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1、College of computer science,SWPUComputer 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取指周期FTFT源周期源周期ST ST 目的周期目的周期DT DT 执行周期执行周期ET ET 中断周期中断周期IT IT DMADMA周期周期DMATDMAT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
2、统工作周期 在整个指令周期中，任何时候必须、且只能在整个指令周期中，任何时候必须、且只能有一个工作周期状态标志为有一个工作周期状态标志为“1”“1”取指周期（取指周期（FTFT）从从MM中取出指令并译码中取出指令并译码修改修改PCPC取指结束时，按照操作码和寻址方式（取指结束时，按照操作码和寻址方式（RR和非和非RR寻址）转相应工作周期寻址）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源周期STST按寻址方式（非按寻址方式（非RR寻址）形成源地址寻址）形成源地址从从MM取出源操作数，暂存于暂存器取出源操作数，暂存于暂
3、存器CC目的周期目的周期DTDT按寻址方式（非按寻址方式（非RR寻址）形成目的地址寻址）形成目的地址或从或从MM取出目的操作数，暂存于暂存器取出目的操作数，暂存于暂存器DD执行周期执行周期ETET按操作码完成相应操作按操作码完成相应操作(传送、运算、取转传送、运算、取转移地址送入移地址送入PCPC、返回地址压栈保存、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执行周期ETET后续指令地址送入后续指令地址送入MARMAR中断周期中断周期ITITITIT指指CPUCPU响应中断请求后，到执行中断服响应中断请求后，到执行中
4、断服务程序前务程序前关中断关中断保存断点和保存断点和PSWPSW转服务程序入口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DMADMA周期周期DMATDMATDMATDMAT指指CPUCPU响应响应DMADMA请求后，到传送请求后，到传送完一次数据完一次数据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
5、的操作一次从读出，并经数据通路传送的操作一次数据通路传送操作一次数据通路传送操作一次向写入的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，可根据一个总线周期等于一个时钟周期，可根据需要扩展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）时钟周期数时钟周期数一个工作周期中的时钟周期数可变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
6、 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。1STP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 STDR DT ET DMATDMA请求？中断请求？ITSRDRYNYN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
7、期进入进入FTFT的方式和条件的方式和条件初始化时置入初始化时置入FTFT程序运行时同步打入程序运行时同步打入FTFT计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU取指周期FTS RD CQ Q总清11 FT CPFT(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FT0：PC+1 PCM IR PC MAR 在ET 注：计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU操作时间表操作时间
8、表1 STFT0：电位型微命令 脉冲型微命令M IREMAR,R,SIRPC+1 PCPC ACPPC1 DT1 ET或 或 CPFT(P)CPST(P)CPDT(P)CPET(P)CPT(P)S3S2S1S0MC0DM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,SWPUu时序关系FT0：EMARPC AS3DMS2S1S0MC01 STCPPCCPFT(P)CPST(P)CPDT(P)CPET(P)T+1FT0：1 FTCPT(P)计算机组成原理 College of Computer S
9、cience,SWPURi=MARM=MDR=C M=MDR=C M=MDR=C M=MDR=C M=MDR=CRi-1=Ri,MARM=IR,PC+1=PCPC+1=PCM=MDR=DPC+1=PCC+Ri=MARM=MDR=CMOV指令C=MDRPC=MARM=MDR=CD+Rj=MDRI/(R)+Ri=MAR Ri=MAR PC=MARSRDRPC=MARRi+1=Ri Ri+1=RiC=MARRj-1=Rj,MARRj=MAR Rj=MAR Rj=MARRj+1=Rj Rj+1=RjM=MDR=MARMDR=MC=Rj Ri=MDRMDR=MRi=RjR-(R)(R)(R)+X(R)R
10、(R)-(R)I/(R)+(R)+X(R)SRDR SRDR SRDRFT0ST0ST1ST2ST3ST4DT0DT1DT2DT3ET0ET1ET2MOV DST,SRC；(SRC)=DST计算机组成原理 College of Computer Science,SWPUMOV指令流程图流程图FT0：M IR，例1：MOV R1，R0；源数ET0：R0 R1PC MAR ET1：例2：MOV(R1),(R0)；FT0：M IR，PC+1 PCST0：R0 MARST1：M MDR CDT0：R1 MAR目的地址ET0：C MDRET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PC计算机组成原理
11、College of Computer Science,SWPU形地取源操作数，暂存于C，需5步。PC+1 PCST0：PC MARDT1：M MDR CDT0：C MDR源数ET0：C+R0 MARET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PC例3：MOV X(R1),X(R0)；FT0：M IRM MDR CST1：ST2：ST3：ST4：PC MARM MDR D形地PC+1 PC DT2：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,SWPUFT0：M IR操作时间表
