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计算机组成原理第3版PPT电子课件教案-第五章 中央处理器

P182水平型微指令特点: ?IR： 无操作码,长格式,不易懂, 并行性强,微程序容量少。 在微程序设计的计算机中，要完成某种同样功能,用水平型微指令编写的微程序比垂直型微指令编写的微程序要少,因此用水平型微指令设计的计算机执行速度快。 现计算机強調速度: 在微程序设计的计算机中,微指令格式设计,一般采用水平型微指令格式。 下面讨论水平型微指令格式的三种设计方式： (1)直接表示法(不译法)、 (2)字段编码表示方法、 (3)混合表示法： 字段1 字段2 字段3 字段4 字段5 字段6 … 字段m 3.微操作控制字段设计方法 (1)直接表示法(不译法)：P174 图5.22 基本思想,把微指令控制字段中等每一个二进位定义一个微命令，该位为1,表示可执行该微命令的微操作,直接打开数据通路控制门,该位为0,不可执行该微命令的微操作。 微下址控制字段 n-1 0 微命令1 微命令n 0 无该微命令规定的微操作 1 有该微命令规定的微操作 优点: 不需要译码(执行速度快),各微操作在不矛盾的情况下,可并行工作。可直接把微指令的输出接到对应的控制门地方。 缺点：微控制字段中的二进制位太长(n太大时)。控制存贮器容量较大。 一般用在计算机系统中的微命令数较少,或用在军用或专用系统中。 (2)字段编码表示方法:P180 图5.30 字段直接译码法。 把一组互斥的微命令信号(在一个微周期中这些微命令不可能同时产生的)分在同一个字段中,并进行编码。把相容的微命令(在同一个微周期中,这些微命令对应的微操作可同时执行的)分在不同字段中,可并行执行。 克服直接表示法的缺点:减少控制字段的二进制位;而且保持不译法的优点:相容的微命令可并行工作。 现微程序设计的计算机采用的该方法，各个字段增加译码器硬件。 (3)混合表示法： 把直接表示法和字段编码表示法混合使用。 大部分采用字段编码表示法，少量独立的微命令采用直接表示法。 4.微地址控制字段形成方法 P181 本节讨论微指令格式中微地址控制字段如何设计？ 有两种方法，计数器方式和多路转移方式(微下地址字段法)。 (1)计数器方式(把指令执行顺序控制方法用到微程序设计顺序控制)，无下地址控制字段。?AR改成?PC。 对于顺序执行微指令来说: 通过(?PC )+1? ?PC 这样下一条微指令地址已指出。 对于非顺序执行微指令(产生转移): 专门增加微转移指令(类似指令中转移指令),实现下一条微指令的地址。但该微转移指令,对于控制数据通路的操作的功能来讲,是一次空操作(所有微命令都沒有)。 计数器方法优点: 由于沒有微下址控制字段,微指令字长可减少。 计数器方法缺点: 在微程序的编写中,插入大量的微转移指令,增加了微程序量,可读性差,且影响计算机速度。 由于微程序编写中,微转移指令量这比程序中的转移指令多,因此微指令下地址控制字段设计方法采用微下址控制字段。 (2)多路转移方式(微下址控制字段法): … FCS Fd 微操作控制字段 微下地址控制字段 微转移控制字段 微下址字段 ?IR: 执行本条微指令: 一方面由微操作控制字段产生的微命令控制计算机数据通路一次操作。 另一方面由微下地址控制字段实现下一条微指令地址(实现多路转移功能)。 微下地址控制字段分为两个字段 FCS: 微地址转移控制字段。 Fd: 微下地址字段(由控制存贮器CS的容量决定)。 微指令下地址产生逻辑: P175见图5.24 如何设计微指令微下地址控制字段,有很多方法,讲一种最简单又易于理解的方法: 微下址转移控制字段FCS的设计: 在微地址转移控制字段中,首先把计算机中数据通路中各种转移情况进行归纳,并且进行编码: FCS的二进制位数=log2(n+1) 其中n为最常用的根据操作码OP,条件码,某一状态S等发生转移情况的个数。1表示无条件多路转移一种情况。 FCS 微地址转移情况 微下址的形成 000 无条件多路转移 ?AR=Fd 001 根据OP多路转移 ? AR=Fd+OP 010 根据条件码16路转移 ?AR=Fd+NVCZ 011 根据某一状态S2路转移 ?AR=Fd+S 5.动态微程序设计 P183 静态微程序设计：对于一台计算机的机器指令只有一组微程序，而且设计好以后，无须改变也不能改变微程序的设计技术。控制存贮器(CS)采用ROM存贮器芯片。 动态微程序设计：微指令和微程序根据需要可以改变，这样在一台计算机上可实现不同类型的指令系统的技术。控制存贮器(CS)采用EPROM存贮器芯片。 微程序设计技术最大的优点：设计修改容易，增加指令很方便。 微