第12章控制单元的设计
第12章 控制单元的设计
内容要点 硬布线控制器的设计 微程序控制器的设计
内容要点 • 硬布线控制器的设计 • 微程序控制器的设计
12.1硬布线控制器 硬布线控制器是早期设计计算机的一种 方法,这种逻辑电路是一种由门电路和 触发器构成的复杂树形网络 硬布线控制器的优点是操作速度快 硬布线控制器的缺点是设计负责,调试 困,除非重新设计和物理上对它重新布 线,否则要想增加新的控制功能是不可 能的
12.1 硬布线控制器 • 硬布线控制器是早期设计计算机的一种 方法，这种逻辑电路是一种由门电路和 触发器构成的复杂树形网络 • 硬布线控制器的优点是操作速度快 • 硬布线控制器的缺点是设计负责，调试 困，除非重新设计和物理上对它重新布 线，否则要想增加新的控制功能是不可 能的
12.1硬布线控制器 硬布线控制器的输入 来自指令操作码译码器的输出I 来自执行部件的反馈信息B 来自时序产生器的时序信号,包括节拍电 位信号M和节拍脉冲信号T 硬布线控制器的输出 微操作控制信号C,它用来对执行部件进行 控制
12.1 硬布线控制器 • 硬布线控制器的输入 – 来自指令操作码译码器的输出I – 来自执行部件的反馈信息B – 来自时序产生器的时序信号，包括节拍电 位信号M和节拍脉冲信号T • 硬布线控制器的输出 – 微操作控制信号C，它用来对执行部件进行 控制
12.1硬布线控制器 硬布线控制器逻辑框图 指令寄存器 译码器 时钟 定时器 控制器
12.1 硬布线控制器 • 硬布线控制器逻辑框图 控制器 译码器 指令寄存器 定时器 …… …… … … 时钟 …… C B I M T
12.1硬布线控制器 硬布线控制器的基本原理 某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出I、 节拍电位M、节拍脉冲T和状态条件信号B的逻辑 函数,即C=(,M,T,B) ·设计微操作控制信号的方法和过程是 根据机器指令流程图,寻找出产生同一个微操作 信号的所有条件,并与适当的节拍电位和节拍脉 冲组合,从而写出其布尔代数表达式并进行简化, 然后用门电路或可编程器件来实现
12.1 硬布线控制器 • 硬布线控制器的基本原理 – 某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出I、 节拍电位M、节拍脉冲T和状态条件信号B的逻辑 函数，即C=f(I, M, T, B) • 设计微操作控制信号的方法和过程是 – 根据机器指令流程图，寻找出产生同一个微操作 信号的所有条件，并与适当的节拍电位和节拍脉 冲组合，从而写出其布尔代数表达式并进行简化， 然后用门电路或可编程器件来实现
12.2微程序控制器 1951年, M.V. Wilkes最先提出了微程序 ( Micro Program)概念 ·微程序控制器具有规整性、灵活性、可维护 性等一系列优点 微程序控制的基本思想 仿照通常的解题程序的方法,把操作控制信号编 成所谓的“微指令”,存放到一个只读存储器里。 当机器运行时,一条又一条地读出这些微指令, 从而产生全机所需要的各种操作控制信号,使相 应部件执行所规定的操作
12.2 微程序控制器 • 1951年，M. V. Wilkes最先提出了微程序 （Micro Program）概念 • 微程序控制器具有规整性、灵活性、可维护 性等一系列优点 • 微程序控制的基本思想 – 仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编 成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。 当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令， 从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相 应部件执行所规定的操作
12.2微程序控制器 描述一个时间内出现的一组微操作,被 称为一条微指令( Microinstruction) 微指令序列被称为微程序或固件 Firmware) 水平型微指令的基本格式 微操作 条件微指令地址
12.2 微程序控制器 • 描述一个时间内出现的一组微操作，被 称为一条微指令（Microinstruction） • 微指令序列被称为微程序或固件 （Firmware） • 水平型微指令的基本格式 微操作 条件 微指令地址
12.2微程序控制器 微程序控制器原理框图 指令寄存器「0P 状态条件 IR 地址转移 地址译吗「微地址寄存器 逻辑 微命令信号 控制存储器 □P字段控制字段
12.2 微程序控制器 • 微程序控制器原理框图
12.2微程序控制器 机器指令与微指令的关系 条机器指令对应一个微程序,这个微程 序是由若干条微指令序列组成的 从指令与微指令,程序与微程序,地址与 微地址的一一对应关系来看,前者与内存 储器有关,后者与控制存储器有关 执行一条指令所需要的时间被称为指令周 期,而执行一条微指令的时间被称为微指 令周期
12.2 微程序控制器 • 机器指令与微指令的关系 – 一条机器指令对应一个微程序，这个微程 序是由若干条微指令序列组成的 – 从指令与微指令，程序与微程序，地址与 微地址的一一对应关系来看，前者与内存 储器有关，后者与控制存储器有关 – 执行一条指令所需要的时间被称为指令周 期，而执行一条微指令的时间被称为微指 令周期