计算机组成原理第十讲(组合逻辑控制器).ppt

College of computer science, SWPU Computer Science 计算机组成原理 主讲：颜俊华 第十讲：组合逻辑控制器设计 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作周期 取指周期FT 源周期ST 目的周期DT 执行周期ET 中断周期IT DMA周期DMAT 用于指令正常执行 用于I/O传送控制 设置6个触发器分别 作为各周期状态标志 1 工作周期开始 0 工作周期结束 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作周期 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“1” 取指周期（FT） 从M中取出指令并译码 修改PC 取指结束时，按照操作码和寻址方式（R 和非R寻址）转相应工作周期 公操作 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作周期 源周期ST 按寻址方式（非R寻址）形成源地址 从M取出源操作数，暂存于暂存器C 目的周期DT 按寻址方式（非R寻址）形成目的地址 或从M取出目的操作数，暂存于暂存器D 执行周期ET 按操作码完成相应操作(传送、运算、取转 移地址送入PC、返回地址压栈保存) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作周期 执行周期ET 后续指令地址送入MAR 中断周期IT IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服 务程序前 关中断 保存断点和PSW 转服务程序入口 由软件完成 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作周期 DMA周期DMAT DMAT指CPU响应DMA请求后，到传送 完一次数据 DMA控制器接管总线权，控制直传 由硬件完成 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 时钟周期（节拍） 时钟周期时间：微秒完成一步操作 一次从读出，并经数据通路传送的操作 一次数据通路传送操作 一次向写入的操作 模型机以访存时间作为一步操作时间 一个总线周期等于一个时钟周期，可根据 需要扩展 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 时钟周期（节拍） 时钟周期数 一个工作周期中的时钟周期数可变 每个工作周期第一拍T=0， 每开始一个新节拍T计数， 工作周期结束时T清0。 用计数器T控制节拍数 将计数值译码，可产生节拍电位(T0T1T2)。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 时序系统 工作脉冲 每个时钟结束时设置一个脉冲。 1S T P 打入寄存器进行时序转换 （周期状态设置/清除 时钟T计数/清除） 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU FT 双单转 SR ST DR DT ET DMAT DMA请求？ 中断请求？ IT SR DR Y N Y N 控制流程（工作周期转换 ） 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 指令流程图与操作时间表 拟定指令流程：确定各工作周期中每拍 完成的具体操作（寄存器传送级） 列操作时间表：列出每一步操作所需的 微命令及产生条件 取指周期 进入FT的方式和条件 初始化时置入FT 程序运行时同步打入FT 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 取指周期 指令流程图与操作时间表 FT SR DC QQ 总清 1 1 FTCPFT(P ) 1 FT= ET(1 DMAT 1 IT) DMAT(1 DMAT 1 IT) + IT + 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 取指周期 指令流程 指令流程图与操作时间表 FT0： PC+1 PC M IRPC MAR 在ET注： 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 操作时间表 指令流程图与操作时间表 1 ST FT0：电位型微命令脉冲型微命令 M IR EMAR, R, SIR PC+1 PC PC A CPPC 1 DT 1 ET 或 或 CPFT( P) CPST( P) CPDT( P) CPET( P) CPT ( P) S3S2S1S0MC0 DM 转换 工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时， 5个时序打入命令都发。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU u时序关系 FT0： EMAR PC A S3 DM S2 S1 S0 M C0 1 ST CPPC CPFT( P) CPST( P) CPDT( P) CPET( P) T+1 FT0： 1 FT CPT ( P) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU Ri=MAR M=MDR=CM=MDR=CM=MDR=CM=MDR=CM=MDR=C Ri-1=Ri,MAR M=IR,PC+1=PC PC+1=PC M=MDR=D PC+1=PC C+Ri=MAR M=MDR=C MOV指令 C=MDR PC=MAR M=MDR=C D+Rj=MDR I/(R)+ Ri=MARRi=MARPC=MAR SRDR PC=MAR Ri+1=RiRi+1=Ri C =MAR Rj-1=Rj,MAR Rj=MARRj=MARRj=MAR Rj+1=RjRj+1=Rj M=MDR=MAR MDR=M C=RjRi=MDR MDR=M Ri=Rj R-(R)(R)(R)+X(R) R(R)-(R)I/(R)+(R)+X(R) SRDRSRDRSRDR FT0 ST0 ST1 ST2 ST3 ST4 DT0 DT1 DT2 DT3 ET0 ET1 ET2 MOV DST , SRC ；(SRC)=DST 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU MOV指令 流程图 指令流程图与操作时间表 FT0： M IR，例1： MOV R1，R0； 源数 ET0： R0 R1 PC MARET1： 例2： MOV(R1),(R0)； FT0： M IR， PC+1 PC ST0： R0 MAR ST1： M MDR C DT0： R1 MAR 目的地址 ET0： C MDR ET1： MDR M ET2： PC MAR PC+1 PC 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 形地 取源操作数， 暂存于C， 需5步。 