【正文】 ? 資源相關(guān)：指多條指令進(jìn)入流水線后，在同一機(jī)器周期內(nèi)爭(zhēng)用同一個(gè)功能部件。一般計(jì)算機(jī)只有一條指令流水線。 ? 空間并行性：它是指 資源重復(fù) ，以 “ 數(shù)量取勝 ” 為原則來大幅度提高計(jì)算機(jī)的處理速度。后繼的 4條微指令地址就分別為 0100、 010 010111，末兩位就是 I1I0的值。 ① 確定微程序的控制方式 ：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定是采用水平微程序設(shè)計(jì)、還是垂直微程序設(shè)計(jì)？微指令是串行執(zhí)行、還是并行執(zhí)行？ ② 擬定微命令系統(tǒng) ：確定控制中有哪些微命令？用什么樣的格式表示這些微命令？比如，微命令字段的劃分、編碼方式的選擇、初始微地址和后繼微地址的形成方法等。 58 動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì) ? 通常情況下，當(dāng)微程序設(shè)計(jì)好之后，不允許改變也不便于改變，這樣的設(shè)計(jì)稱為靜態(tài)微程序設(shè)計(jì)。 在實(shí)際編碼時(shí)，根據(jù)需要可以把幾種方法結(jié)合使用，也就是采用混合控制法，即把直接控制法和譯碼控制法進(jìn)行結(jié)合等。 這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并行性強(qiáng)，輸出直接用于控制。 48 后繼微地址的形成（續(xù)一） ? 轉(zhuǎn)移微指令的順序控制字段分為兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。 機(jī)器指令和微指令的關(guān)系 ? 從指令和微指令、程序和微程序、地址和微地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，前者與主存有關(guān)，后者與控制存儲(chǔ)器有關(guān) . ? 機(jī)器指令的微操作序列的安排主要取決于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)， 不同的數(shù)據(jù)通路有不同的微操作序列 。 41 微程序控制器的組成 圖 22給出了一個(gè)微程序控制器原理框圖，包括控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器、微地址形成部件和微地址寄存器四部分。所謂 互斥性 微命令是指（同一微周期）那些不能同時(shí)產(chǎn)生和執(zhí)行的微命令。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 多采用 CPU、設(shè)備 內(nèi)部多采用 35 四、 微程序控制原理 ? 計(jì)算機(jī)解題時(shí)，總是把一個(gè)復(fù)雜的問題化成一步一步的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算等基本操作來做，每一個(gè)基本操作稱為一條指令。 31 節(jié)拍電位信號(hào)發(fā)生器 ? 節(jié)拍電位信號(hào)發(fā)生器可由循環(huán)移位寄存器組成。我們從第二個(gè) CPU周期討論。 第一個(gè) CPU周期為取指令階段，與 CLA指令相同，不再討論。 12 二、指令周期 指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里。在指令執(zhí)行期間，指令寄存器的內(nèi)容不允許發(fā)生變化。 數(shù)據(jù)是在傳送過程中得到加工和處理的 。 CPU的基本功能就是對(duì)指令流和數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上實(shí)施正確的控制。 ? 程序計(jì)數(shù)器（ PC） ：用來存放將要執(zhí)行的下一條指令的地址。從形式上看，它們都是二進(jìn)制代碼， CPU是怎么準(zhǔn)確地判別出是指令還是數(shù)據(jù)的 ？這要從指令周期說起。假設(shè)在取指結(jié)束后， ADD指令已被存放在指令寄存器中、而且被正確譯碼。 24 第二個(gè) CPU周期， 送轉(zhuǎn)移地址 CPU完成一件事： ? 把指令寄存器中的地址碼部分 21送到程序計(jì)數(shù)器 ， 用新的內(nèi)容 21取代 PC中原先的內(nèi)容 25。開始由清零信號(hào) CLR將移位寄存器清為 0001，然后在脈沖信號(hào) clock作用下，按 0001?0010?0100?1000 ?規(guī)律變化，從而輸出節(jié)拍電位 T0、 T T T3 。 ? 我們?cè)谥噶钪芷谥杏种v到，一條指令的執(zhí)行通過分解為更小的若干動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。 38 相容性和互斥性微命令分析 ? 圖 20示出了一個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)算器模型。 42 微程序控制器的組成（續(xù)） ? 控制存儲(chǔ)器（ CM）：是用來存放微程序的，它在 CPU內(nèi)部，用 ROM實(shí)現(xiàn)。 ? 微操作控制信號(hào)實(shí)際控制數(shù)據(jù)通路中的指令流和數(shù)據(jù)流的流向。當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時(shí)，把轉(zhuǎn)移地址字段的內(nèi)容作為下一個(gè)微地址；當(dāng)轉(zhuǎn)移條件不滿足時(shí)，則把微程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容作為下一個(gè)微地址。缺點(diǎn)是微指令字太長(zhǎng)，控制存儲(chǔ)器容量較大。 56 微指令的格式 微指令的編碼方式是決定微指令格式的主要因素。