【正文】 ro ?控制器的結(jié)構(gòu) 63 控制部件的擴(kuò)展 ? 組合邏輯電路的缺點(diǎn) ? 不靈活、不規(guī)整、布線復(fù)雜 ? 微程序控制 ? 1951《 設(shè)計計算機(jī)的最好方法 》 ? 核心思想：用程序（軟件方式）產(chǎn)生控制字 ?控制部件實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展 64 控制部件的擴(kuò)展 ? 將每條指令從取指令到執(zhí)行指令的過程， 表示為若干小步驟（微操作）的序列 ? 每個微操作對應(yīng)的控制信號編碼為微指令 微指令存儲在控制存儲器中 ? 取出對應(yīng)的微指令就產(chǎn)生該微操作對應(yīng)的控制信號 ? 因此，一條指令的執(zhí)行過程就轉(zhuǎn)化為 一系列的微指令的執(zhí)行過程 ? 控制邏輯擺脫了復(fù)雜的組合邏輯電路 改為存儲控制器和存儲在其中的微指令實(shí)現(xiàn) ?微程序控制 65 現(xiàn)代技術(shù)在微型計算機(jī)中的應(yīng)用 ? 一種具有 存儲 （記憶）功能的 高速 自動 信息處理 機(jī) 增加地址線位數(shù) （增加尋址空間） 虛擬存儲器技術(shù) （彌補(bǔ)物理內(nèi)存的不足） …… 增加寄存器數(shù)量 更高的主頻 流水線技術(shù) 高速緩存技術(shù) 雙核、多核 更加豐富和 強(qiáng)大的指令系統(tǒng) 物質(zhì)基礎(chǔ)：微電子技術(shù)、 VLSI 技術(shù)的飛速發(fā)展 ?計算機(jī)的本質(zhì) 66 現(xiàn)代技術(shù)在微型計算機(jī)中的應(yīng)用 與 8位機(jī)相比，除明顯的處理字長不同外，還有下述優(yōu)點(diǎn)： (1) 更多的寄存器： 可以減少 CPU對存儲器訪問的次數(shù)，提高處理速度。 ? 它把取操作和執(zhí)行操作重疊進(jìn)行，在執(zhí)行一條指令的同時，又取另一條或若干條指令。 。 (6) 存儲器管理的改進(jìn)： 在硬件上增添高速緩沖存儲器，而在軟件上采用虛擬存儲技術(shù)，使微型計算機(jī)中執(zhí)行最慢的存儲器存取速度得到很大的提高；也使微型計算機(jī)的主存儲器在不擴(kuò)大容量的情況下達(dá)到成倍的增加。 59 初級程序設(shè)計舉例 【 例 】 子程序設(shè)計 設(shè)計一個計算 x2+y2+z2=?的計算程序。 (3) 循環(huán)程序 ——程序進(jìn)行過程中，在某一循環(huán)體進(jìn)行若干次循環(huán)運(yùn)行，然后再繼續(xù)前進(jìn)。 ?擴(kuò)展的功能 PC 8 8 LP CLK EP 2. 程序計數(shù)器 PC PC增加了一個 LP門，這就使得 PC可以接收跳轉(zhuǎn)地址。 ?控制部件的構(gòu)成 使計算機(jī)能夠成為自動機(jī)的關(guān)鍵部件。所以要求 LA=1， EU=1。 ?環(huán)形計數(shù)器及機(jī)器節(jié)拍 24 執(zhí)行指令的例行程序 取出指令的過程需要 3個機(jī)器節(jié)拍，在清零和啟動之后第 1個節(jié)拍為 T0。在本微型機(jī)中就是要把 PROM中的 16個存儲單元分配成兩個區(qū)： 程序存放區(qū) (指令區(qū) )和 數(shù)據(jù)存放區(qū) (數(shù)據(jù)區(qū) )。 存儲器 M(memory)在此圖例中只包括存儲地址寄存器 (MAR)及可編程存儲器 (實(shí)際還包括了 地址譯碼 功能 )，這就是微型計算機(jī)的“ 內(nèi)存 ”。這樣就可以 驅(qū)動不同的外圍設(shè)備 ，如打印機(jī)、顯示器等。 6. 累加器 A A 8 8 8 LA CLK EA 9 1 微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化形式 7. 算術(shù)邏輯部件 ALU 它只是一個二進(jìn)制 補(bǔ)碼 加法器／減法器 。 指令字是 8位的： MSB LSB 最高有效位 最低有效位 左 4位為最高有效位 (高 4位 )，稱為 指令字段 ；右 4位為最低有效位 (低 4位 )，稱為 地址字段 。 4 1 微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化形式 1. 程序計數(shù)器 PC 計數(shù)范圍由 0000～ 1111(用十六進(jìn)制可記作由 0～ F)。 (4) 手動輸入：用撥動開關(guān)輸入程序和數(shù)據(jù)。 ?簡化了的微型計算機(jī) 3. 可編程序只讀存儲器 PROM 6 1 微型計算機(jī)結(jié)構(gòu)的簡化形式 作用： 從 PROM接收到指令字 (當(dāng) LI=1， ER=1)，同時將指令字分送到控制部件 CON和 W總線上去。 注意： 這個輸出是 雙態(tài) 的，即是立即地送去，而不受 E門的控制。 典型的計算機(jī)具有若干個輸出寄存器，稱為 輸出接口電路 。實(shí)用上的 CPU要比這里的圖例更為復(fù)雜些，但其主要功能是基本一樣的。 