計(jì)算機(jī)組成原理

計(jì)算機(jī)組成原理

主要內(nèi)容：計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的硬件組成

馮.諾依曼思想：

1）用二進(jìn)制代碼表示程序和數(shù)據(jù)

2）計(jì)算機(jī)采用存儲(chǔ)程序的工作方式

3）硬件由：存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備組成

1:數(shù)字代表：數(shù)值、字符、命令、狀態(tài)

2:在物理機(jī)制上用數(shù)字信號(hào)數(shù)字代碼

高_(dá)f自己約定1o

電平信號(hào)

低

數(shù)字信號(hào)

脈沖信號(hào)

3:存儲(chǔ)過(guò)程的工作方式:

1）事先編寫(xiě)好程序9（轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令序列）事先存儲(chǔ)程序

自動(dòng)、連續(xù)的執(zhí)行（解釋程序）

硬件組成部分：

存儲(chǔ)器：主存儲(chǔ)器、外存

片生犢ZW時(shí)中，控制俵寫(xiě)探作

運(yùn)算器：

移位器（直接或移位送出運(yùn)算結(jié)果）

午

ALU（算術(shù)邏輯單元）通過(guò)加法器實(shí)現(xiàn)操作

TT

選擇器選擇器（選擇操作數(shù)、控制條件實(shí)現(xiàn)各種算法）

TT

通用寄存器組I（提供操作數(shù)、存放運(yùn)算結(jié)果）

輸入輸出設(shè)備：轉(zhuǎn)換信息

輸入：原始信息分代碼、送入主機(jī)

輸出：處理結(jié)果（代碼）-

控制器：產(chǎn)生控制命令（微命令\控制全機(jī)操作

微命令發(fā)生器

時(shí)

序

信

息

微命令組成方式:

組合邏輯控制方式：由組合邏輯電路產(chǎn)生，產(chǎn)生微命令

微程序控制方式：由微指令產(chǎn)生微命令

硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：以總線為基礎(chǔ)

總線：能為多個(gè)部件分時(shí)共享的一組信息傳送線路

內(nèi)總線

（地址忘送時(shí)r同步，自線

局部忘線

功能\控制，砥線代I異步息線

系統(tǒng)忌線

劃分

夕卜忌線

f＜并行總線

r單向總線格［串行總線

雙向忌線

t式

微型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

eRAMtROMc公井轉(zhuǎn)口

CPU

M線總x備逆輻

X

Mjr后域I/o接口板

模型機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu):

1/0拄口I/O拄口

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)：

1）基本字長(zhǎng)：操作數(shù)的基本位數(shù)影響計(jì)算精度、指令功能

2）存儲(chǔ)容量：主存（存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)x位數(shù)）

3）定/浮點(diǎn)四則運(yùn)算時(shí)間，每秒平均執(zhí)行的指令條數(shù)（MIPS）,CPU時(shí)鐘頻率

(MHZ)

4）處理功能：指令系統(tǒng)功能，系統(tǒng)軟件配置

第二章：運(yùn)算器和運(yùn)算方法

以加法器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各種四則運(yùn)算（增加移位、傳送功能，并選擇輸輸入控制

條件）

寄存器組

多路選擇器的運(yùn)算器:

1Rn

缶自獨(dú)立

TR

多朝

器

多l(xiāng)M

？/

個(gè)

RO.Ro...Rn

帶輸入鎖存器的運(yùn)算器:

位片式運(yùn)算器:

定點(diǎn)加減運(yùn)算:

1）補(bǔ)碼加減運(yùn)算：

正數(shù)不變負(fù)數(shù)：符號(hào)位不變，其他位取反，最后加1

符號(hào)位參加運(yùn)算

實(shí)例：補(bǔ)碼表示

10101911011負(fù)數(shù)：符號(hào)位不變，其他位取反，最后加1

00101900101正數(shù)：不變

變補(bǔ)：

10011玲01101不論正負(fù)

0001111101逐位取反，最后加1

算法流程:

操作數(shù):有*屈表示,符號(hào)位參力口運(yùn)算

AdelSuh

Xp+Y補(bǔ)x補(bǔ)+（-Y補(bǔ)）

-I-------------------------1---------------------1

結(jié)果：*2馬表示，符號(hào)位表示正負(fù)

