教学计算机的微程序控制器.ppt

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1、指令执行步骤概述指令执行步骤概述 划分与设计指令执行步骤，是控制器部件重要的教学内容，划分与设计指令执行步骤，是控制器部件重要的教学内容，这一设计要依据指令的格式和功能、控制器部件的组成、被控这一设计要依据指令的格式和功能、控制器部件的组成、被控制对象运行方式以及它们彼此之间的连接关系等多个方面的实制对象运行方式以及它们彼此之间的连接关系等多个方面的实际情况共同决定，就是说，它解决的是信息随着时间在这些部际情况共同决定，就是说，它解决的是信息随着时间在这些部件之间的流动关系，与指令系统、计算机整机和它的各个部件件之间的流动关系，与指令系统、计算机整机和它的各个部件都有关系，因此也就比较难以全面

2、理解与掌握。都有关系，因此也就比较难以全面理解与掌握。下面分成两个步骤，从下面分成两个步骤，从3个角度来介绍上述内容。个角度来介绍上述内容。1.准备性知识准备性知识:指令执行步骤简介指令执行步骤简介:教学计算机组成框图。教学计算机组成框图。2.典型指令执行步骤介绍：典型指令执行步骤介绍：（1）指令执行步骤与信息流动的时间空间对应关系；）指令执行步骤与信息流动的时间空间对应关系；（2）指令执行步骤简单的文字描述；）指令执行步骤简单的文字描述；（3）教学计算机的典型指令执行步骤，和每一步骤中）教学计算机的典型指令执行步骤，和每一步骤中对各个部件的控制作用。对各个部件的控制作用。每条指令的执行步骤每

3、条指令的执行步骤读取指令读取指令指令地址指令地址(在程序计数器在程序计数器PC中中)送入主存地址寄存器送入主存地址寄存器读主存，读出内容送入指令寄存器读主存，读出内容送入指令寄存器 IR分析指令分析指令按指令规定内容执行指令按指令规定内容执行指令 不同指令的操作步骤数，不同指令的操作步骤数，和具体操作内容差异很大和具体操作内容差异很大,检查有无中断请求检查有无中断请求若有，则响应中断并转中断处理若有，则响应中断并转中断处理若无，则转入下一条指令的执行过程若无，则转入下一条指令的执行过程形形成成下下一一条条指指令令地地址址R_R类型指令类型指令读写内存类型指令读写内存类型指令输入输出类型指令输入

4、输出类型指令其他类型指令其他类型指令 可能执行可能执行 一次或多次一次或多次 可以复合可以复合 是一次读是一次读内存操作内存操作公共操作公共操作公共操作公共操作是每一条指令的特定操作是每一条指令的特定操作程序计数器程序计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入设备输入设备输出设备输出设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 41278BD20912091CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微

5、程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A4809CFBAC008008073041 四、教学计算机的微程序控制器四、教学计算机的微程序控制器（1）指令执行步骤与信息流动图示部分）指令执行步骤与信息流动图示部分典型指令的执行过程举例：典型指令的执行过程举例：800 0401 ADD r0,r1 ;加法指令加法指令801 2090 MOV r9,r0 ;传送指令传送指令802 3409 MOV 807,r9 ;写内存指令写内存指令,这是一条双字指令这是一条双字指令,803 0807 ;第二个字中的第二个字中的 807 是直接地是

6、直接地址址804 A480 IN 80 ;读串行口数据到读串行口数据到R0低低8位位805 9CFB JR C,800 ;若若C为为1转移到转移到800,否则顺序执行否则顺序执行806 AC00 RET ;子程序返回指令子程序返回指令807 其他一些指令与这里的几条指令有相当多的共同特性，其他一些指令与这里的几条指令有相当多的共同特性，属于属于808同一组的指令的执行步骤非常类似。同一组的指令的执行步骤非常类似。程序程序 计数器计数器 运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入输入/出设备出设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 41278BD20902090CZV

7、S接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC003041800807800 801 0401 0401 4275 42 75 AR PC读内存，读内存，IR读出内容读出内容R0 R0+R1PC PC+1+ADD R0,R1程序程序 计数器计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器

8、输入输入/出设备出设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC004725801807801 802 2090 2090 4275 4275 AR PC读内存，读内存，IR 读出内容读出内容R9 R0+0PC PC+10+MOV R9

9、,R0程序计数器程序计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入设备输入设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 40178BD20902090CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9 4275操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC00304180280780208073409 80380308078047

10、8BD04725ARPC，PC PC+1读内存，读内存，IR读出内容读出内容读内存，读内存，AR读出内容读出内容ARPC，PC PC+1写内存写内存,数据总线数据总线R9+04725+MOV 807,R9程序程序 计数器计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入输入/出设备出设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序

11、器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC003041804807804 805 A080 A080 A ARPC读内存，读内存，IR读出内容读出内容读设备，读设备，R0读出内容读出内容PC PC+1 80 ARI/O portIN 80程程 序计数器序计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入输入/出设备出设备主存储器主存储器控制总线控制总线0 41278BD20902090CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9

12、操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC00A805807805 806 98FE 98FB IP，ARPC若若C=1,则则 PCIP+offset读内存，读内存，IR 读出内容读出内容PC PC+1否则否则 顺序执行顺序执行 805 800 806 JR C,800程序程序 计数器计数器运算器运算器控制器控制器控制控制 存存储器储器用于运算器用于运算器输入输入/出设备出设备控制总线控制总线0 41278

