《计算机组成原理》第3章+CPU系统-05

3 5组合逻辑控制方式 3 5 1组合逻辑控制器的时序系统 CPU的工作是在严格的时序控制下进行的 通常采用3级时序有 工作周期 由若干个时钟周期构成 时钟周期 由若干个工作脉冲构成 工作脉冲 最小的计时单位 1 工作周期 模型机中设置了6种工作状态 取指周期FT源周期ST目的周期DT执行周期ET 中断周期ITDMA周期DMAT 用于指令的正常执行 用于I O传送控制 6种工作状态 在模型机中设置6个触发器分别作为周期的状态标志 当触发器的某位为1时 表示当前处于该位所对应的周期 显然在一个时刻有且仅有一个触发器为1 其余的为0 取指周期 FT 从M中取出指令并译码 修改PC 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 后续指令地址送入MAR 中断周期 IT 关中断 保存断点和PSW 转服务程序入口 IT指CPU响应中断请求后 到执行中断服务程序前 DMA周期 DMAT DMAT指CPU响应DMA请求后 到完成一次数据传送的时间 DMA控制器接管总线权 控制数据直传 2 时钟周期 节拍 在模型机中定义为1微秒 3 工作脉冲 模型机在每个时钟周期结束时发一个工作脉冲P 作为各种同步脉冲的来源 时钟周期T 工作脉冲P 打入寄存器 时序转换 3 5 2指令流程与操作时间表 控制器设计的核心是拟定指令流程与形成微命令序列 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 微命令序列 每步操作所需的微命令序列 产生条件及操作时序 1 取指周期FT 初始化置入FT 上电初始化 复位初始化 FT 1 运行过程中同步打入FT 1 进入FT的方式和条件 2 取指流程 在一个时钟周期 节拍 内完成 3 操作时间表 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 表中各微命令的含义 与访存相关的微命令 EMAR 地址使能 MAR内容送入地址总线 R 读命令 SIR IR置入命令 将数据总线上的数据送入IR寄存器 DM 直传命令 控制CPU内部数据通路操作微命令 PC A 使PC的内容经选择器A送入ALU S3S2S1S0MC0 Page95 控制时序切换微命令 1 ST DT ET CPFT CPST CPDT CPET CPT 2 MOV 传送 指令 MOV指令流程图 Page132 FT0 M IR PC 1 PC 例1 MOVR0 R1 ET0 R1 R0 ET1 PC MAR FT0 M IR PC 1 PC 例2 MOV R0 R1 ST0 R1 MAR ST1 M MDR C DT0 R0 MAR ET0 C MDR ET1 MDR M ET2 PC MAR 源数 目的地址 FT0 M IR PC 1 PC 例3 MOVX R0 X R1 ST0 PC MAR ST1 M MDR C ST2 PC 1 PC ST3 C R1 MAR ST4 M MDR C 取指 取源操作数放入C 形式地址 源操作数 DT0 PC MAR DT1 PC 1 PC DT2 M MDR D DT3 D R0 MAR 取目的地址放入MAR ET0 C MDR ET1 MDR M ET2 PC MAR 执行 操作时间表 例4 MOV R1 SP FT0 M IR PC 1 PC PC 1 PC EMARRSIR PC AA 1DM CPPC1 ST ST0 SP MAR SP ADMCPMART 1 ST1 M MDR C EMARRSMDR MDR BDMCPC T 1 ST2 SP 1 SP SP AA 1DMCPSP 1 DT DT0 R1 MAR R1 ADMCPMAR 1 ET ET0 C MDR C BDMCPMDR T 1 ET1 MDR M EMARWT 1 ET2 PC MAR PC ADMCPMAR 1 FT 3 双操作数指令 双操作数指令流程如图3 40所示 目的操作数暂存于D 例 ADDX R1 PC FT0 M IR PC 1 PC ST0 PC MAR ST1 M MDR C 源数 ST2 PC 1 PC DT0 PC MAR DT1 M MDR D DT2 PC 1 PC DT3 D R1 MAR DT4 M MDR D 目的地址 ET0 C D MDR ET1 MDR M ET2 PC MAR 目的数 4 单操作数指令 单操作数指令流程如图3 41所示 例 求反指令 COM R0 FT0 M IR PC 1 PC DT0 R0 1 R0 MAR DT1 M MDR D ET1 MDR M ET2 PC MAR 5 转移指令JMP 返回指令RST 转移指令格式 151211986543210 转移地址 转移条件 说明 转移条件为1时 C 进位V 溢出 Z 结果为0N 负 例1 JMPR0 FT0 M IR PC 1 PC ET0 R0 PC MAR 例2 JMPX PC FT0 M IR PC 1 PC ET0 PC MAR ET1 M MDR C ET2 PC C PC MAR 例3 RST SP FT0 M IR PC 1 PC ET0 SP MAR ET2 SP 1 SP ET1 M MDR PC MAR 6 转子指令JSR 例 JSR R2 FT0 M IR PC 1 PC ST0 R2 MAR ST1 M MDR C 转移地址 ET0 SP 1 SP MAR