將指令清單中每一條指令都翻譯成二進(jìn)制碼 ——機(jī)器碼，稱作操作碼表 存儲器中既要寫入計算程序，也要存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，因此，還得決定存儲器中的存儲單元應(yīng)如何分配，這稱為 存儲空間分配 。它用以控制 6條電路，使它們依次輪流為高電位， T0， T1， T2， T3， T4和 T5稱為機(jī)器的節(jié)拍。 此高 4位是與 LDA相應(yīng)的二進(jìn)制碼“ 0000”，控制部件經(jīng)過分析后就發(fā)出命令： EI=1，將 IR的低 4位送至 W總線； LM=1， MAR接收此低 4位數(shù)作為地址并立即送至 PROM； 所以 CON=0010 0100 0000 ? 執(zhí)行周期（ LDA指令） 28 執(zhí)行指令的例行程序 (5) T4=1 應(yīng)將 PROM的數(shù)據(jù)區(qū)的存儲單元 (如 R9，即 1001)的內(nèi)容送入累加器 A，即： ER=1， PROM準(zhǔn)備放出數(shù)據(jù)； LA=1， A準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)； 即 CON=0001 0010 0000 ? 執(zhí)行周期（ LDA指令） 29 執(zhí)行指令的例行程序 (6) T5=1 因?yàn)?T4=1時，已將數(shù)據(jù)存放入 A中，所以， LDA的例行程序就已完成， T5節(jié)拍就變成空拍，即有： CON=0000 0000 0000 ? 執(zhí)行周期（ LDA指令） 30 執(zhí)行指令的例行程序 第 4的 ADD的指令，其取指周期仍和 LDA 9H是一樣的，但 PC中的內(nèi)容已不是0000而是 PC+1，即 0001了； T4節(jié)拍從 PROM中來的數(shù)據(jù)不再送入累加器 A，而是送入寄存器 B，這樣 A和 B的數(shù)據(jù)就能直接被送入 ALU相加； 在 T5節(jié)拍，將 A和 B的內(nèi)容相加的結(jié)果還要送回到 A去。 其中， 環(huán)形計數(shù)器、指令譯碼器、控制矩陣 稱為 控制器 。可以隨機(jī)存取，除 MAR(存儲地址寄存器 )外，還有一個MDR(存儲數(shù)據(jù)寄存器 )。 (2) 分支程序 ——程序進(jìn)行中，根據(jù)判斷程序執(zhí)行的不同結(jié)果而分別跳轉(zhuǎn)至其他子程序去。如I0為奇數(shù) (即最后一位為1)，則顯示一個 1111 1111 1111；如 I0是偶數(shù) (最后一位為 0)，則顯示一個 0000 0000 0000。在某些情況下運(yùn)行的速度，達(dá)到數(shù)量級的增長。 環(huán)形計數(shù)器有何用處 ?什么叫環(huán)形字 ? 什么叫例行程序 ?什么叫機(jī)器周期、取指周期和執(zhí)行周期 ?本章簡化式計算機(jī)的機(jī)器周期包括幾個時鐘周期 (機(jī)器節(jié)拍 )?機(jī)器周期是否一定是固定不變的 ? 控制部件包括哪些主要環(huán)節(jié) ?各有何用處 ? 75 習(xí)題 子程序計數(shù)器有何用處 ? 本章第 2個微型計算機(jī)的指令系統(tǒng)有多少條指令 ?它們可分成幾種類型 ?各個類型的特點(diǎn)是什么 ? 此微型機(jī)的控制字有幾位 ?各位的意義是什么 ? 變址寄存器 X有何功能 ?在運(yùn)算中能起什么作用 ? 指令寄存器 IR是如何將其指令字段和地址字段分送出去的 ?這兩個字段的位數(shù)是否保持不變 ? 試寫出第 2個微型計算機(jī)的各條指令的匯編語言的助記符及其相應(yīng)的機(jī)器碼。 ? 程序中的指令仍是順序執(zhí)行，但可以預(yù)先取若干指令，并在當(dāng)前指令尚未執(zhí)行完時，提前啟動另一些操作。 (2) 增加了存儲器尋址范圍： 16／ 32位地址字允許 CPU直接對幾百萬個地址進(jìn)行尋址。這就可以利用循環(huán)程序，讓它進(jìn)行 8次循環(huán)。 4位16種組合，只用其中的 10種，以得到 3種算術(shù)運(yùn)算和 7種邏輯運(yùn)算。 SC的位數(shù)為 8位。 第 7條指令只要求不再運(yùn)行下去，即要求 CLK時鐘停發(fā)脈沖。 因此， CP=1，即命令 PC計數(shù)。 問題： 如何根據(jù)助記符與二進(jìn)制的 對照表 (操作碼表 )將上節(jié)例題中的每條指令的 助記符 譯成 二進(jìn)制碼 ，并將存儲單元符號寫成地址碼 (即R0→0000， R1→0001， …， R9→1001) ？ 01H 00H 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH 09H 08H 07H 06H 05H 04H 03H 02H RF RE RD RC RB RA R9 R8 R7 R6 R5 R4 R3 R2 R1 R0 數(shù)據(jù)區(qū) 指令區(qū) 18 程序設(shè)計 ?將源程序翻譯成目的程序 助記符 操作碼 LDA 0000 ADD 0001 SUB 0010 OUT 1110 HLT 1111 數(shù)據(jù)區(qū) 存儲單元 R8~RF 二進(jìn)制地址 1000~1111 LDA R9 ADD RA ADD RB SUB RC OUT HLT 源程序 0 0