13、BD20902090CZVS接口接口.PCARIR数据总线数据总线地址总线地址总线ALU乘乘商商寄寄存存器器66881234R9操作数操作数地址地址操作码操作码寄存器组寄存器组映射映射地址寄存器地址寄存器指令寄存器指令寄存器微程序微程序定序器定序器主振主振 脉冲脉冲微指令寄存器微指令寄存器下地址字段内容下地址字段内容80034090807A48098FBAC00A806807806 FF0 AC00 IP，ARPC读内存，读内存，IR 读出内容读出内容PC PC+1读内存读内存,PCMEM807 RET ARSP FF0 FF1 SP SP+1 A00 堆栈FF0单元存A00AC00读取指令读

14、取指令 AR PC（注）（注）读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址，读控存由操作码找微地址，读控存执行指令执行指令 ALU R0 ALU R1 执行执行+R0 ALU，记忆结果特征，记忆结果特征结束，判中断结束，判中断(2)指令执行步骤简单的文字描述指令执行步骤简单的文字描述加法指令加法指令 ADD R0，R1 形形成成下下条条指指令令地地址址寄存器内容传送指令寄存器内容传送指令MOV R9，R0 读取指令读取指令 AR PC（注）（注）读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址，读控存由操作码找微地址，读控存执行指令执行指令

15、ALU 0 ALU R0 执行执行+R9 ALU结束，判中断结束，判中断形形成成下下条条指指令令地地址址写寄存器内容到主存写寄存器内容到主存MOV 807，R9读取指令读取指令 AR PC 读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址由操作码找微地址,读控存读控存执行指令执行指令 AR PC，PC PC+1 读主存，读主存，AR 读出内容读出内容 写主存写主存,总线总线 ALU，ALU 0,ALU R9，+结束，判中断结束，判中断（地址（地址 807 存在指令的第二个字中）存在指令的第二个字中）（注）（注）形形成成下下条条指指令令地地址址输入指令输入指令 IN 80

16、 形形成成下下条条指指令令地地址址读取指令读取指令 AR PC（注）（注）读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址由操作码找微地址,读控存读控存执行指令执行指令 AR I/O Port 读外设，读外设，ALU 读出数据读出数据 ALU 0 执行执行+R0 ALU结束，判中断结束，判中断形形成成下下条条指指令令地地址址相对转移指令相对转移指令 JR C,800 读取指令读取指令 AR PC（注）（注）读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址由操作码找微地址,读控存读控存执行指令执行指令 若若 c=1 则：则：ALU IP ALU o

17、ffset（IR低字节）低字节）二者相加，结果送二者相加，结果送PC 否则，顺序执行否则，顺序执行结束，判中断结束，判中断形形成成下下条条指指令令地地址址子程序返回指令子程序返回指令 RET 读取指令读取指令 AR PC 读主存，读主存，IR 读出内容读出内容 PC PC+1 由操作码找微地址由操作码找微地址,读控存读控存 执行指令执行指令 AR SP SP SP+1 读主存读主存,PC读出内容读出内容 结束，判中断结束，判中断形形成成下下条条指指令令地地址址 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR)/MAP寄存器之间寄存器之间运算与传送运算与传送 AR地址地址 AR地址地址读写内存读写

18、内存 AR PC AR 地址地址 判转移条件判转移条件读写内存读写内存/IO PC 地址地址 读写内存读写内存 PC地址地址读、写内存读、写内存 PC地址地址读、写内存读、写内存 PC地址地址指令执行流程图指令执行流程图TEC-2 教学机系统的组成教学机系统的组成计算机计算机终端终端PC机机微程序微程序控制器控制器运算器运算器主存储器主存储器按键按键 开关开关 指示灯指示灯二二路路 串串行行接接口口扩展实验卡扩展实验卡（内存扩展，中断）（内存扩展，中断）TEC-2000 教学机系统的组成教学机系统的组成计算机计算机终端终端PC机机微程序微程序/硬布线硬布线控制器控制器运算器运算器(8/16 位

19、位)主存储器主存储器（8/16位）位）按键按键 室开关室开关 指示灯指示灯串串行行接接口口中中断断实实验验 接接口口实实验验内内存存扩扩展展实实验验电电 源源+5V 微程序控制器部件微程序控制器部件56位的微指令字长，位的微指令字长，微下地址字段微下地址字段16位，位，控制命令字段控制命令字段40位，位，7 片片 28C64 组成控存。组成控存。1 片片 28C65，从指令操，从指令操 作码产生微地址，作码产生微地址，1 片片 374 存存 8 位下地址，位下地址，1 片片 273 存存 8 位条件码，位条件码，1 片片377存存8位现微地址。位现微地址。1 片片Am2910给出下一条给出下一条 微指令地址，微指令地址，1 片片GAL 按判断条件产按判断条件产 生微指令转移信号生微指令转移信号/CC；5 片片GAL用作为用作为 5 片片 8位位 的的 D 触发器的寄存器，触发器的寄存器，2 片片GAL 实现两个实现两个4 位的位的 2 选选 1 芯片功能。芯片功能。8 或或 16位的指令寄存器。位的指令寄存器。