计算机组成原理第十讲(组合逻辑控制器)
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总清
1
Q Q S FT R D C
1
计算机组成原理
FT
CPFT(P)
College of Computer Science, SWPU
指令流程图与操作时间表
取指周期
指令流程
IR 注： PC FT0： FT0： M PC PC+1
MAR 在ET
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
EMAR PC
A 输出A DM CPMAR 1 FT 输出A CPFT(P) CPET(P) CPT(P)
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
双操作数指令 FT ST R 与MOV指令相同 MOV指令相同 (R) Ri=>MAR M=>MDR=>D 取指 取源操作数 -(R)
进入FT的方式和条件 进入 的方式和条件 初始化时置入FT 初始化时置入 程序运行时同步打入FT 程序运行时同步打入
计算机组成原理
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指令流程图与操作时间表
取指周期 1 FT = ET(1 DMAT 1 IT) + IT + DMAT(1 DMAT 1 IT)
计算机组成原理
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时序系统
时钟周期（节拍） 时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期数 一个工作周期中的时钟周期数可变 每个工作周期第一拍T=0， 每个工作周期第一拍T=0， T=0 每开始一个新节拍T计数， 计数器T 用计数器T控制节拍数 每开始一个新节拍T计数， 工作周期结束时T 工作周期结束时T清0。 将计数值译码，可产生节拍电位(T 将计数值译码，可产生节拍电位(T0T1T2…)。 )
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
控 制 流 程 （ 工 作 周 期 换 ） 转
D 单 SR
FT ST DT T
双 SR DR DR 转
D
计算机组成原理
T
T
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指令流程图与操作时间表
拟定指令流程： 拟定指令流程：确定各工作周期中每拍 完成的具体操作（寄存器传送级） 完成的具体操作（寄存器传送级） 列操作时间表：列出每一步操作所需的 列操作时间表： 微命令及产生条件 取指周期
计算机组成原理
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时序系统
工作周期
源周期ST 源周期 按寻址方式（ 寻址） 按寻址方式（非R寻址）形成源地址 寻址 取出源操作数， 从M取出源操作数，暂存于暂存器 取出源操作数 暂存于暂存器C 目的周期DT 目的周期 按寻址方式（ 寻址） 按寻址方式（非R寻址）形成目的地址 寻址 或从M取出目的操作数 暂存于暂存器D 取出目的操作数， 或从 取出目的操作数，暂存于暂存器 执行周期ET 执行周期 按操作码完成相应操作(传送 运算、 传送、 按操作码完成相应操作 传送、运算、取转 移地址送入PC、返回地址压栈保存) 移地址送入 、返回地址压栈保存
计算机组成原理
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时序系统
工作脉冲Ｐ 工作脉冲Ｐ
每个时钟结束时设置一个脉冲。 每个时钟结束时设置一个脉冲。 T P 打入寄存器 进行时序转换 周期状态设置/清除 （周期状态设置 清除 时钟T计数/清除 清除） 时钟T计数 清除） 1µS
计算机组成原理
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时序系统
工作周期
执行周期ET 执行周期 后续指令地址送入MAR 后续指令地址送入 中断周期IT 中断周期 IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服 指 响应中断请求后， 响应中断请求后 务程序前 关中断 保存断点和PSW 保存断点和 由软件完成 转服务程序入口
IR FT0： M FT0： PC+1 PC 取源操作数， 取源操作数， 暂存于C 暂存于C， 需5 步。 取目的地址， 取目的地址， 暂存于MAR MAR， 暂存于MAR， 需4 步。 源数送存储器， 源数送存储器， 需3 步。
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源数 C 形地 D 目的地址
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FT0 R ST0 ST1 ST2 ST3 ST4 R DT0 DT1 DT2 DT3 SR•DR Ri=>Rj (R) Rj=>MAR (R) Ri=>MAR M=>MDR=>C
MOV指令 MOV指令