邏輯實(shí)現(xiàn)：

移位操作:

邏輯移位：數(shù)碼不變，位置變化

循環(huán)左移：10001111今00011111

算術(shù)移位：數(shù)碼變化

左移：1001111今1001110

正數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則：

單符號(hào)：00111雙符號(hào)：000111

左：01110左：001110

右：00111左：011100

右：00011左：001110

負(fù)數(shù)補(bǔ)碼移位規(guī)則：

單:11011雙：110110

左:10110左:101100

右：11011右：110110

右：11101右:111011

數(shù)符不變，（單：符號(hào)位不變雙：第一位符號(hào)位不變）

左移補(bǔ)0,右移空格補(bǔ)1

定點(diǎn)乘法運(yùn)算：部分積累加移位

原碼一位乘法：每次用一位乘數(shù)去乘被乘數(shù)

缺點(diǎn)：加數(shù)增多（由乘數(shù)位數(shù)決定）

加數(shù)的位數(shù)增多（與被乘數(shù)、乘數(shù)位數(shù)有關(guān)）

11

]o原碼（^^去

00

+10

110

分步乘法：每次將一位乘數(shù)所對(duì)應(yīng)的部分積與原部分積的累加和相加，并移位

寄存器A:存放部分積累加和，乘積高位

寄存器B:存放被乘數(shù)

寄存器C:存放乘數(shù)乘積低位

Cn

O.11O1

1.1O1

11.1O

111.1

1111

運(yùn)算規(guī)則:

操作數(shù)、結(jié)果用原碼表示

絕對(duì)值運(yùn)算、符號(hào)單獨(dú)處理

被乘數(shù)（BX累加和（A）取雙符號(hào)位

做N次循環(huán)（累加、右移）

補(bǔ)碼一位乘法：未做記錄

定點(diǎn)：除法運(yùn)算：若干余數(shù)與除數(shù)加減

圖：手機(jī)相冊(cè)中

原碼恢復(fù)余數(shù)法：比較兩數(shù)大小可用減法試探

為正：夠減，高1

2x余數(shù)-除數(shù)=料余數(shù)

為負(fù)：不夠減，高0,恢復(fù)余數(shù)

例SAAC

000.10110r00.00000

A:被除數(shù)。余數(shù)兇=00.10110

B:|Y|=00.111101.011002r0

的辛田/、

商B-B11.00001

C:-0一—1一夠減法

00.01101rl一

00.110102rl

-B11.00001-------------

11.00001一--不齦減

11.11011r2'

詼夏余數(shù)j----+--B--0--0--.1--1-1--1--1----

0011010r2

01.101002r2

原碼不恢復(fù)余數(shù)法：加減交替法

恢復(fù)：2門(mén)一B=⑵<0

r2'+B=r2(恢復(fù)余數(shù))

2r2-B=r3

不恢復(fù):2r1-B=r2'<0

2r2-B=2(r2'+B)-B=2R2'-B=r3

浮點(diǎn)四則運(yùn)算:

尾數(shù):定點(diǎn)〃、敬

直值S=+RsxW

階碼:定點(diǎn)位數(shù)，本加或糕位碼元素，珀立散決定數(shù)值拒?chē)?/p>

浮點(diǎn)加減運(yùn)算

對(duì)階：小階想大階對(duì)齊

0.1001----------->010.01------------>23X0.0101

2%<0.1101-----------a110.1----------->23X0.1101

階碼比較：比較線路或者

尾數(shù)加減：AW(+/-)BW今AW

結(jié)果規(guī)格化

浮點(diǎn)乘法運(yùn)算：定點(diǎn)加定點(diǎn)乘A=2AJxAWB=2AJ+BW

判斷操作數(shù)位0AxB=2A(Aj+Bj)x(AW+BW);

階碼相加：若階碼用移碼表示，相加后需要修正

尾數(shù)相乘：相乘前無(wú)需對(duì)階

結(jié)果規(guī)格化：一般左規(guī)

浮點(diǎn)除法：定點(diǎn)除定點(diǎn)減A=2AAj+AWB=2ABj+BW

檢測(cè)操作碼是否為0A/B=2A(Aj-Bj)*(AW/BW)

|AW|<|BW|?