假如在一臺(tái)微程序控制的計(jì)算機(jī)中，能根據(jù)用戶的要求改變微程序，那么這臺(tái)機(jī)器就具有動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)功能。 ③ 編制微程序 ：對(duì)微命令系統(tǒng)、微指令格式進(jìn)行核對(duì)、審查、修改、優(yōu)化之后，便可以編制機(jī)器指令的微程序。 Z按同樣的辦法分配，后繼微地址選擇 10 1011。大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展為空間并行帶來了巨大的生機(jī)，也成為目前實(shí)現(xiàn)并行處理的一個(gè)主要途徑。所以稱為 標(biāo)量流水線 。例如，如果指令和數(shù)據(jù)放在同一個(gè)存儲(chǔ)器中，且只有一個(gè)端口時(shí)，正在執(zhí)行的兩條指令都需要訪問存儲(chǔ)器，就會(huì)發(fā)生資源相關(guān)沖突。因?yàn)榇嬖谝韵氯N相關(guān)沖突。 75 標(biāo)量流水線和超標(biāo)量流水線的概念 從數(shù)學(xué)的角度講，標(biāo)量是指單個(gè)量，而向量是指一組標(biāo)量。目前的高性能微型機(jī)幾乎無一例外地使用了流水技術(shù)。若 C的下址選擇為 0100。微程序控制單元的設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是編寫各條機(jī)器指令的微程序。 ? 串行執(zhí)行方式：在這種方式下，取微指令、執(zhí)行微指令完全按順序進(jìn)行，也就是在上條微指令執(zhí)行完，才取下條微指令。 （某小段 3位，最多定義 7個(gè)相斥微命令， 000表示不操作）。該位為 1微命令有效、為 0微命令無效。在順序執(zhí)行微指令時(shí)，后繼地址由現(xiàn)行微地址加上一個(gè)增量來產(chǎn)生（通常 +1）；在非順序執(zhí)行微指令時(shí)，由轉(zhuǎn)移微指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。 ④ 執(zhí)行完一條機(jī)器指令所對(duì)應(yīng)的一段微程序后，又回到取指微程序的入口地址，準(zhǔn)備取下一條機(jī)器指令。一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。所謂 相容性 微命令是指（同一微周期）那些可以同時(shí)產(chǎn)生、并行執(zhí)行的微命令。對(duì)大多數(shù)節(jié)拍數(shù)相近的指令，采用同步控制；而對(duì)于節(jié)拍數(shù)多的少數(shù)指令或節(jié)拍數(shù)不固定的指令，采用異步控制。開始時(shí)由清零信號(hào) CLR將C1C0清為 00，然后在 Clock上升沿和下降沿的作用下規(guī)律性地變化： 00?01?11?10，譯碼后輸出節(jié)拍脈沖 P0、 P P P3。 JMP指令周期由兩個(gè) CPU周期組成 。 ADD指令的指令周期由三個(gè) CPU周期組成。有三種內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)，即單總線結(jié)構(gòu)、雙總線結(jié)構(gòu)和三總線結(jié)構(gòu)，我們?cè)谒恼玛P(guān)于運(yùn)算器的組織中介紹過。 ? 指令寄存器（ IR） ：用來存放當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。 在程序運(yùn)行過程中，在計(jì)算機(jī)的各部件之間傳送著指令和數(shù)據(jù)，形成了指令流和數(shù)據(jù)流。 4 CPU具備以下功能 CPU具備以下四個(gè)方面的功能： ? 指令控制：保證機(jī)器按順序執(zhí)行程序是 CPU的首要任務(wù)。 ? 地址寄存器（ MAR） ：地址寄存器用來保存 CPU當(dāng)前所訪問的內(nèi)存單元的地址。 13 指令周期的基本概念 ? CPU取指令 — 執(zhí)行指令的序列： ? 指令周期 是取出并執(zhí)行完一條指令的時(shí)間。 19 第二個(gè) CPU周期， 送操作數(shù)地址 CPU完成一件事： ? 送操作數(shù)地址到地址寄存器 MAR。 CPU做 1個(gè)動(dòng)作： ? IR?PC CPU完成指令操作 25 用方框圖來表示指令周期 一個(gè) 方框 代表一個(gè) CPU周期， 菱形 符號(hào)通常用來表示某種判別或測(cè)試，時(shí)間上依附于與它相鄰的前面一個(gè)方框的 CPU周期，不單獨(dú)占用時(shí)間。 32 CPU周期信號(hào)發(fā)生器 ? CPU周期信號(hào)一般設(shè)置單獨(dú)的觸發(fā)器表示，有幾個(gè)周期就設(shè)置幾個(gè)觸發(fā)器。例如指令執(zhí)行過程分解為 “ 取指令、取操作數(shù)、執(zhí)行指令 ” 三個(gè)階段；就取指令來說，又被分解為 “ 從內(nèi)存取指令、程序計(jì)數(shù)器 PC+指令譯碼 ” 三個(gè)微小的動(dòng)作。其中，雙線表示數(shù)據(jù)通路，單線表示微操作控制命令。（控制存儲(chǔ)器在 CPU內(nèi)部，不屬于存儲(chǔ)系統(tǒng)）。控制信號(hào)的本質(zhì)是按要求打開或關(guān)閉各個(gè)控制門。通常把微地址寄存器改為微程序計(jì)數(shù)器。 53 微指令的編碼方法 (續(xù)一 ) ② 最短編碼法 最短編碼法將所有微命令統(tǒng)一編碼，經(jīng)過譯碼后才能得到微命令，每條微指令只定義一個(gè)微命令。一般微指令的格式大致分為兩類：水平型微指令和垂直型微指令。 ? 動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)需要可寫控制存儲(chǔ)器的支持，否則難以改變微程序的內(nèi)容。 ④ 微程序代碼化 ：將修改完善的微程序轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，叫做代真 . ⑤ 寫入控制存儲(chǔ)器 ：最后將二進(jìn)制代碼按地址寫入控制存儲(chǔ)器。 工作之二 后繼地址分配 66 后繼地址分配舉例 余下的微指令地址沒有約束條件