计算机组成原理The Princlple Of Computer

计算机组成原理ThePrinclpleOfComputer,主讲：欧英雷OuYinglei,第十章控制器,10.1控制器和指令的执行10.2组合逻辑控制器10.3PLA控制器10.4微程序控制器,101控制器和指令的执行,计算机硬件中，能识别指令的硬件是：控制器；计算机的执行过程，就是控制器分析指令、执行指令的过程。1、计算机主机及控制器的组成2、指令执行过程3、控制器的控制方式,1.计算机主机及控制器的组成,主机包括：运算器、控制器和主存三个部分。控制器的组成：a.指令寄存器（IR）：用来存放由主存取出的指令，分为操作能和地址码；b.操作码译码器：对存在指令寄存器中的操作码进行译码；c.控制电路：根据择码结果，反指令应完成的操作变成时序脉冲，实现指令功能。d.时序信号产生的电路：包括：启停线路和脉源。e.程序计数器（PC）：提供下一条执行的指令的地址。包括：指令顺序执行时，由递增功能产生，转移指令时，直接由指令提供地址码。,2.指令执行过程：分为取指和执行两个周期,（1）取指周期：把指令地址寄给程序计数器（PC）从位单读出指令，把指令送指令寄存器（IR），就叫：取指周期。（2）执行周期：执行在取指周期存到指令寄存器里的指令的阶段，就是：执行周期。例：a：从主存读出数据且相加的情况；参考：P179b：把果加器里的内容器进主存的情况；参考：P180c：条件转移的情况；参考：P180,3.控制器的控制方式,3.控制器的控制方式：指控制器控制微操作序列执行的方式有三种控制方式：（1）同步控制方工：（固定时序方式）（2）异步控制方式；考参：P180（3）联合控制方式：是把同步和异步控制方式结合使用的一种控制方式。考参：P181,102组合逻辑控制器,1.组合逻辑控制器的组成2.时序信号生成的电路3.微操作控制电路,1.组合逻辑控制器的组成,由组合逻辑电路构成的控制器，叫组合逻辑控制器（硬布线控制器）使用组合逻辑控制器的计算机，叫组合逻辑控制控制计算机。参考：P181图10.3指令部件包括：指令寄存器、指令解码器、程序计数器（指令地址计数器）,2.时序信号生成的电路,控制器需要二种时序信号：a脉冲信号：包括时钟信号（CLK）、驱动微操作执行的时标信号。b电位信号：包括确定指令周期状态的周期状态电位，确定指令执行阶段的节拍电位。例：PDP-11机（1）脉冲源：产生时钟信号（CLK）的逻辑电路参考：P181图10.4（2）时标脉冲生成电路：由2位循环左移位寄存器，译码电路驱动电路组成。参考：P182图10.5,（3）周期状态电位生成电路参考：P183图10.7PDP-11机执行指令操作时，有五个周期状态：取指周期（R）、取源操作数周期（S）、取目标操作数周期（O）、执行周期（E）、服务周期SE。（4）节拍电位生成电路参考：P183图10.8包括：a.用作控制器内部控制的指令节拍电位;b.用于总线操作控制的总线节拍电位。两种节拍电位，由相同的电路产生。由：循环移位寄存器、译码电路、驱动电路组成。,3.微操作控制电路,（1）设计步骤a.确定指令系统b.确定指令流程圈c.编排操作时序d.写出操作的逻辑表达式e.设计微操作控制电路,（2）设计举例：以取指过程为例如下图:a.取指的流程图：参考：P184图10.9b.编排操作时序参考：P185图10.10指令节拍：IT0、IT1指令节拍：BT1、BT3、BT7、BT0取指周期：R时标脉冲：m0、m1、m2、m3程序计数器：PC总线地址寄存器：RBA指令寄存器：IR,c.写出微操作逻辑表达式i.程序计数器内容送总线地址寄存器：(PC)RBA=RIT0BT3m1ii.程序计数器内容自动加工（一条指令占2个字节）(PC)+2PC=RIT0BT7m3iii.总线数据送指令寄存器BDIRA=RIT0BT7m2d.电路设计考：P185图10.11,10.3PLA控制器,PLA：可编程逻辑阵列；PLA控制器也是组合逻辑控制器。1PLA原理功能：实现组合逻辑和时序逻辑；与ROM原理相似（1）PLA芯片：由二极管与阵列和三极管或阵列组成；参考：P186图书馆10.12（2）与或逻辑的实现用电编程，达到：输出端与输入变量构成：与或逻辑电编程结果：参考：P187图10.3交叉处的黑点表示二极管或三极管PLA的查值表：参考：P187,a.输入部分：参考P187b.输出部分：参考P187c.逻辑表达式F0=P2+P5=I0I1I3+I0I1I2F1=P3=I1F2=P1+P6=I0I1I3+I0I3F3=P2+P4=I0I2I3+I0I1F4=P7=I1F5=P0=I1I2F6=P1+P5=I0I1I3+I0I1I2F7=P1+P3+P6=I0I1I3+I1+I0I3,1PLA控制器的设计说明：a.PLA微操作控制电路的输入端，接时序电路的输出信号（如节拍电位，节拍脉信号）b.PLA微操作控制电路的输出端，就是各种微操作的驱动信号（1）用PLA设计微操作控制电路的步骤参考：P188（2）PLA的扩展方法当用一片PLA不能满足容量和输出端要示时，可用多片进行扩充a.单独扩展乘积项的方法参考P188图10.14b.乘积项各输出端同时扩展的方法参考P188图10.14,10.4微程序控制器,1微程序的概念（1）微程序设计思想：微程序是实现一条机器指令功能的程序，微程序是由微指令组成的。一条微指令：含有若干条微命令一条微命令：完成一个微操作（2）微程序的术语a.微操作：指令执行时必须完成的最基本的操作如：微操作：（PC）RBA；（PC）+2PC；BDIRb.微命令：组成微指令的最小单位，是微操作的驱动信号c.微指令：d.微周期：是执行一条微指令所需要的时间e.微地址：是微指令的地址f.微程序：是微指令的有序集合,2微指令字格式及其编码（1）微指令字格式的设计要求参考P189（2）曲型的微指令字格式a.二字段移式：操作控制顺序控制b.三字段移式特色控制操作控制顺序控制特征控制：用来产生特征标志,（3）操作控制部分的编码方法a.非编码法b.直接编码法c.字段编码法d.间接