PC+1 PC ST0： PC MAR DT1： M MDR C DT0： C MDR 源数 ET0： C+R0 MAR ET1： MDR M ET2： PC MAR PC+1 PC 例3： MOV X(R1),X(R0)；FT0： M IR M MDR C ST1： ST2： ST3： ST4： PC MAR M MDR D 形地 PC+1 PCDT2： DT3： D+R1 MAR 目的地址 取目的地址， 暂存于MAR， 需4步。 源数送存储器， 需3步。 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU FT0： M IR 操作时间表 例：MOV(R1),(SP)+； SP MAR M MDR C PC+1 PCCPPC ST0： SP+1 SP EMARR SMDRMDR B 输出BDM CPC SP AA+1DMCPSP EMAR PC A A+1 RSIR DM1 ST CPFT(P)CPET(P)CPT(P) DMCPMAR输出ASP AT+1 CPT(P) T+1CPT(P) ST1： ST2：1 DT CPFT(P)CPET(P)CPT(P) DT0：R1 MARDMCPMAR输出AR1 A CPT(P) 1 ET CPFT(P)CPET(P) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU ET1：MDR M PC MARET2： EMARWT+1CPT(P) DMCPMAR输出APC A1 FT CPFT(P)CPET(P)CPT(P) T+1 DT0：R1 MARDMCPMAR输出AR1 A CPT(P) 1 ET CPFT(P)CPET(P) ET0：C MDRC B 输出BDM CPMDRCPT(P) 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU Ri=MAR M=MDR=DM=MDR=DM=MDR=DM=MDR=DM=MDR=D Ri-1=Ri,MAR 取指 PC+1=PC D+Ri=MAR M=MDR=D 双操作数指令 COPD=MDR M=MDR=D I/(R)+ Ri=MARRi=MARPC=MAR SRDR PC=MAR Ri+1=RiRi+1=Ri D =MAR MDR=M COPRj=RjRiOPD=MDR MDR=M RiOPRj=Rj R-(R)(R)(R)+X(R) SRDRSRDRSRDR FT ST DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 ET0 ET1 ET2 取源操作数 ADD DST,SRC ；(SRC)+(DST)=DST SUB DST,SRC ；(SRC)-(DST)=DST AND DST,SRC ；(SRC)(DST)=DST OR DST,SRC ；(SRC)(DST)=DST EOR DST,SRC ；(SRC)(DST)=DST 与MOV指令相同 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 双操作数指令 取目的数，暂存于D 指令流程图与操作时间表 例： ADD X(R1), (PC)+ ； FT0： M IR， PC+1 PC 立即数 ST0： PC MAR ST1： M MDR C ST2： PC+1 PC DT0： PC MAR DT1： M MDR D 形式地址 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU DT2： PC+1 PC DT3： D+R1 MAR DT4： M MDR D 目的数 ET0： C+D MDR ET1： MDR M ET2： PC MAR 指令流程图与操作时间表 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 单操作数指令 指令流程图与操作时间表 FT0： M IR， 例：COM -(R0)； DT0： R0-1 R0、MAR DT1： M MDR D ET0： ET1： MDR M ET2： PC MAR PC+1 PC D MDR 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU Ri=MAR M=MDR=DM=MDR=DM=MDR=DM=MDR=DM=MDR=D Ri-1=Ri,MAR 取指 PC+1=PC D+Ri=MAR M=MDR=D 单操作数指令 OPD=MDR M=MDR=D I/(R)+ Ri=MARRi=MARPC=MAR PC=MAR Ri+1=RiRi+1=Ri D =MAR MDR=M OPRj=Rj R-(R)(R)(R)+X(R) DRDR FT ST DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 ET0 ET1 ET2 COM DST ；(DST) =DST NEG DST ；(DST)+1=DST INC DST ；(DST)+1=DST DEC DST ；(DST)-1=DST SL DST ；(DST)2=DST SR DST ；(DST)2=DST 与双操作数指令相同 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 转移JMP/返回指令RST 指令流程图与操作时间表 无条件 转移 SKP R （R） （R)+按R指示从M取转移地址,修改R。 （SP)+ X(PC) 执行再下条指令。 从R取转移地址。 按R指示从M取转移地址。 从堆栈取返回地址,修改SP。 以PC內容为基准转移。 （RST） 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU PC=MARPC+1=PC,MARRj=PC,MARRj=MARPC=MAR 取指 M=MDR =C JMP,RST R Ri+1=Ri M=MDR= PC,MAR PCSKPPC(R)RST (R)+X(PC) FT ET0 ET1 ET2 PC=MAR M=MDR= PC,MAR PC+C= PC,MAR JP,RSTNJP 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU FT0： M IR，例1： JMP R0； SP+1 SP 、MAR M MDR PC ET0： ET1： SP MAR ET2： R0 PC PC+1 PC 例2： RST (SP)+； FT0： M IR， PC+1 PC ET0： 、MAR 例3： JMP X(PC)； FT0： M IR， PC+1 PC ET0： PC MAR ET1： M MDR C 位移量 ET2： PC+C PC、MAR 指令流程图与操作时间表 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 转子指令JSR 无条件转子 在ST形成子程序入口 在ET保存返回地址，并转子程序入口 指令流程图与操作时间表 R（R） （R)+（PC)+（SP)+ 入口在R中入口在M中 入口在堆栈中 计算机组成原理 College of Computer Science, SWPU 指令流程图与操作时间表 SP-1 SP MDR M ST1： PC MDR ST0： 、MAR 例：JSR