M=>IR,PC+1=>PC I/(R)+ Ri=>MAR M=>MDR=>C Ri+1=>Ri
指令流程图与操作时间表
操作时间表 FT0： FT0： 电位型微命令 M IR EMAR, R, SIR PC A PC+1 PC S3S2S1S0MC0 DM 脉冲型微命令
CPPC CPFT( P) CPST( P) 转换 1 ST 或 CPDT( P) 1 DT 或 1 ET CPET( P) CPT ( P) 工作周期中 每拍结束时发CPT 工作周期结束时， CPT； 工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时， 个时序打入命令都发。 5个时序打入命令都发。
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计算机组成原理
主讲： 主讲：颜俊华 第十讲： 第十讲：组合逻辑控制器设计
Computer Science
时序系统
工作周期
取指周期FT 取指周期 源周期ST 源周期 用于指令正常执行 目的周期DT 目的周期 执行周期ET 执行周期 中断周期IT 中断周期 用于I/O I/O传送控制 用于I/O传送控制 DMA周期 周期DMAT 周期
计算机组成原理
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时序关系
FT0： FT0： EMAR PC A S3 S2 S1 S0 M C0 DM
计算机组成原理
FT0： FT0： CPPC 1 FT CPFT( P) 1 ST CPST( P) CPDT( P) CPET( P) T+1 CPT ( P)
计算机组成原理
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时序系统
时钟周期（节拍） 时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期时间： 时钟周期时间：１微秒完成一步操作 一次从Ｍ读出， 一次从Ｍ读出，并经数据通路传送的操 作 一次数据通路传送操作 一次向Ｍ 一次向Ｍ写入的操作 模型机以访存时间作为一步操作时间 一个总线周期等于一个时钟周期， 一个总线周期等于一个时钟周期，可根 据需要扩展
Leabharlann Baidu
-(R)
RiRi-1=>Ri,MAR
MOV DST , SRC ；(SRC)=>DST @(R)+ X(R) PC=>MAR Ri=>MAR M=>MDR=>C Ri+1=>Ri C =>MAR M=>MDR=>C M=>MDR=>C PC+1=>PC C+Ri=>MAR M=>MDR=>C X(R) PC=>MAR PC+1=>PC M=>MDR=>D D+Rj=>MDR
M=>MDR=>C
-(R)
RjRj-1=>Rj,MAR
I/(R)+ Rj=>MAR Rj+1=>Rj
@(R)+ Rj=>MAR Rj+1=>Rj
M=>MDR=>MAR
ET0 ET1 ET2
SR•DR Ri=>MDR MDR=>M
SR•DR C=>Rj
SR•DR C=>MDR MDR=>M
计算机组成原理
RiRi-1=>Ri,MAR
ADD DST,SRC ；(SRC)+(DST)=>DST , SUB DST,SRC ；(SRC)-(DST)=>DST (SRC)(SRC)∧ AND DST,SRC ；(SRC)∧(DST)=>DST OR DST,SRC ；(SRC)∨(DST)=>DST (SRC)∨ (SRC)⊕ EOR DST,SRC ；(SRC)⊕(DST)=>DST I/(R)+ @(R)+ X(R) Ri=>MAR Ri=>MAR PC=>MAR M=>MDR=>D Ri+1=>Ri D =>MAR M=>MDR=>D M=>MDR=>D PC+1=>PC D+Ri=>MAR M=>MDR=>D
计算机组成原理
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时序系统
工作周期
DMA周期 周期DMAT 周期 DMAT指CPU响应 响应DMA请求后，到传送 请求后， 指 响应 请求后 完一次数据 DMA控制器接管总线权，控制直传 控制器接管总线权， 控制器接管总线权 由硬件完成
DT0 DT1 DT2 DT3 DT4
M=>MDR=>D
M=>MDR=>D Ri+1=>Ri
例3： MOV X(R1),X(R0)； X(R1),X(R0)； ST0： ST0： ST1： ST1： ST2： ST2： ST3： ST3： ST4： ST4： DT0： DT0： DT1： DT1： DT2： DT2： DT3： DT3： ET0： ET0： ET1： ET1： ET2： ET2： PC M PC+1 C+R0 M PC M PC+1 D+R1 C MDR PC MAR MDR PC MAR MDR MAR MDR PC MAR MDR M MAR 形地 C
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
DT0： DT0： R1 ET0： ET0： C ET1： MDR ET1： ET2： ET2： PC
MAR MDR M MAR