階碼相減：若移碼9修正

尾數(shù)相處：無(wú)需對(duì)階

結(jié)果不再規(guī)格化

第三章：指令系統(tǒng)

操作碼s地址碼D

—個(gè)----或多個(gè)

指令系統(tǒng)：

定長(zhǎng)指令格式：便于控制

變長(zhǎng)指令格式：合理利用存儲(chǔ)空間

操作碼格式：

定長(zhǎng)：個(gè)指令0的位置、位數(shù)固定相同

擴(kuò)展操作碼：各指令0的位置、位數(shù)不固定，根據(jù)需要變化

方式編碼：操作碼分為幾部分，每部分表示一種操作

01234567815

基本探作回送至UI9E攆作數(shù)

地址結(jié)構(gòu)：

指令中提供的地址數(shù)：存儲(chǔ)單元寄存器編碼

指令提供地址的方式：

顯地址方式：指令申明指令地址

隱地址方式；地址隱含約定，不出現(xiàn)在指令中（可簡(jiǎn)化地址結(jié)構(gòu)）

地址結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化：

四地址結(jié)構(gòu)指令：

(9D1D2D3D4

操作碼操作數(shù)結(jié)果地址下條指令地址

功能:(D1)(9(D2)------>D3

(D4)下條指令

約定：PC(指令計(jì)數(shù)器)指令地址

:|Q|D1|D2|D3~]

功能：(DI)(D2)------>(D3)

(pc)+1------>pc

：IQIDIID2I

功能:(DI)(D2)------>(D1)/(D2)

(Pc)+1------>pc

2舌果保存在(D1)或(D2)中I旬

—:|Q|D1

約定：存放默認(rèn)操作敷A

功能：

雙操作數(shù)(DI)A------->A

(PC)+1------>(PC)

單埃作數(shù)(D1)------->(D1)

(PC)+1------>(PC)

零地址：|a|

功能：主要用于堆棧操作或指令操作

尋址方式：尋址操作數(shù)地址或操作的方式

立即尋址：指令直接給出操作數(shù)

直接尋址：指令直接給出操作數(shù)的地址

寄存器單元號(hào)（數(shù)在R中）

存儲(chǔ)單元號(hào)（數(shù)在M中）

存儲(chǔ)器直接尋址：

存儲(chǔ)器直接?尋址

定長(zhǎng)格式|操作碼&|有效地

寄存器直接尋址：R所占位數(shù)少，訪問(wèn)比M快

操作碼g寄存器號(hào)R

間接尋址：指令給出操作數(shù)的間接地址

存儲(chǔ)器間址:|操作碼6|間接地址DS="D1))

寄存器同址：|操作碼歹|寄存器號(hào)~R|S=((R))

堆棧尋址：I操作碼0|堆棧指針彳"S=((SPH

變址尋址：I0I—呼|上~|S=((Rx)+D)

基址尋址:。|Rb|D|S=('Rt>)+D)

基址寄存8S位移皇

指令類型:

傳送：源地址（數(shù)）9目的地址

范圍：R69MR3R

單位：

Moval,bl（8位）

Movax,bx（16彳立）

尋址方式

輸入輸出：主機(jī)（各種信息）—外設(shè)

I/O指令功能的擴(kuò)展

1）I/O指令中留有擴(kuò)展的余地（指令中默寫(xiě)編碼事先不定義）

2）I/O指令中設(shè)置控制/狀態(tài)寄存器

主機(jī)對(duì)外設(shè)的尋址方式

尋找I/O接口中寄存器（I/O端口）的方式

1）單獨(dú)編址：位每個(gè)寄存器（I/O端口）分配端口地址

I/O指令給出的端口地址

M/IO=0:訪問(wèn)存儲(chǔ)器1:訪問(wèn)寄存器

2）統(tǒng)一編址：給每個(gè)寄存器分配總線地址

訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，指令中給出總線地址

存儲(chǔ)空間低端：主存單元

存儲(chǔ)空間高端：I/O端口

3）I/O指令設(shè)置方式

設(shè)置專用I/O指令：針對(duì)單獨(dú)編址

用傳送指令實(shí)現(xiàn)I/O操作：用于統(tǒng)一編制

控制/狀志reg:CSR[出錯(cuò)故障忙方式允許中斷維擴(kuò)校校啟動(dòng)

