中央处理器控制器和微程序.pptx

会计学本章学习目标计算机组成：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件

微处理器:运算器+控制器集成在一个芯片上，通常称之为中央处理部件(CPU)。

控制器的组成和功能:（节）
协调并控制计算机的各个部件执行程序的指令序列。
控制器分为微程序控制器（节、节）和硬布线控制器（节）。机器加电和reset：
（1）可以利用reset信号将某值(例如全“0”)置于程序计数器PC中，此即为开机后执行的第一条指令的地址，也就是固定程序入口地址。
（2）也可以直接在指令寄存器中置入一条无条件转移指令(转移到固定程序入口)，然后开始执行程序。
执行程序：
固定程序:先对计算机各部件进行测试，然后引导进入操作系统环境，等候从键盘、鼠标等送入的命令。(一般放在ROM中)
程序执行过程：计算机从程序入口地址开始执行该程序的指令序列，是不断地取指令、分析指令和执行指令这样一个周而复始的过程。
当前正在执行的指令地址是放在控制器的程序计数器(PC)中的。
停机和停电：（P129）
停机：一般停机时电压任维持正常（晶振停振），寄存器与存储器仍保持信息不变。重启后从断点处继续执行。
停电：寄存器与存储器内容消失，加电后产生的reset信号使机器从固定入口重新开始运行。
断电触发的中断保护6．1控制器的组成部件或设备发出：
(1)“中断请求”信号
待CPU执行完当前指令后，响应该请求，中止当前执行的程序，转去执行中断程序。当处理完毕后，再返回原程序继续运行下去。
(2)DMA请求信号
等CPU完成当前机器周期操作后，暂停工作，让出总线给I／O设备，在完成I／O设备与存储器之间的传送数据操作后，CPU从暂时中止的机器周期开始继续执行指令。6.1.2控制器的组成4．脉冲源及启停线路（CLK）
脉冲源产生一定频率的脉冲信号，作为整个机器的时钟脉冲，是机器周期和工作脉冲的基准信号。在机器刚加电时，还应产生一个总清信号(reset)。
启停线路保证可靠地送出或封锁时钟脉冲，控制时序信号的发生或停止，从而启动机器工作或使之停机。
5．时序控制信号形成部件（CON）
当机器启动后，在CLK时钟作用下，根据当前正在执行的指令的需要，产生相应的时序控制信号，并根据被控功能部件的反馈信号调整时序控制信号。即指令地址寄存器。存放当前正在执行的指令地址或下一条指令地址。
指令地址形成:(PC)+1->PC。或:
转移指令修改其内容1.组成控制器的基本电路2．指令执行过程举例返回指令执行返回指令执行返回指令执行返回指令执行计算地址rsl→GR，
(rsl)→ALU，disp→ALU；“+”；ALU→AR返回指令执行2)条件转移指令的执行过程(2)如转移条件成立，根据指令规定的寻址方式计算有效地址，转移指令经常采用相对寻址方式，此时转移地址=PC+disp。此处PC是指本条指令的地址，而在上一机器周期已执行PC+1操作，因此计算时应取原PC值，或对运算进行适当修正。最后将转移地址送PC。

控制信号:
PC→ALU
disp→ALU
“+”
ALU→PC其他指令的控制信号也按同样方法分析，根据每条指令的功能确定所需的机器周期数，并得出每个机器周期所需要的控制信号，最后将所有的控制信号进行综合简化。6.2微程序控制计算机的基本工作原理
执行一条机器指令所对应的多条微指令构成一段微程序。

如：加法指令“addrd/rs，imm[rs1]”所对应的微程序由以下四条微指令组成一段微程序：
取指微指令
计算有效地址微指令
取数微指令
运算微指令

微程序段中各条微指令既可连续存储、也可分散存储。4、控制存储器（CS：ControlStore）6.2.2实现微程序控制的基本原理返回控制信号以执行一条加法指令为例，它由四条微指令解释执行，一条微指令中的所有控制信号是同时发出的。每条微指令所需的控制信号如下：(3)取数微指令
①数据地址送地址总线：AR→AB(20)。
②发访存控制命令：ADS(21)，M／IO(22)，W／R(23)。
由存储器将数据送数据总线DB。
③数据送数据寄存器：DB→DR(6)微指令如何产生控制信号?图为加法指令的四条微指令编码，每一小格表示一位(二进制)，空格表示0，第24位到第35位为下址。微程序用流程图来表示微程序控制器的基本工作原理：3、时序信号及工作脉冲的形成时序图4．电路配合中的常见问题F/F无延迟2）机器周期的确定图触发器之间传送信息的电路打入脉冲的同时性:
在控制打入脉冲的机器中，总是尽量将CP信号送到控制门的最后一级。以免延迟造成失真和不同步。5.微程序控制计算机的工作过程简单的总结6.3微程序设计技术2．字段直接编译法（使用较普遍）
微周期：是一条微指令所需的执行时间。
如果有若干个(一