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学习资料

哈工大《计算机组成原理》

控制单元CU设计：

• 组合逻辑设计
• 微程序设计

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1.微程序设计基本思路

组合逻辑设计不便于扩展，增加一个指令需要改变电路

微程序设计示意图：

理解：

• 将可并行的微操作合并，用一个微指令替代
• 执行该微指令，相当于并行执行多个微操作命令
• 微指令代码某一位均代表某个微操作，0代表不执行，1代表执行
• 如果该指令中有多个1，表示一个节拍中有多个微操作并行
• 微指令可以*编程，实现微操作的多种组合
• 进而可以在不改变逻辑电路的情况下添加新指令

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2.微程序控制单元框图及工作原理

2.1 机器指令对应的微程序

• 每个指令取值是一样的，间址和中断可预测，各指令可以共用微程序
• 执行阶段操作不同，需要为每个指令编写单独的微程序
• 控制存储器中微程序个数=机器指令数+3

2.2 微程序控制单元基本框图

• CMAR：控制存储器地址寄存器
• CMDR：控制存储器数据寄存器（存放微指令）
• 顺序逻辑：控制形成吓一跳微指令地址
• 地址译码：和主存的译码驱动相同

2.3 工作原理

1）取指阶段：(三个时钟周期/节拍)

2）执行阶段：

LDA指令微程序：（三个时钟周期）

3）若无间址周期和中断周期：

• 循环执行取指微操作和执行微操作
• 全部微操作指令存在CM中，执行过程中只需要读出

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3.微指令编码方式（控制方式）

3.1 直接编码

• 操作控制的每一位代表一个微操作命令
• 某位为1表示该控制信号有效

3.2 字段直接编码

• 将控制字段分为若干段，每段经过译码后发出控制信号
• 每个字段中命令互斥，缩短了微指令字长，增加了译码时间

3.3 字段间接编码

3.4 混合编码

直接编码和字段编码(间接和直接)混合使用

• 常用：直接编码
• 不常用：字段编码

3.5 其他方式

如设置常数字段

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4.微操作序列地址形成

1）微指令的下地址字段给出

2）根据机器指令操作码形成

3）增量计数器：

• 取指，中断，执行等周期，下地址都为M+1这种递增形式
• 可以采用增量计数器来代替

4）分支转移：

5）测试网络：

6）硬件产生：

• 第一条微指令地址，由专门硬件产生
• 中断周期，由硬件产生中断周期微程序首地址

7）后继微指令地址形成方式原理图：

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5.微指令格式

1. 水平微指令：一次能定义并行多个并行操作
2. 垂直微指令：
   • 类似机器指令操作码的方式
   • 由微操作码字段规定微指令的功能
   • 基本已经淘汰了
3. 两种微指令格式比较：
   • 水平微指令比垂直微指令并行操作能力强，灵活性强
   • 水平微指令执行一条机器指令所要的微指令数目少，速度快
   • 水平微指令用较短的微程序结构换取较长的微指令结构
   • 水平微指令与机器指令差别大

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6.静态微程序设计和动态微程序设计

静态：微程序无需改变，采用ROM

动态：通过改变微指令和微操作改变机器指令，有利于仿真，采用EPROM

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7.毫微程序设计

微程序设计：微程序解释机器指令

毫微程序设计：毫微程序解释微指令

毫微程序控制器基本组成：

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8.微程序执行方式

串行微程序控制：串行方式
并行微程序控制：流水方式

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