主機(jī)調(diào)用輸入機(jī)：?jiǎn)?dòng)9測(cè)試今取數(shù)

通過(guò)I/O處理機(jī)進(jìn)行I/O操作：

兩級(jí)I/O指令:

CPU執(zhí)行簡(jiǎn)單I/O指令（啟動(dòng)、停止、查詢...）

I/O處理機(jī)執(zhí)行I/O操作（輸入、輸出….）

算術(shù)邏輯指令：

1:算術(shù)運(yùn)算指令（需考慮操作數(shù)類型、符號(hào)、進(jìn)制等）

運(yùn)算結(jié)束時(shí)，設(shè)置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志

2:邏輯運(yùn)算指令：對(duì)代碼為的設(shè)置、測(cè)試、清除、修改等

3:程序控制指令：

轉(zhuǎn)移指令：無(wú)條件轉(zhuǎn)移條件轉(zhuǎn)移循環(huán)

轉(zhuǎn)子指令返回指令

軟中斷指令：可用于程序調(diào)試（早期）用于系統(tǒng)功能調(diào)用（現(xiàn)在）

第四章：控制原理與CPU組織

CPU組成：運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)通絡(luò)結(jié)構(gòu)與外部的裂解

組合邏輯控制器原理:

送M

PSW

程序狀態(tài)寄存器

（程序的運(yùn)行方式及結(jié)果）

操作M

微命令：電位型脈沖型

時(shí)序線路：控制操作時(shí)間和操作時(shí)刻（振蕩器、工頻器）

工作過(guò)程：指令執(zhí)行步驟

1:取指令：pc（地址）fM（指令）fIR、譯碼（0,尋址方式）

Pc+19pc

2:取數(shù)：按尋址方式從寄存器/存儲(chǔ)器取數(shù)

3:執(zhí)行：按操作碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理

時(shí)序控制方式：時(shí)序信號(hào)與操作的關(guān)系

時(shí)序劃分：

工作脈沖1

二級(jí)時(shí)序系統(tǒng),周期1

「工作周期1〈.工作脈沖n

指令周期?I時(shí)鐘周期n

V工作周期n

時(shí)序控制方式及其變化

同步控制：各項(xiàng)操作受統(tǒng)一時(shí)序控制（明顯的時(shí)序劃分）

異步控制：各項(xiàng)操作按不同需要安排時(shí)間，不受統(tǒng)一時(shí)序控制

同步方式的變化：

不同指令安排不同的時(shí)鐘周期數(shù)：指令周期長(zhǎng)度可變，時(shí)鐘周期不變

總線周期中插入延長(zhǎng)周期：經(jīng)總線傳送一次數(shù)據(jù)作用的時(shí)間

同步方式引入異步應(yīng)答：

組合邏輯電路：

產(chǎn)生微命令速度快

設(shè)計(jì)不規(guī)整，效率較低

不易修改，擴(kuò)展指令系統(tǒng)難

微程序控制器原理

工作方式:

1:取機(jī)器指令

CM（取指微指令）力MIR（微命令字段）今譯碼器（微命令）9

主存（機(jī)器指令））IR

2:轉(zhuǎn)微程序入口：

IR（操作碼）今微地址形成電路（入口）-MAR今CM（現(xiàn)行微指令）

-ulR

3:指令首條微指令

ulR（微命令字段）今譯碼器（微命令）今操作部件

4:取后續(xù)微指令

微地址字段

現(xiàn)行微地址9微地址形成電路（后續(xù)微地址）個(gè)ulR

運(yùn)行狀態(tài)今CM（后續(xù)微指令）今ulR

5:執(zhí)行后續(xù)微笑指令：

和步驟3相同

6:返回

程序執(zhí)行完畢，返回CM（存放取指微指令的固定單元）

微指令與編碼：

分類：

垂直型：一條指令定義并執(zhí)行一種基本操作

指令短，簡(jiǎn)單，程序長(zhǎng)、效率低

水平型：一條指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作

程序短、速度快指令長(zhǎng)，編碼麻煩

混合型：在垂直型基礎(chǔ)上增加一些不太復(fù)雜的并行操作

編碼方法：

直接控制法：微命令直接給出

........../co.，..........,Rp......,

CO=0進(jìn)位初值0

R=0不讀1讀

W=0不寫(xiě)1寫(xiě)

