行反映程序运行状态；控制状态；控制/状状态字在接口中态字在接口中,反映反映CPUCPU命令、命令、设备状态。设备状态。5.5.时序线路时序线路功能：功能：控制操作时间和操作时刻。控制操作时间和操作时刻。PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D

26、寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序振荡器振荡器分频器分频器时钟脉冲时钟脉冲工作脉冲工作脉冲时钟周期时钟周期(节拍节拍)产生电位产生电位型微命令，型微命令，控制操作控制操作时间段时间段产生脉冲型产生脉冲型微命令，控微命令，控制定时操作制定时操作1.1.取指令取指令PCPCPCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR I

27、R PSW PSW 时序时序3.5.2.2 控制器工作过程控制器工作过程地址地址M M指令指令IRIR、译码、译码(、寻址方式、寻址方式)PC+1PC+1PCPC2.2.取数取数PCPC微命令微命令发生器发生器微命令序列微命令序列I/OI/O状态状态控制台信息控制台信息运行状态运行状态译码译码.PSW PSW 时序时序 IR IR地址形成地址形成D寻寻来自来自M送送M或或ALU+1送送M微命令微命令发生器发生器PCPC IR IR PSW PSW 时序时序按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器取数。按寻址方式，或从寄存器取数，或从存储器取数。3.3.执行执行按操作码对数据进行运算处理。按操作码

28、对数据进行运算处理。3.5.2.3 组合逻辑控制方式的优缺点及应用组合逻辑控制方式的优缺点及应用综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现；现；执行指令时，由组合逻辑电路执行指令时，由组合逻辑电路(微命令发生器微命令发生器)在相应时间发出在相应时间发出所需微命令，控制有关操作。所需微命令，控制有关操作。1.1.组合逻辑控制方式组合逻辑控制方式 产生微命令的速度较快。产生微命令的速度较快。2.2.优缺点优缺点 设计不规整，设计效率较低；设计不规整，设计效率较低；不易修改、扩展指令系统功能。不易修改、扩展指令系统功能。3.3.应用

29、场合应用场合 用于高速计算机，或小规模计算机。用于高速计算机，或小规模计算机。3.5.2.4 3.5.2.4 组合逻辑控制器设计组合逻辑控制器设计1.1.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、且只能有一个

30、工作在整个指令周期中，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；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，

31、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、取转移地址送入传送、运算、取转移地址送入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

32、 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）

33、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

34、)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 ITSRSRDRDRY 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 S

35、R RD DC CQ QQ Q总清总清1 1程序正常运行时同程序正常运行时同步打入步打入FTFT。1 FT1 FTCPFTCPFT2 2）流程图）流程图1 ST1 STFT0FT0：PC+1 PCPC+1 PCM IRM IR3 3）操作时间表）操作时间表FT0FT0：电位型微命令电位型微命令脉冲型微命令脉冲型微命令M IRM IREMAR,EMAR,R,R,SIRSIRPC+1 PCPC+1 PCPC A,PC A,A+1,A+1,DMDMCPPCCPPC1 DT1 DT1 ET1 ET或或 或或 CPFT(P)CPFT(P)CPST(P)CPST(P)CPDT(P)CPDT(P)CPET(

36、P)CPET(P)CPT(P)CPT(P)工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时，5 5个时序打入命令都发。个时序打入命令都发。转换转换 （2 2）传送指令）传送指令FT0FT0：PC+1 PCPC+1 PCM IRM IR，1 1）流程图）流程图例例1 1：MOV R0MOV R0，R1R1；源数源数ET0ET0：R1 R0R1 R0PC MARPC MARET1ET1：例例2 2：MOV(R0),(R1)MOV(R0),(R1)；FT0FT0：M IRM IR，PC+1 PCPC+1 PCST0ST0：R1 MARR1 MARST1ST1：M MDR CM MDR CDT0DT0：

