計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)組成(編輯修改稿)
2025-06-15 16:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 作數(shù)并執(zhí)行加法操作中。在此階段， CPU (1)把地址寄存器中的操作數(shù)的地址 (30) (2)由存儲(chǔ)器單元 30中讀出操作數(shù) (6)，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線傳 (3)執(zhí)行加操作：由數(shù)據(jù)緩沖寄存器來(lái)的操作數(shù) (6)可送往ALU 的一個(gè)輸入端，已等候在累加器內(nèi)的另 一個(gè)操作數(shù)(因?yàn)?CLA指令執(zhí)行結(jié)束后累加器內(nèi)容為零 )送往 ALU的另一輸入端，于是 ALU將兩數(shù)相加，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果為 0+6＝6。這個(gè)結(jié)果放回累加器，替換了累加器中原先的數(shù) 0 。 （四） STA 40 指令 1. 取指令階段 取指令階段與 CLA基本相同； 2. 送操作數(shù)地址 在第二個(gè) CPU周期中， CPU完成的動(dòng)作是把指令寄存器中地址碼部分的形式地址 40裝到地址寄存器。其中數(shù)字 40是操作數(shù)地址。 3. 存儲(chǔ)和數(shù) 執(zhí)行階段的第二個(gè) CPU周期中，累加寄存器的內(nèi)容傳送到緩沖寄存器，然后再存入到所選定的存儲(chǔ)單元 (40)中。CPU完成如下動(dòng)作： (1)累加器的內(nèi)容 (6)被傳送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器 DR (2)把地址寄存器的內(nèi)容 (40)發(fā)送到地址總線上， 40即為將要存入的數(shù)據(jù) 6 (3)把緩沖寄存器的內(nèi)容 (6) (4)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)寫(xiě)入到所選中的存儲(chǔ)器單元中，即將數(shù) 6寫(xiě)入到存儲(chǔ)器 40號(hào)單元中。 注意： 在這個(gè)操作之后，累加器中仍然保留和數(shù) 6，而存儲(chǔ)器 40號(hào)單元中原先的內(nèi)容被沖掉 （五） NOP 指令 這是一條空操作指令。其中第一個(gè) CPU周期中取指令， CPU把 23號(hào)單元的“ NOP”指令取出放到指令寄存器，第二個(gè) CPU周期中執(zhí)行該指令。因譯碼器譯出是“ NOP”指令，第二個(gè) CPU周期中操作控制器不發(fā)出任何控制信號(hào)。NOP指令可用來(lái)調(diào)機(jī)之用。 （六） JMP 21 指令 JMP指令的指令周期由兩個(gè) CPU周期組成。 1. 第一個(gè) CPU周期（取指令階段） CPU把 24號(hào)單元的“ JMP 21”指令取出放至指令寄存器， 同時(shí)程序計(jì)數(shù)器內(nèi)容加 1，變?yōu)?25，從而取下一條指令做好準(zhǔn)備。 2. 第二個(gè) CPU周期（執(zhí)行階段） CPU把指令寄存器中地址碼部分 21送到程序計(jì)數(shù)器，從而用新內(nèi)容 21代替 PC原先的內(nèi)容 25。這樣，下一條指令將不從 25單元讀出，而是從內(nèi)存 21單元開(kāi)始讀出并執(zhí)行，從而改變了程序原先的執(zhí)行順序。 注意： 執(zhí)行“ JMP 21”指令時(shí)，我們此處所給的四條指令組成的程序進(jìn)入了死循環(huán)，除非人為停機(jī)，否則這個(gè)程序?qū)o(wú)休止地運(yùn)行下去。 微程序控制器 一、基本概念 微程序控制器：所有控制信號(hào)皆由微程序及相關(guān)電路產(chǎn)生。 微操作：計(jì)算機(jī)最小且不可分解的操作。 微操作控制信號(hào)：控制微操作的信號(hào)。 微指令：若干個(gè)微命令的集合。 微命令：產(chǎn)生微操作控制信號(hào)的命令。 微程序：完成一條機(jī)器指令所需全部微指令的有序集合。 微控制存儲(chǔ)器：用來(lái)存放微程序的存儲(chǔ)器。 二、微程序控制器的工作過(guò)程 （一）結(jié)構(gòu) 1. 結(jié)構(gòu)框圖 它主要由 控制存儲(chǔ)器、微指令寄存器 和 地址轉(zhuǎn)移邏輯三大部分組成。 1. 控制存儲(chǔ)器 控制存儲(chǔ)器用來(lái)存放實(shí)現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀存儲(chǔ)器。一旦微程序固化，機(jī)器運(yùn)行時(shí)則只讀不寫(xiě)。其工作過(guò)程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；接著又讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令 …… 。讀出一條微指令并執(zhí) 行微指令的時(shí)間總和稱(chēng)為一個(gè)微指令周期。通常，在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只讀存儲(chǔ)器的工作周期?？刂拼鎯?chǔ)器的字長(zhǎng)就是微指令字的長(zhǎng)度，其存儲(chǔ)容量視機(jī)器指令系統(tǒng)而定，即取決于微程序的數(shù)量。對(duì)控制存儲(chǔ)器的要求是速度快，讀出周期要短。 微指令寄存器用來(lái)存放由控制存儲(chǔ)器讀出的一條微指令信息。其中微地址寄存器決定將要訪問(wèn)的下一條微指令的地址，而微命令寄存器則保存一條微指令的操作控制字段和判別測(cè)試字段的信息。 在一般情況下，微指令由控制存儲(chǔ)器讀出后直接給出下一條微指令的地址，通常我們簡(jiǎn)稱(chēng) 微地址 ，這個(gè)微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出現(xiàn)分支，那么下一條微指令的地址就直接由微地址寄存器給出。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時(shí)，意味著微程序出現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移。在這種情況下，通過(guò)判別測(cè)試字段 P和執(zhí)行部件的“狀態(tài)條件”反饋信息，去修改微地址寄存器的內(nèi)容，并按改好的內(nèi)容去讀下一條微指令。地址轉(zhuǎn)移邏輯就承擔(dān)自動(dòng)完成修改微地址的任務(wù)。 （二）工作過(guò)程 以執(zhí)行一條加法指令為例，它由四條微指令解釋執(zhí)行，一條微指令中的所有控制信號(hào)是同時(shí)發(fā)出的。每條微指令所需的控制信號(hào)如下： 1. 取指微指令 ⑴ 指令地址送地址總線； ⑵ 發(fā)訪存控制命令，從存儲(chǔ)器取指令送數(shù)據(jù)總線； ⑶ 指令送指令寄存器； ⑷ 程序計(jì)數(shù)器 +1。 2. 計(jì)算地址微指令 ⑴ 取兩個(gè)源操作數(shù)（計(jì)算地址用）； ⑵ 加法運(yùn)算； ⑶ 有效地址送地址寄存器； 3. 取數(shù)微指令 ⑴ 數(shù)據(jù)地址送地址總線； ⑵ 發(fā)訪存控制命令，從存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線； ⑶ 數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)寄存器； 4. 加法運(yùn)算和送結(jié)果微指令
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