不需譯碼，產(chǎn)生微命令速度快信息表示效率低

分段直接編譯法：

微命令互斥的微命令放在同一字段

....AlB1

R->AR->B

C->AC-aB

分段間接編譯法：

微命令由本字段編碼和其他字段編碼組成

1:設(shè)置解釋位或解釋字段

1A位命令

CA

OA位常數(shù)

解釋位

2:分類編譯

按功能類型，將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并

設(shè)標(biāo)志

其它編碼：

微指令譯碼與機(jī)器指令復(fù)合控制

微地址參與解釋

微地址的形成方式：

微程序入口地址：指令操作碼（同能轉(zhuǎn)移）少微程序入口

1:一級(jí)功能轉(zhuǎn)移：各操作位置、位數(shù)固定，一次性轉(zhuǎn)換成功

人口000千

機(jī)器指令:OF

2:二級(jí)功能轉(zhuǎn)移：各類指令操作碼位置、位數(shù)固定，需二次轉(zhuǎn)換

指令類型標(biāo)志

分類轉(zhuǎn):---------------分揖令類型

功能轉(zhuǎn):分操作類型

3:用于變成邏輯陣列PLA實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移

后續(xù)微地址的形成：

順序：現(xiàn)行微地址+1

跳步：現(xiàn)行微地址+2

無(wú)條件跳轉(zhuǎn)：現(xiàn)行微指令給出跳轉(zhuǎn)地址

條件跳轉(zhuǎn)：.........

轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微地址給出的微子程序入口

返回微程序：返回地址存放在指定寄存器中

斷定方式：由直接給出和測(cè)試斷定相結(jié)合形成微地址

>―rrf7/\斷定條件

微程序時(shí)序控制：同步控制、用統(tǒng)一的微指令控制各條微指令執(zhí)行

第四章：主機(jī)和外設(shè)的信息交換

總線式：

/1/G

輻射式：早期:不易擴(kuò)展總線

1^>^1/05

FTI―便于擴(kuò)展

主機(jī)接口接口

I/O

信息傳遞控制方式:

1:直接程序傳送方式：用I/O指令編程實(shí)現(xiàn)在接口中用狀態(tài)字

外設(shè)狀態(tài):

啟動(dòng)外設(shè)

硬件開(kāi)銷(xiāo)小、實(shí)時(shí)能力差，并行

程度低

入/出操縱

2:中斷方式

中斷方式:

主機(jī)尸LJ1中斷程中「

外設(shè)----------&--F1FS〉J----數(shù)--據(jù)---交--換--

中斷流程：

CPU內(nèi)設(shè)置允許中斷標(biāo)志1:開(kāi)中斷0:關(guān)中斷

分開(kāi)中斷玲啟動(dòng)外設(shè)玲繼續(xù)原程序分一條指令結(jié)束時(shí)判斷是否有中斷

9（有中斷）-中斷服務(wù)程序9繼續(xù)遠(yuǎn)程序

3:程序組織：pc機(jī)

jO關(guān)中斷

X1開(kāi)中斷

4:硬件設(shè)置

設(shè)備提出清求

建輯（判優(yōu)邏展--------請(qǐng)求邏根^----------設(shè)備完成工作

［非屏蔽

CPU響應(yīng)請(qǐng)求屏蔽萍

期入口CPU禁/許請(qǐng)求

（動(dòng)態(tài)改變優(yōu)先級(jí)）CPU送屏蔽字

CPU

直接存儲(chǔ)器存取（DMA）方式：

直接靠硬件實(shí)現(xiàn)主存與I/O間數(shù)據(jù)傳送，傳送時(shí)無(wú)需CPU干預(yù)

硬件設(shè)置：

硬件設(shè)置：

（中斷請(qǐng)求L傳送追求

初r傳送方向（操作類型）DMA

始

化A主有地址（地址計(jì)數(shù)）數(shù)據(jù)緩沖G-----暫存交換數(shù)據(jù)

