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1、计算机组成原理主讲：颜俊华CPU控制器部件控制器的功能控制程序的自动执行控制每条指令的正确执行指令执行步骤读取指令分析指令执行指令总线与数据通路结构为了使数据传送控制简单、集中，采用以ALU为中心的总线结构CPU组成包括四个部分： ALU部件、寄存器组、内总线、CPU与系统总线的连接 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 (1)内总线ALU为内部数据传送通路的中心；寄存器采用内总线采用单向数据总线(16位)；分立结构； R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 (2)系统总线AB、DB、CB，C。
2、PU通过它与外部连接，与它的连接通过MAR、MDR实现。MDR输出输出至DB输出至ALU的B门输入从内总线输入从DB输入(打入)(置入) R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 3.各类信息传送途径M(1)指令信息置入DBIR MDB IR(2)地址信息 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 1)指令地址2)指令地址加1(顺序执行) PC PC AALU移位器内总线MARPC打入AALU移内MARPCAALU移内PCC0C0打入 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW M。
3、DR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 3)转移地址 M IR寄存器寻址： R0 R0 BALU移位器内总线 PCR0打入BALU移内PC寄存器间址：R0打入BALU移内MARABMDB置入MDRBMARMDRMDR移、内PCALU R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 IR R0 R0 BALU移位器内总线4)操作数地址寄存器寻址：R0R1寄存器间址：R0打入BALU移内MARMAR R1 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC S。
4、PPSWABDB控制逻辑 变址： PC AALU移位器内总线MARR0PCAALU移内MARABMDB移内C PC MMMDRMDR B CMDRBALU R0 R0 CALUCAB移内MAR R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 数据信息的传送 M IR R0 R0 BALU移位器内总线1)RR：R0打入BALU移内R1DBMDBMDRBMDRMDR移、内R2ALU R12)RM：R0打入BALU内MDR3)MR：R2M R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 M IR R0 R0 BALU。
5、移位器内总线6)MM：M(源)R0MDRMDRMDRDB内I/OALU4)RI/O： C打入DBMDR内CALU(计算目的地址)DBMCALU内MDR(目的) C AI/O R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 M IR R0 BALU移位器内总线DBMDRMDRDBDMA方式：I/O5)I/OR打入I/OMDR内R0ALUI/O7)I/OMM微命令设置(1)数据通路操作：ALU功能选择：ALU输入选择：输出移位选择：结果分配：R0A、R0B、S3S2S1S0、M、C0不移、左移、CPR0、CPC、CPMAR、 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R。
6、3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 (2)访M、I/O 操作：读 R地址使能 EMAR写 W置入MDR SMDR，1MAR向AB送地址000 MDR与DB断开,MAR与AB断开R=1读 W=1写置入IR SIRM R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC PSW MDR A移位器 BALUR2 R0 R1 MI/OCB内总线 C R3 DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 组合逻辑控制器拟定指令流程：确定各工作周期中每拍完成的具体操作列操作时间表：列出每一步操作所需的微命令及产生条件(1)取指流程FT0：PC+1 PCM IR(2)操作时间表FT0：电位型微命令脉冲型微命令EMAR,R,SIRCPPC或 或 转换 S3S2S1S0M C0DM组合逻辑控制器 1、根据操作时间表，列出计算机的所有“微命令” 每个微命令的产生都是由三部分决定的。
7、: 时序信号(周期、节拍、脉冲) 指令的操作码、寻址方式的译码信号 机器的状态反馈信息 2、 写出它们之间的逻辑关系表达式, 用逻辑电路 (组合逻辑电路)实现各微命令。 组合逻辑控制器A、特点：化简产生微命令的条件形成逻辑式，用组合逻辑电路实现；执行指令时，由组合逻辑电路发出微命令，控制有关操作。● 产生微命令的速度较快；B、优缺点● 不易修改、扩展指令系统功能。 C、应用场合 用于高速计算机。● 控制器核心结构零乱，不便于检查和调试。● 设计不规整，设计效率较低；微程序控制基本原理基本思想若干条微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令微程序事先放在控制存储器中，执行机器指令时再取出CPU的构成引入了程序技术，使设计规整；引入了存储逻辑，使功能易于扩展。逻辑组成微程序控制基本原理 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储。
8、器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR(1)控制存储器CM功能：存放微程序。CM属于CPU，不属于主存储器。 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR(2)微指令寄存器 µIR功能：存放现行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段)(顺序控制字段) 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR(3)微地址形成电路功能：提供两类微地址。微程序入口地址：由机器指令操作码形成。后续微地址：由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR(4)微地址寄存。
9、器 µAR功能：存放现行微地址。工作过程 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR 取指微指令(1)取机器指令CM取指微指令µIR控制存储器 取指微指令微命令字段 微地址字段 译码器微命令序列 IR微命令字段译码器控制存储器微命令主存机器指令微命令字段 微地址字段IR 译码器微命令序列(2)转微程序入口IR操作码微地址形成电路入口µAR微命令字段CM首条微指令 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR 取指微指令控制存储器 取指微指令微命令字段 微地址字段 译码器微命令序列 IR控制存储器微命令字段 微地址字段 译码器微命令序列 微地址形成电路 IR微地址寄存器 微地址形成电路控制存储器微地址寄存器微命令字段 微地址字段(3)执行首条微指令控制。
10、存储器 译码器µIRµIR译码器微命令字段 微地址字段微命令序列微命令操作部件 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR(4)取后续微指令微地址字段现行微地址运行状态微地址形成电路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器 微地址形成电路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器后续微地址µAR 微地址形成电路控制存储器CM后续微指令µIR微地址寄存器微命令字段 微地址字段(5)执行后续微指令同(3) 微地址形成电路 IR PSW PC微地址寄存器 µAR控制存储器CM 译码器微命令序列微命令字段 微地址字段µIR微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器 微地址形成电路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址形成电路微地址寄存器微命令字段 微地址字段(6)返回微程序执行完，返回CM(存放取指微指令的固定单元)。微程序控制器工作过程取指微指令M->IR PC+1->PCIR中的操作码微地址形成电路该指令的微程序入口地址取出微指令微命令字段 微地址字段译码微命令微地址形成电路后继微地址uIR微程序控制器优缺点1.优点 (1)设计规整，设计效率高；(2)易于修改、扩展指令系统功能；(3)结构规整、简洁，可靠性高；(4)性价比高。2.缺点 (1)速度慢访存频繁转移较多(2)执行效率不高3.应用范围 用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。特别适用于系列机未充分发挥数据通路本身具有的并行能力。
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