R1 A 输出A DM CPMAR 1 ET 输出A CPFT(P) CPET(P) CPT(P) C 输出B B 输出B DM CPMDR T+1 CPT(P) W T+1 CPT(P)
设置6 设置6个触发器分别 作为各周期状态标志 作为各周期状态标志
计算机组成原理
1 工作周期开始 0 工作周期结束
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时序系统
工作周期
在整个指令周期中，任何时候必须、 在整个指令周期中，任何时候必须、且只能 有一个工作周期状态标志为“ 有一个工作周期状态标志为“1” 取指周期（ ） 取指周期（FT） 从M中取出指令并译码 中取出指令并译码 公操作 修改PC 修改 取指结束时，按照操作码和寻址方式（ 取指结束时，按照操作码和寻址方式（R 和非R寻址 寻址） 和非 寻址）转相应工作周期
PC=>MAR
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指令流程图与操作时间表
MOV指令 指令
流程图 FT0： FT0： ET0： ET0： ET1： ET1： MOV(R1),(R0)； FT0： 例2： MOV(R1),(R0)； FT0： ST0： ST0： ST1： ST1： DT0： DT0： ET0： ET0： ET1： ET1： 计算机组成原理 ET2： ET2： R1，R0； 例1： MOV R1，R0； PC IR， IR， PC+1 R1 MAR PC IR， M IR， PC+1 R0 MAR 源数 M MDR C 目的地址 R1 MAR C MDR MDR M College PC of Computer Science, SWPU MAR M R0 PC
计算机组成原理
操作时间表 MOV(R1),(SP)+； 例： MOV(R1),(SP)+； IR FT0： FT0： M EMAR R SIR PC+1 PC PC A A+1 DM CPPC 1 ST CPFT(P) CPET(P) CPT(P) MAR SP A 输出A DM CPMAR T+1 ST0： 输出A ST0： SP CPT(P) MDR C EMAR R SMDR MDR B 输出B DM ST1： 输出B ST1： M CPC T+1 CPT(P) SP SP A A+1 DM CPSP 1 DT ST2： ST2： SP+1 CPFT(P) CPET(P) CPT(P) MAR R1 A 输出A DM CPMAR 1 ET DT0： 输出A DT0： R1 CPFT(P) CPET(P) CPT(P)
1
Q Q S FT R D C
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计算机组成原理
FT
CPFT(P)
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指令流程图与操作时间表
取指周期
指令流程
IR 注： PC FT0： FT0： M PC PC+1
MAR 在ET
计算机组成原理
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EMAR PC
A 输出A DM CPMAR 1 FT 输出A CPFT(P) CPET(P) CPT(P)
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
双操作数指令 FT ST R 与MOV指令相同 MOV指令相同 (R) Ri=>MAR M=>MDR=>D 取指 取源操作数 -(R)
进入FT的方式和条件 进入 的方式和条件 初始化时置入FT 初始化时置入 程序运行时同步打入FT 程序运行时同步打入
计算机组成原理
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指令流程图与操作时间表
取指周期 1 FT = ET(1 DMAT 1 IT) + IT + DMAT(1 DMAT 1 IT)
计算机组成原理
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时序系统
时钟周期（节拍） 时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期数 一个工作周期中的时钟周期数可变 每个工作周期第一拍T=0， 每个工作周期第一拍T=0， T=0 每开始一个新节拍T计数， 计数器T 用计数器T控制节拍数 每开始一个新节拍T计数， 工作周期结束时T 工作周期结束时T清0。 将计数值译码，可产生节拍电位(T 将计数值译码，可产生节拍电位(T0T1T2…)。 )
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
控 制 流 程 （ 工 作 周 期 换 ） 转
D 单 SR
FT ST DT T
双 SR DR DR 转
D
计算机组成原理
T
T
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指令流程图与操作时间表