信

一

息傳送次數(shù)（交換量計(jì)數(shù)）--------＞外設(shè)尋址W—外設(shè)地址

DMA控制器接口

模型機(jī)

指令系統(tǒng)(格式、尋址、指令類型)9總體結(jié)構(gòu)(reg、ALU、數(shù)據(jù)通絡(luò))

今時(shí)序今擬定指令流程(流程圖)與微命令序列(列操作時(shí)間表)

今形成控制邏輯

組合電路:列邏輯式，形成邏輯電路

微命令：按微指令格式編寫(xiě)微程序

指令系統(tǒng)：

格式：字長(zhǎng)16位寄存器尋址主存(64kx16位)

43333

雙操作效指令：操作碼寄存器號(hào)尋址方式—寄存器|尋址方式

源地址目的地址

4633

單操作數(shù)指令:操作碼可擴(kuò)展寄存器號(hào)尋址方式

操作碼寄存器號(hào)尋址方式尋址方式N,Z'VC'

尋址方式：CPU可編程訪問(wèn)寄存器

通用寄存器RPCSPPSW(程序狀態(tài)字)

尋址方式編碼助記符定義

寄存器尋址000R(R)為操作數(shù)

寄存器間址001(R)(R)為操作數(shù)地址

自減型寄間址010-(R)(R)-1為操作數(shù)地址

-(SP)(SP)-1為操作數(shù)地址

立即/自增型間址011(R)+(R)為…地址,訪問(wèn)后(R)+1

(SP)+(SP)棧頂?shù)刂?，出棧?SP)+1

(PC)+(PC)立即數(shù)地址,取數(shù)后(PC)+1

變址尋址101X(R)(R)+d為有效地址

(PC)

跳步110SKP跳過(guò)下調(diào)指令執(zhí)行

指令類型：

操作碼助記符含義

0000mov傳送(datastackI/O)

0001add加

0101EOR異或

0110COM求反

1011SR右移

1100JMP轉(zhuǎn)移

1100RST返回

1101JSR轉(zhuǎn)子

43333

雙操作數(shù)指令:操作碼寄存舞號(hào)尋址方式寄存翳尋址方式

源地址目的地址

4633

單操作數(shù)指令:操作碼可擴(kuò)展寄存器號(hào)尋址方式

操作碼寄存器號(hào)尋址方式尋址方式N'Z'V'C*

CPU總體結(jié)構(gòu)：

1：寄存器設(shè)置

可編程寄存器(16位)

通用寄存器：RO(OOO)R1(001)R2(010)R3(011)

堆棧：SP(001)指令計(jì)數(shù)器PC(111)

程序狀態(tài)字PSW(101)

可始展1NZVC

允許中斷〈開(kāi)中斷)

非編程寄存器(16位)

暫存器C:暫存來(lái)自主存的源地址或源數(shù)據(jù)

暫存器D:暫存來(lái)自主存的目的地址或目的數(shù)

指令寄存器IR:存放現(xiàn)行地址

地址寄存器MAR:?????

數(shù)據(jù)寄存器MBR:實(shí)現(xiàn)CPU與主存的接口

2:邏輯部件設(shè)置(16位)

ALU（SN741814片SN74181片）9數(shù)據(jù)來(lái)源

移位器：直送，左/右移字節(jié)交換

3:數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)

為了使數(shù)據(jù)傳送控制簡(jiǎn)單、集中以ALU為中心的總線結(jié)構(gòu)

組成：ALU部件寄存器組內(nèi)總線CPU與系統(tǒng)總線的連接

ALU為內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通路的中心寄存器采用分立結(jié)構(gòu)

內(nèi)總線采用單線數(shù)據(jù)總線（16位）

與系統(tǒng)總線的連接通過(guò)MAR、MBR實(shí)現(xiàn)

