实验三控制器实验

实验三控制器实验 • 控制器是为了实现对计算机各部件的有效控制，快速准确地取指令、分析指令和执行指令 • 基本功能 • 取指令 • 分析指令 • 执行指令 • 处理中断和异常

实验三控制器的组成 • 程序计数器PC • 用于存放下一条指令的存储单元地址，它具有自动增量计数的功能 • 指令寄存器IR • 用于存放正在执行或即将执行的指令 • 指令译码器ID • 用于对IR中的指令进行译码，以确定IR中存放的是哪一条指令 • 控制电路 • 时序发生器负责产生时序脉冲信号 • 在时序脉冲的同步下对有关的部件发出操作控制命令，以控制各个部件的动作 • 中断处理及总线仲裁控制机构

实验三时序控制信号 • CPU的工作过程就是执行指令的过程。指令是由一系列基本操作，即微操作组成 • 指令中所包含的微操作要遵循一个时间表，即指令的时序(相当于作息时间表) • 指令时序的控制方式： • 控制器的重要功能是进行指令的时序控制 • 指令中每个微操作要由对应的时序信号激发(启动) • 基本控制方式有同步和异步两种

实验三时序控制方式 • 同步控制： • 以时定序.每条指令和每个微操作的执行,都由时序信号(即CPU的基准时钟)来控制,一旦时序结束,操作也结束 • 异步控制： • 以序定时.没有基准的时钟信号.一个微操作是用前一个微操作的结束信号启动的 • 联合控制： • 是同、异步两种方式的结合,即把大部分操作安排在固定的机器周期,对某些时间难以确定的操作用应答方式进行 • 对各种不同指令的微操作实行大部分统一,小部分区别对待的办法 • 例如,对公共的取指操作用同步方式,对I/O操作用异步方式.

实验三控制器实验 • 微命令（微信号） • 直接作用于控制电路的控制命令 • 微操作 • CPU在执行指令中，由微命令控制实现的最基本操作 • 送指令地址、取指、读指令、译码、送操作数地址、取操作数、运算、写回结果等 • 微操作是指令执行部件接受微命令后进行的操作 • 微周期 • 读取一条微指令并完成相应微操作所用时间，通常为一个时钟周期

实验三控制器实验 • 微指令 • 一个微周期所需的微命令集，二进制编码 • 同时发出的控制信号所执行的一组微操作 • 加法指令的执行可分为：取指、计算地址、取操作数和加法运算四步，每一步都由一组微操作实现。 • 微程序 • 若干条微指令的有序序列

实验三控制器实验 • 一段程序由一组指令组成 • 一条指令由一个微程序实现 • 一条微程序由一组微指令实现 • 一条微指令由一组微操作实现

实验三控制器实验 • 实验目的： • 时序发生器组成原理 • 微程序控制器组成原理 • 微程序编写格式和运行 • 实验原理： • 微程序控制器基本功能 • 时序控制电路的工作方式和使用方法 • 微程序控制电路状态 • 微指令24位格式

实验三控制器实验 • 时序波形

实验三控制器实验 • 微指令格式：24位字长 • UA5~UA0为6位的后继地址.A,B,C为三个译码字段

实验三控制器实验 • B字段 • C字段 • A字段

实验三控制器实验 • LDR0=LDRi·(I1·I0=00), R0接收BUS数据 LDR1=LDRi·(I1·I0=01), R1接收BUS数据 LDR2=LDRi·(I1·I0=10), R2接收BUS数据 • LDDR1是运算单元的第一操作数存储单元DR1 接收BUS数据 • LDDR2是运算单元的第二操作数存储单元DR2接收BUS数据 • LDIR 是指令寄存器接收BUS数据 • LOAD+ LDPC 是PC接收BUS的数据 • LDPC PC增1 • LDAR 是BUS送地址到地址寄存器AR • A字段

实验三控制器实验 • C字段中的P(1)~P(4)为测试字，用于产生微地址分支

实验三控制器实验 • A9A8=00时,Y0=0 • A9A8=01时, Y1=0 • A9A8=10时, Y2=0 • A9A8=11时, Y3=0

实验三控制器实验 • 实验3接线图

实验三控制器实验 • 实验步骤： • 对照微程序流程图和二进制代码表，理解微程序的编写格式 • 连接实验线路 • 观测并控制时序信号 • 在“PROG”模式下写入微代码 • 在“READ”模式下校验微代码 • 在“RUN”模式下运行微代码（单步/连续） • 强置SE1~SE6端人为设置分支地址

实验三控制器实验 • 微程序流程图1

实验三控制器实验 • 微程序流程图2

实验三控制器实验 • 思考题 • 试分析教材P76 图4.4-5的微程序流程图中，标号为01，02，04，15，26的微指令的编写方式

实验三 控制器实验