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【计算机组成原理与体系结构】控制器

news 2026/2/7 16:19:51

目录

一、CPU的功能与基本结构

二、指令周期的数据流

三、数据通路

四、硬布线控制器

五、微程序控制器

六、微指令

一、CPU的功能与基本结构

运算器基本结构

控制器基本结构

CPU的基本结构

二、指令周期的数据流

取址周期

间址周期

 

中断周期

指令周期流程

三、数据通路

CPU内部单总线结构

专用数据通路

四、硬布线控制器

  • 原则一：微操作的先后顺序不得随意更改
  • 原则二：被控对象不同的微操作，尽量安排在一个节拍内完成
  • 原则三：占用时间较短的微操作，尽量安排在一个节拍内完成，并允许有先后顺序

硬布线控制器特点：

  • 指令越多，设计和实现就越复杂，因此一般用于RISC（精简指令集系统）
  • 如果扩充一条新指令，则控制器的设计就需要大改，因此扩充指令困难
  • 由于使用纯硬件实现控制，因此执行速度很快。微操作控制信号由组合逻辑电路即时产生

五、微程序控制器

程序：由指令序列组成

微程序：由微指令序列组成，每一种指令对应一个微程序

 

指令是对程序执行步骤的描述

微指令是对指令执行步骤的描述

 

设计思想：采用“存储程序”思想，CPU出厂前将所有指令的“微程序”存储“控制器存储器”中

微命令与微操作一一对应

微指令中可能包含多个微命令

微程序控制器基本结构

 

六、微指令

相容性微命令：可以并行完成的微命令

互斥性微命令：不允许并行完成的微命令

水平型微指令设计

微指令的地址形成方式：

  1. 微指令的下地址字段指出：微指令格式中设置一个下地址字段，由微指令的下址字段直接指出后继微指令的地址，这种方式又称为断定方式。
  2. 根据机器指令的操作码形成：当机器指令取至指令寄存器后，微指令的操作由操作码经微地址形成部件形成。
  3. 增量计数器法：（CMAR）+1   ->   CMAR
  4. 分支转移：转移方式指明判别条件，转移地址指明转移成功后的地址
  5. 通过测试网络：通过内部的一些特定的电路来决定接下来应该执行的微指令地址
  6. 由硬件来直接产生微程序入口地址：由专门的硬件来记录取指周期首地址和中断周期首地址

微指令下址字段的设计

  • 微指令中下址字段的结构和后继微指令地址的形成方法有关，又称为微程序流的控制。
  • 判定方式产生后继微指令地址可由设计者指定或设计者指定的测试判别字段控制产出。
  • 测试判别字段的位数取决于测试源的个数。
  • 微指令寄存器的下址字段的位数取决于控制存储器的容量。

硬布线控制器与微程序控制器对比

 

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