拟定指令流程： 拟定指令流程：确定各工作周期中每拍 完成的具体操作（寄存器传送级） 完成的具体操作（寄存器传送级） 列操作时间表：列出每一步操作所需的 列操作时间表： 微命令及产生条件 取指周期
计算机组成原理
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时序系统
工作周期
源周期ST 源周期 按寻址方式（ 寻址） 按寻址方式（非R寻址）形成源地址 寻址 取出源操作数， 从M取出源操作数，暂存于暂存器 取出源操作数 暂存于暂存器C 目的周期DT 目的周期 按寻址方式（ 寻址） 按寻址方式（非R寻址）形成目的地址 寻址 或从M取出目的操作数 暂存于暂存器D 取出目的操作数， 或从 取出目的操作数，暂存于暂存器 执行周期ET 执行周期 按操作码完成相应操作(传送 运算、 传送、 按操作码完成相应操作 传送、运算、取转 移地址送入PC、返回地址压栈保存) 移地址送入 、返回地址压栈保存
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时序系统
工作脉冲Ｐ 工作脉冲Ｐ
每个时钟结束时设置一个脉冲。 每个时钟结束时设置一个脉冲。 T P 打入寄存器 进行时序转换 周期状态设置/清除 （周期状态设置 清除 时钟T计数/清除 清除） 时钟T计数 清除） 1µS
计算机组成原理
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时序系统
工作周期
执行周期ET 执行周期 后续指令地址送入MAR 后续指令地址送入 中断周期IT 中断周期 IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服 指 响应中断请求后， 响应中断请求后 务程序前 关中断 保存断点和PSW 保存断点和 由软件完成 转服务程序入口
IR FT0： M FT0： PC+1 PC 取源操作数， 取源操作数， 暂存于C 暂存于C， 需5 步。 取目的地址， 取目的地址， 暂存于MAR MAR， 暂存于MAR， 需4 步。 源数送存储器， 源数送存储器， 需3 步。
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源数 C 形地 D 目的地址
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FT0 R ST0 ST1 ST2 ST3 ST4 R DT0 DT1 DT2 DT3 SR•DR Ri=>Rj (R) Rj=>MAR (R) Ri=>MAR M=>MDR=>C
MOV指令 MOV指令
M=>IR,PC+1=>PC I/(R)+ Ri=>MAR M=>MDR=>C Ri+1=>Ri
指令流程图与操作时间表
操作时间表 FT0： FT0： 电位型微命令 M IR EMAR, R, SIR PC A PC+1 PC S3S2S1S0MC0 DM 脉冲型微命令
CPPC CPFT( P) CPST( P) 转换 1 ST 或 CPDT( P) 1 DT 或 1 ET CPET( P) CPT ( P) 工作周期中 每拍结束时发CPT 工作周期结束时， CPT； 工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时， 个时序打入命令都发。 5个时序打入命令都发。
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计算机组成原理
主讲： 主讲：颜俊华 第十讲： 第十讲：组合逻辑控制器设计
Computer Science
时序系统
工作周期
取指周期FT 取指周期 源周期ST 源周期 用于指令正常执行 目的周期DT 目的周期 执行周期ET 执行周期 中断周期IT 中断周期 用于I/O I/O传送控制 用于I/O传送控制 DMA周期 周期DMAT 周期
计算机组成原理
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时序关系
FT0： FT0： EMAR PC A S3 S2 S1 S0 M C0 DM
计算机组成原理
FT0： FT0： CPPC 1 FT CPFT( P) 1 ST CPST( P) CPDT( P) CPET( P) T+1 CPT ( P)
计算机组成原理
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时序系统
时钟周期（节拍） 时钟周期（节拍）Ｔ
时钟周期时间： 时钟周期时间：１微秒完成一步操作 一次从Ｍ读出， 一次从Ｍ读出，并经数据通路传送的操 作 一次数据通路传送操作 一次向Ｍ 一次向Ｍ写入的操作 模型机以访存时间作为一步操作时间 一个总线周期等于一个时钟周期， 一个总线周期等于一个时钟周期，可根 据需要扩展
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-(R)
RiRi-1=>Ri,MAR
MOV DST , SRC ；(SRC)=>DST @(R)+ X(R) PC=>MAR Ri=>MAR M=>MDR=>C Ri+1=>Ri C =>MAR M=>MDR=>C M=>MDR=>C PC+1=>PC C+Ri=>MAR M=>MDR=>C X(R) PC=>MAR PC+1=>PC M=>MDR=>D D+Rj=>MDR