12、例：MOV(R1),(SP)+；SP MARM MDR CPC+1 PC CPPCST0：SP+1 SPEMAR R SMDR MDR B 输出B DMCPCSP A A+1 DM CPSPEMARPC A A+1R SIRDM 1 STCPFT(P)CPET(P)CPT(P)DM CPMAR 输出A SP A T+1CPT(P)T+1 CPT(P)ST1：ST2：1 DTCPFT(P)CPET(P)CPT(P)DT0：R1 MAR DM CPMAR 输出A R1 ACPT(P)1 ETCPFT(P)CPET(P)计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU
13、ET1：MDR MPC MAR ET2：EMAR W T+1 CPT(P)DM CPMAR 输出A PC A 1 FTCPFT(P)CPET(P)CPT(P)T+1DT0：R1 MAR DM CPMAR 输出A R1 ACPT(P)1 ETCPFT(P)CPET(P)ET0：C MDRC B输出B DM CPMDR CPT(P)计算机组成原理 College of Computer Science,SWPURi=MARM=MDR=D M=MDR=D M=MDR=D M=MDR=D M=MDR=DRi-1=Ri,MAR取指PC+1=PCD+Ri=MARM=MDR=D双操作数指令COPD=MDRM
14、=MDR=DI/(R)+Ri=MAR Ri=MAR PC=MARSRDRPC=MARRi+1=Ri Ri+1=RiD=MARMDR=MCOPRj=Rj RiOPD=MDRMDR=MRiOPRj=RjR-(R)(R)(R)+X(R)SRDR SRDR SRDRFTSTDT0DT1DT2DT3DT4ET0ET1ET2取源操作数ADD DST,SRC；(SRC)+(DST)=DSTSUB DST,SRC；(SRC)-(DST)=DSTAND DST,SRC；(SRC)(DST)=DSTOR DST,SRC；(SRC)(DST)=DSTEOR DST,SRC；(SRC)(DST)=DST与MOV指令相
15、同计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU双操作数指令取目的数，暂存于取目的数，暂存于DD例：ADD X(R1),(PC)+；FT0：M IR，PC+1 PC立即数ST0：PC MARST1：M MDR CST2：PC+1 PCDT0：PC MARDT1：M MDR D形式地址计算机组成原理 College of Computer Science,SWPUDT2：PC+1 PCDT3：D+R1 MARDT4：M MDR D目的数ET0：C+D MDRET1：MDR MET2：PC MAR计算机组成原理 College of Computer Scienc
16、e,SWPU单操作数指令FT0：M IR，例：COM-(R0)；DT0：R0-1 R0、MARDT1：M MDR DET0：ET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PCD MDR计算机组成原理 College of Computer Science,SWPURi=MARM=MDR=D M=MDR=D M=MDR=D M=MDR=D M=MDR=DRi-1=Ri,MAR取指PC+1=PCD+Ri=MARM=MDR=D单操作数指令OPD=MDRM=MDR=DI/(R)+Ri=MAR Ri=MAR PC=MARPC=MARRi+1=Ri Ri+1=RiD=MARMDR=MOPRj=RjR-(
17、R)(R)(R)+X(R)DR DRFTSTDT0DT1DT2DT3DT4ET0ET1ET2COM DST；(DST)=DSTNEG DST；(DST)+1=DSTINC DST；(DST)+1=DSTDEC DST；(DST)-1=DSTSL DST；(DST)2=DSTSR 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无条件转移SKPR（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。
18、以PC內容为基准转移。（RST）计算机组成原理 College of Computer Science,SWPUPC=MAR PC+1=PC,MAR Rj=PC,MAR Rj=MAR PC=MAR取指M=MDR=CJMP,RSTRRi+1=RiM=MDR=PC,MARPC SKP PC(R)RST(R)+X(PC)FTET0ET1ET2PC=MARM=MDR=PC,MARPC+C=PC,MARJP,RST NJP计算机组成原理 College of Computer Science,SWPUFT0：M IR，例1：JMP R0；SP+1 SP、MARM MDR PCET0：ET1：SP MAR
19、ET2：R0 PCPC+1 PC例2：RST(SP)+；FT0：M IR，PC+1 PCET0：、MAR例3：JMP X(PC)；FT0：M IR，PC+1 PCET0：PC MARET1：M MDR C位移量ET2：PC+C PC、MAR计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU转子指令JSR无条件转子无条件转子在在STST形成子程序入口形成子程序入口在在ETET保存返回地址，并转子程序入口保存返回地址，并转子程序入口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 Scien
20、ce,SWPUSP-1 SPMDR MST1：PC MDRST0：、MAR例：JSR（R2）；FT0：M IR，PC+1 PCET0：R2 MARET1：M MDR C子程序入口C PC、MAR返回地址压栈ET2：ET3：计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU微命令的综合与产生微命令逻辑条件的综合化简微命令逻辑条件的综合化简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例：读命令R=FT0+MOV(ST1+ST4+)+CPPC=FT0 P+MOV(ST2+DT2)X P+计算机组成原理 College of Compu
21、ter Science,SWPU微命令的综合与产生逻辑实现逻辑实现微命令发生器微命令序列I/O状态控制台信息运行状态译码.PSW 时序 IR地址形成PCOPD寻址来自M送M或ALU+1送M计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU优缺点及应用组合逻辑控制方式综合综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式，化简产生微命令的条件，形成逻辑式，用组合逻辑电路实现用组合逻辑电路实现执行指令时，由组合逻辑电路执行指令时，由组合逻辑电路(微命令发生微命令发生器器)在相应时间发出所需微命令，控制有关在相应时间发出所需微命令，控制有关操作操作优点产生微命令速度快产生微命令速度快计算机组成原理 College of Computer Science,SWPU优缺点及应用缺点设计不规整，设计效率低设计不规整，设计效率低控制器核心结构零乱，不便于检查和调试控制器核心结构零乱，不便于检查和调试不易修改、扩展指令系统功能不易修改、扩展指令系统功能应用场合用于高速计算机用于高速计算机小规模计算机小规模计算机