37、R0 MARR0 MAR目的地址目的地址ET0ET0：C MDRC MDRET1ET1：MDR MMDR MET2ET2：PC MARPC MAR例例3 3：MOV X(R0),X(R1)MOV X(R0),X(R1)；FT0FT0：M IRM IRPC+1 PCPC+1 PC形式地址形式地址取源操作数，取源操作数，暂存于暂存于C C，需需5 5步。步。PC+1 PCPC+1 PCST0ST0：PC MARPC MARDT1DT1：M MDR CM MDR CDT0DT0：C MDRC MDR源操作数源操作数ET0ET0：C+R1 MARC+R1 MARET1ET1：MDR MMDR MET2

38、ET2：PC MARPC MARPC+1 PCPC+1 PC例例3 3：MOV X(R0),X(R1)MOV X(R0),X(R1)；FT0FT0：M IRM IRM MDR CM MDR CST1ST1：ST2ST2：ST3ST3：ST4ST4：PC MARPC MARM MDR DM MDR D形式地址形式地址PC+1 PCPC+1 PCDT2DT2：DT3DT3：D+R0 MARD+R0 MAR目的地址目的地址取目的地址，取目的地址，暂存于暂存于MARMAR，需需4 4步。步。源数送存储器，源数送存储器，需需3 3步。步。FT0FT0：M IRM IR2 2）操作时间表）操作时间表例：例

39、：MOV(R1)MOV(R1)，(SP)+(SP)+；SP MARSP MARM MDR CM MDR CPC+1 PCPC+1 PCCPPCCPPCST0ST0：SP+1 SPSP+1 SPEMAREMAR R R SMDRSMDR MDR BMDR B 输出输出B B DMDMCPCCPCSP ASP AA+1A+1 DMDM CPSPCPSPEMAREMARPC APC A A+1A+1R RSIRSIRDMDM1 ST1 STCPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P)CPT(P)CPT(P)DMDM CPMARCPMAR输出输出A ASP ASP AT+1T+1CPT(P

40、)CPT(P)T+1T+1 CPT(P)CPT(P)ST1ST1：ST2ST2：1 DT1 DTCPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P)CPT(P)CPT(P)ET1ET1：MDR MMDR MPC MARPC MARET2ET2：EMAREMARW WT+1T+1 CPT(P)CPT(P)DMDM CPMARCPMAR输出输出A APC APC A1 FT1 FTCPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P)CPT(P)CPT(P)DT0DT0：R1 MARR1 MARDMDM CPMARCPMAR输出输出A AR1 AR1 AT+1T+1CPT(P)CPT(P)1

41、 ET1 ETCPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P)ET0ET0：C MDRC MDRC BC B 输出输出B B DMDM CPMDRCPMDRCPT(P)CPT(P)（3 3）双操作数指令）双操作数指令取目的数，暂存于取目的数，暂存于D D。例：例：ADD X(R1),(PC)+ADD X(R1),(PC)+；FT0FT0：M IRM IR，PC+1 PCPC+1 PC立即数立即数ST0ST0：PC MARPC MARST1ST1：M MDR CM MDR CST2ST2：PC+1 PCPC+1 PCDT0DT0：PC MARPC MARDT1DT1：M MDR DM M

42、DR DDT2DT2：PC+1 PCPC+1 PC形式地址形式地址DT3DT3：D+R1 MARD+R1 MARDT4DT4：M MDR DM MDR D目的数目的数ET0ET0：C+D MDRC+D MDRET1ET1：MDR MMDR MET2ET2：PC MARPC MAR（4 4）单操作数指令）单操作数指令FT0FT0：M IRM IR，例：例：COM-(R0)COM-(R0)；DT0DT0：R0-1 R0R0-1 R0、MARMARDT1DT1：M MDR DM MDR DET0ET0：ET1ET1：MDR MMDR MET2ET2：PC MARPC MARPC+1 PCPC+1 P

43、CD MDRD MDR（5 5）转移）转移-返回指令返回指令无条件无条件转移转移SKPSKPR R（R R）（R)+R)+按按R R指示从指示从M M取转移地址取转移地址,修改修改R R。（SP)+SP)+X(PC)X(PC)执行再下条指令。执行再下条指令。从从R R取转移地址。取转移地址。按按R R指示从指示从M M取转移地址。取转移地址。从堆栈取返回地址从堆栈取返回地址,修改修改SPSP。以以PCPC內容为基准转移。內容为基准转移。（RSTRST）FT0FT0：M IRM IR，例例1 1：JMP R0JMP R0；SP+1 SPSP+1 SP、MARMARM MDR PCM MDR PC