/輸出至DB

「輸出|輸出至ALU的BD

MBR

小、（從內(nèi)總線輸入（打入）

,輸入）

從DB輸入（置入）

4:各類信息傳送途徑

指令信息：M9DB（置入）9IR

地址信息：

指令地址：PC9A9ALUf移分內(nèi)總線今MAR

指令地址加1:PC9A9ALU9移分內(nèi)9PC

轉(zhuǎn)移地址：

寄存器尋址：R0fB9ALU分移9內(nèi)（打入）今MAR

寄存器間址：R09B9ALU9內(nèi)分MARfAB9M9DBfMBR

9內(nèi)今PC

操作數(shù)地址

寄存器尋址：ROR1

寄存器間地：--

變址：PC9AfALU9移分內(nèi)9MAR9AB9M9DB9

MBR

-ALU9移分內(nèi)9形式地址9B9ALU6A6RO

MARV內(nèi)6移

數(shù)據(jù)信息：

R少R:RO9B9ALU9移分內(nèi)（打入）9R1

R9M:RO9B9ALU分移9內(nèi)（打入）9MBR9DB9M

M9R:M9DBfMBR9B9ALU分移、內(nèi)fR2

M9M:M源9DB9MBR9ALU今內(nèi)（打入）9C9ALU今內(nèi)

今MRB9DB9M

R9I/O:RO9ALU少內(nèi)-MAR9DB9I/O

I/O9R:I/OfDB9MBR今ALU今內(nèi)（整入己RO

l/09M:DMA方式：l/OG9DBGfM

5:微命令設(shè)置

數(shù)據(jù)通路（操作）：

ALU輸入選擇：R09ARO9B.....

ALU功能選擇:s3s2s1s0MCO

輸出移位選擇：不移左/右移

結(jié)果分配：CPRO、CPC、CPMAR（打入地址寄存器）

訪問(wèn)M、1/0（操作）：

地址使能：EMAR0:MAR向AB送地址

讀寫(xiě)（RW）:MBR與DB斷開(kāi)R=1讀W=1寫(xiě)

置入MBRSMBRIRSIR

組合邏輯控制器：

1:時(shí)序系統(tǒng)

1）工作周期：

指令正常執(zhí)行：取址周期（FT）源（ST）目的（DT）執(zhí)行（ET）

I/O傳送控制：中斷（IT）DMA（DMAT）

6個(gè)觸發(fā)器作為周期狀態(tài)標(biāo)志

取址FT:M9取指令譯碼、修改PC-公操作

源ST:按尋址方式（非r）形成源地址，從M取源操作數(shù)，暫存于C

目的DT:按尋址方式（非r）形成目的地址，從M取源操作數(shù)，暫存于D

執(zhí)行ET:按操作碼完成相應(yīng)操作（mov算取址等）

后續(xù)指令送入MAR

中斷IT:CPU相應(yīng)請(qǐng)求后，執(zhí)行中斷操作前，關(guān)中斷，保存中斷和PSW,

轉(zhuǎn)中斷服務(wù)例程-由硬件完成

DMA周期DMAT:CPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求到傳送完一次數(shù)據(jù)一由硬件完成

2）:時(shí)鐘周期（節(jié)拍）T

時(shí)間：1微秒完成一步操作

訪存時(shí)間=一步操作時(shí)間總線周期=時(shí)鐘周期

時(shí)鐘周期數(shù)：一個(gè)工作周期中的時(shí)鐘數(shù)可變

用計(jì)數(shù)器T控制節(jié)拍數(shù)：

每個(gè)工作周期第一節(jié)拍T=0

每開(kāi)始一個(gè)新節(jié)拍T計(jì)數(shù)

工作周期結(jié)束T置0

3）:脈沖周期：每個(gè)時(shí)鐘結(jié)束時(shí)設(shè)置一個(gè)脈沖

2:控制流程（工作周期轉(zhuǎn)換）

3:指令流程圖與操作時(shí)間表

擬定指令流程：確定各工作周期每節(jié)拍完成的具體操作(寄存器傳送級(jí))

列操作時(shí)間表：列出每一步操作所需的微命令及產(chǎn)生條件

(1):取址周期FT

進(jìn)入FT的方式：

,I,

Q

初始化時(shí)置入FT總請(qǐng)《

—---cFTR、

程序正常運(yùn)行時(shí).同步打入FT口C

1->FTCPFT

流程圖：

FTO:M9IRPC+1玲PC

操作時(shí)間表：

FTO點(diǎn)位型微命令取沖型微命令

M->IREMAR,R,SIRCPPC_

PC+1->PCPC->A,A+l,DMCPFT(P)