M=>MDR=>C
-(R)
RjRj-1=>Rj,MAR
I/(R)+ Rj=>MAR Rj+1=>Rj
@(R)+ Rj=>MAR Rj+1=>Rj
M=>MDR=>MAR
ET0 ET1 ET2
SR•DR Ri=>MDR MDR=>M
SR•DR C=>Rj
SR•DR C=>MDR MDR=>M
计算机组成原理
RiRi-1=>Ri,MAR
ADD DST,SRC ；(SRC)+(DST)=>DST , SUB DST,SRC ；(SRC)-(DST)=>DST (SRC)(SRC)∧ AND DST,SRC ；(SRC)∧(DST)=>DST OR DST,SRC ；(SRC)∨(DST)=>DST (SRC)∨ (SRC)⊕ EOR DST,SRC ；(SRC)⊕(DST)=>DST I/(R)+ @(R)+ X(R) Ri=>MAR Ri=>MAR PC=>MAR M=>MDR=>D Ri+1=>Ri D =>MAR M=>MDR=>D M=>MDR=>D PC+1=>PC D+Ri=>MAR M=>MDR=>D
计算机组成原理
College of Computer Science, SWPU
时序系统
工作周期
DMA周期 周期DMAT 周期 DMAT指CPU响应 响应DMA请求后，到传送 请求后， 指 响应 请求后 完一次数据 DMA控制器接管总线权，控制直传 控制器接管总线权， 控制器接管总线权 由硬件完成
DT0 DT1 DT2 DT3 DT4
M=>MDR=>D
M=>MDR=>D Ri+1=>Ri
例3： MOV X(R1),X(R0)； X(R1),X(R0)； ST0： ST0： ST1： ST1： ST2： ST2： ST3： ST3： ST4： ST4： DT0： DT0： DT1： DT1： DT2： DT2： DT3： DT3： ET0： ET0： ET1： ET1： ET2： ET2： PC M PC+1 C+R0 M PC M PC+1 D+R1 C MDR PC MAR MDR PC MAR MDR MAR MDR PC MAR MDR M MAR 形地 C
计算机组成原理
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DT0： DT0： R1 ET0： ET0： C ET1： MDR ET1： ET2： ET2： PC
MAR MDR M MAR
R1 A 输出A DM CPMAR 1 ET 输出A CPFT(P) CPET(P) CPT(P) C 输出B B 输出B DM CPMDR T+1 CPT(P) W T+1 CPT(P)
设置6 设置6个触发器分别 作为各周期状态标志 作为各周期状态标志
计算机组成原理
1 工作周期开始 0 工作周期结束
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时序系统
工作周期
在整个指令周期中，任何时候必须、 在整个指令周期中，任何时候必须、且只能 有一个工作周期状态标志为“ 有一个工作周期状态标志为“1” 取指周期（ ） 取指周期（FT） 从M中取出指令并译码 中取出指令并译码 公操作 修改PC 修改 取指结束时，按照操作码和寻址方式（ 取指结束时，按照操作码和寻址方式（R 和非R寻址 寻址） 和非 寻址）转相应工作周期
PC=>MAR
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指令流程图与操作时间表
MOV指令 指令
流程图 FT0： FT0： ET0： ET0： ET1： ET1： MOV(R1),(R0)； FT0： 例2： MOV(R1),(R0)； FT0： ST0： ST0： ST1： ST1： DT0： DT0： ET0： ET0： ET1： ET1： 计算机组成原理 ET2： ET2： R1，R0； 例1： MOV R1，R0； PC IR， IR， PC+1 R1 MAR PC IR， M IR， PC+1 R0 MAR 源数 M MDR C 目的地址 R1 MAR C MDR MDR M College PC of Computer Science, SWPU MAR M R0 PC
计算机组成原理
操作时间表 MOV(R1),(SP)+； 例： MOV(R1),(SP)+； IR FT0： FT0： M EMAR R SIR PC+1 PC PC A A+1 DM CPPC 1 ST CPFT(P) CPET(P) CPT(P) MAR SP A 输出A DM CPMAR T+1 ST0： 输出A ST0： SP CPT(P) MDR C EMAR R SMDR MDR B 输出B DM ST1： 输出B ST1： M CPC T+1 CPT(P) SP SP A A+1 DM CPSP 1 DT ST2： ST2： SP+1 CPFT(P) CPET(P) CPT(P) MAR R1 A 输出A DM CPMAR 1 ET DT0： 输出A DT0： R1 CPFT(P) CPET(P) CPT(P)