44、ET0ET0：ET1ET1：SP MARSP MARET2ET2：R0 PCR0 PCPC+1 PCPC+1 PC无条件转子：无条件转子：R R（R R）（R)+R)+（SP)+SP)+（PC)+PC)+入口在入口在R R中中例例2 2：RST(SP)+RST(SP)+；FT0FT0：M IRM IR，PC+1 PCPC+1 PCET0ET0：、MARMAR例例3 3：JMP X(PC)JMP X(PC)；FT0FT0：M IRM IR，PC+1 PCPC+1 PCET0ET0：PC MARPC MARET1ET1：M MDR CM MDR C位移量位移量ET2ET2：PC+C PCPC+C

45、PC、MARMAR（5 5）转子指令）转子指令入口在入口在M M中中入口在堆栈中入口在堆栈中SP-1 SPSP-1 SPMDR MMDR MST1ST1：PC MDRPC MDR归纳微命令归纳微命令,综合化简条件综合化简条件,用组合逻辑电路实现。用组合逻辑电路实现。读令读令R R=在在STST形成子程序入口；在形成子程序入口；在ETET保存返回地址，并转保存返回地址，并转子程序入口。子程序入口。ST0ST0：、MARMAR例：例：JSRJSR（R2R2）；）；FT0FT0：M IRM IR，PC+1 PCPC+1 PCET0ET0：R2 MARR2 MARET1ET1：M MDR CM MDR

46、 C子程序子程序入口入口C PCC PC、MARMAR返回地返回地址压栈址压栈ET2ET2：ET3ET3：4.4.控制逻辑控制逻辑例：例：FT0FT0+MOV(ST1+ST4+)+MOV(ST1+ST4+)CPPC CPPC=FT0FT0+P P+MOV(ST2+DT2)X P+MOV(ST2+DT2)X P+3.5.43.5.4 微程序控制方式微程序控制方式3.5.4.1 微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想1.若干微命令编制成一条微指令，控制实现若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；一步操作；2.若干微指令组成一段微程序，解释执行一若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令

47、；条机器指令；3.微程序事先存放在控制存储器中，执行机微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。器指令时再取出。1.若干微命令编制成若干微命令编制成一条微指令一条微指令，控制实现，控制实现一步操作一步操作；2.若干微指令组成若干微指令组成一段微程序一段微程序，解释执行，解释执行一一条机器指令条机器指令；3.5.4.2 微程序控制器组成原理微程序控制器组成原理1.1.主要部件主要部件（1 1）控制存储器）控制存储器CMCM功能：功能：微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字

48、段 微地址字段微地址字段IR存放微程序存放微程序。CMCM属于属于CPUCPU，不属于主存储器。不属于主存储器。（2 2）微指令寄存器）微指令寄存器 IR功能功能：微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放现行微指令存放现行微指令。微命令字段：微命令字段：提供一步操作所需的微命令。提供一步操作所需的微命令。微地址字段：微地址字段：指明后续微地址的形成方式。指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段微操作控制字

49、段)(顺序控制字段顺序控制字段)（3 3）微地址形成电路）微地址形成电路功能：功能：微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR提供两类微地址提供两类微地址。微程序入口地址：微程序入口地址：由机器指令由机器指令操作码操作码形成。形成。后续微地址：后续微地址：由由微地址字段微地址字段、现行微地址现行微地址、运行状态运行状态等形成。等形成。2.2.工作过程工作过程（1 1）取机器指令）取机器指令CMCM取指取指微指令微指令IRIR微命令字段微命令字段译码器译码器

50、微命令微命令主存主存机器指令机器指令IRIR 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存储器控制存储器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列控制存储器控制存储器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列（2 2）转微程序入口）转微程序入口IRIR操作码操作码微地址形微地址形成电路成电路入口入口ARAR微命令字段微命令字段CMCM首条微指