1->ST,1->DT,1->ETCPST(P)

CPDT(P)

CPET(P_)

CPT(P~)

⑵:傳送指令MOVRO,R1

FTO:M9IRPC+13PC

ETO:RO玲R1

ET1:PC今MAR

4:控制邏輯：歸納微命令，簡(jiǎn)化條件，用組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)

例:讀指令：R=FTO+MOV(ST1+ST4..…)

微指令控制器設(shè)計(jì)：

(1):時(shí)序系統(tǒng)

(2):指令格式

A1B1SMCOSZ0EMARRWSTSC

數(shù)據(jù)通路操作訪存操作輔助操作順序操作

Al：A輸入選擇000：無(wú)輸入101：Ri->A010：C->A

Oil：D->A100：PC->A

Bl：B輸入選擇同上

SM：ALU功能選擇S3S2S1S0M

CO:初始進(jìn)位選擇

Z0：結(jié)果分配101CPRiSPPCPSW

EMAR:RW訪存操作

輔助操作ST=00：無(wú)操作01：開(kāi)中斷10：關(guān)中斷11：SIR

順序操作SC：增量斷定(9種)

000：無(wú)條件跳轉(zhuǎn)。。。0111：轉(zhuǎn)微子

⑶:微程序的編寫(xiě)(按執(zhí)行順序編寫(xiě))

取機(jī)器指令今功能轉(zhuǎn)移f執(zhí)行

按操作碼編碼順序，逐級(jí)分類

MOV指令雙操作數(shù)、單、轉(zhuǎn)移

實(shí)現(xiàn)分支：將同類斷依據(jù)所對(duì)應(yīng)的微地址放在相應(yīng)的微地址形成表

用SC字段選取

SC=0000順序現(xiàn)行微地址+1

0001無(wú)條件轉(zhuǎn)

oooo

1000返回主程序

第五章：存儲(chǔ)系統(tǒng)

主存：存放CPU當(dāng)前使用的程序和數(shù)據(jù)快小

輔存（外存）:存放后備程序和數(shù)據(jù)慢大

高速緩存：存放CPU當(dāng)前一小段時(shí)間內(nèi)多次使用的程序和數(shù)據(jù)最快小

CPU

C3ache

上「

J___

I先存I

存儲(chǔ)介質(zhì)：

半導(dǎo)體：雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲(chǔ)器（左主存、緩存）

磁表面：容量大慢

光盤(pán)：

方式：

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器：

按地址訪問(wèn)存儲(chǔ)器中的任一單元作主存、緩存速度快

訪問(wèn)時(shí)間與單元無(wú)關(guān)

RAM:可讀可寫(xiě)

ROM:只讀

固存：用戶不能編程

PROM:只能編程一次

EPROM:可多次編程紫外線擦除

EEPROM:可多次編程電擦除

FlashMemory:閃存

順序存儲(chǔ)器：訪問(wèn)時(shí)讀/寫(xiě)部件按順序查找目標(biāo)地址、與數(shù)據(jù)位置無(wú)關(guān)慢

直接存取存儲(chǔ)器DAM:訪問(wèn)時(shí)讀/寫(xiě)部件直接指向一個(gè)小區(qū)域，再在區(qū)域內(nèi)順

查找，訪問(wèn)時(shí)間與數(shù)據(jù)位置有關(guān)

操作：定位（尋道）個(gè)等待（旋轉(zhuǎn)）9讀/寫(xiě)

半導(dǎo)體存儲(chǔ)器：

雙極型：TTLECL快，功耗大容量小

MOS型：

電路結(jié)構(gòu)：DMOSNMOSCMOS功耗小容量大

工作方式：靜態(tài)MOS動(dòng)態(tài)MOS

存儲(chǔ)原理：

靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM（雙極型靜MOS）:依靠雙穩(wěn)態(tài)電路內(nèi)部交叉反饋的機(jī)

制

功耗大、快作Cache

動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM（動(dòng)MOS）:依靠電容存儲(chǔ)電荷的原理

功耗小、大、快作主存