【正文】 20位長度的實際地址，從而可使主存具有一兆字節(jié) (2的 20次方 =1M)的尋址能力。 當處理 8位數(shù)時，四個 16位數(shù)據(jù)寄存器可變作八個 8位寄存器使 堆棧指針 SP用來指示堆棧操作時堆棧在主存的位置，但是 SP必須與堆棧段寄存器 SS一起使用 。 寄存器能處理 16位數(shù)據(jù)，所以最上面 4個寄存器是 16位數(shù)據(jù)寄存器，用以暫存 16位的操作數(shù)。采用 40條引線封裝，單相時鐘，電源為 5V 8088CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： CPU從功能上來說分成兩大部分 : 總線接口單元 BIU 負責與存儲器和外圍設(shè)備接口 。它可以處理 16位數(shù)據(jù) (具有 16位運算指令，包括乘除法指令 )，也可以處理 8位數(shù)據(jù)。STA 其中 M M M3是三個節(jié)拍電位信號； T T4為時鐘周期信號；ADD、 STA、 JMP是指令 OP字段譯碼器的輸出信號。T 4 RD = M1+M3T 3+M3(ADD+STA)T 2+M2(ADD+STA) [例 4] 圖 ,注意 T脈沖的順序。 設(shè)計微操作控制信號的方法和過程是，根據(jù)所有機器指令流程 尋找出產(chǎn)生同一個微操作信號的所有條件，并與適當?shù)墓?jié)拍電位和節(jié)拍脈沖組合，從而寫出其布爾代數(shù)表達式并進行簡化，然后用門 為了防止遺漏，設(shè)計時可按信號出現(xiàn)在指令流程圖中的先后次序書寫，然后進行歸納和簡化。當然在這種情況下，節(jié)拍信號發(fā)生器的電 節(jié)拍電位信號的產(chǎn)生電路與節(jié)拍脈沖產(chǎn)生電路十分類似，它可以在節(jié)拍脈沖信號時序器的基礎(chǔ)上產(chǎn)生，運行中以循環(huán)方式工作，并與節(jié)拍脈沖保持同步。這對短指令來講，在時間的利用上是浪費的，因而也降低了 CPU的指令執(zhí)行速度，影響到機器的速度指標。 圖中 M M M3為三個節(jié)拍電位信號，用于定時。因為在一個指令周期中要順序執(zhí)行一系列微操作，需要設(shè)置若干節(jié)拍電位來定時。 優(yōu)點： 速度快 缺點： 邏輯復(fù)雜，不便形成系列機。 邏輯網(wǎng)絡(luò) N的輸出信號 就是微操作控制信號，它用來對執(zhí)行部件進行控制。 這種邏輯電路是一種由門電路和觸發(fā)器構(gòu)成的復(fù)雜樹形邏輯網(wǎng)絡(luò)，故稱之為硬布線控制器 。這種方法 是把控制部件看作為產(chǎn)生專門固定時序控制信號的邏輯電路 ，而此 邏輯電路以使用最少元件和取得最高 操作速度為設(shè)計目標。這種技術(shù)又稱為 仿真其他機器指令系統(tǒng) ，以便擴大機器的功能。 當采用 EPROM作為控制存儲器時，還可以通過改變微指令和微程序來改變機器的指令系統(tǒng)，這種微程序設(shè)計技術(shù)稱為動態(tài)微程序設(shè)計。 011 微程序設(shè)計技術(shù)有 靜態(tài)微程序設(shè)計 和 動態(tài)微程序設(shè)計 之分。垂直型微指令則相反。 (1)水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指 (2)水平型微指令執(zhí)行一條指令的時間短，垂直型微指令執(zhí)行時間長。 9位 D字段不足以表示一個完整的微地址，但可以用來替代現(xiàn)行 μPC的低位地址。13—15位為微操作碼(下同 )，源寄存器和目標寄存器編址各 5位，可指定 31個寄存器。存儲器編址是指按規(guī)定的尋址方式進行編址。 (1)寄存器 寄存器傳送型微指令 (2)運算控制型微指令 其功能是選擇 ALU的左、右兩輸入源信息，按 ALU字段所指定的運算功能 (8種操作 )進行處理，并將結(jié)果送入暫存器中。 微指令格式 下面舉 4條垂直型微指令的微指令格式加以說明。它有操作碼，在一條微指令中只有 1—2個微操作命令 ，每條微指令的功能簡單，因此，實現(xiàn)一條機器指令的微程序要比水平型微指令編寫的微程序長得多。 微指令中設(shè)置微操作碼字段，采用微操作碼編譯法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能 ，稱為 垂直型微指令 。 微指令的格式大體分成兩類： 水平型微指令 和 垂直型微指令 一次能定義并執(zhí)行多個并行操作微命令的微指令 ，叫做 水平型微指令 。T4 由于從觸發(fā)器強置端修改，故前 5個表達式可用“與非”門實現(xiàn)，最后一個用“與或非”門實現(xiàn)。T4+P2T4 μA0=P1T4 μA1=P1T4 μA2=P1T4 μA3=P1T4 μA4=P3 另外還要考慮時間因素 T4(假設(shè) CPU周期最后一個節(jié)拍脈沖 )，故轉(zhuǎn)移邏輯表達式 μA5=P3 【 解 】 按所給設(shè)計條件，微程序有三種判別測試，分別為 P1， P2， P3。 多路轉(zhuǎn)移方式的特點是 ：能以較短的順序控制字段配合，實現(xiàn)多路 微地址的形成方法 【 例 3】 微地址寄存器有 6位 (μA5μA0)，當需要修改其內(nèi)容時，可通過某一位觸發(fā)器的強置端 S將其置“ 1”。 在多路轉(zhuǎn)移方式中，當微程序不產(chǎn)生分支時，后繼微地直接由微指令的順序控制字段給出；當微程序出現(xiàn)分支時，有若干“候選”微地址可供選擇：即按順序控制字段的“判別測試”標志和“狀態(tài)條件”信息來選擇其中一個微地址。但是多路并行轉(zhuǎn)移功能較弱，速度較慢，靈活性較差。 順序執(zhí)行時， μPC ＋ 1－＞ μPC。 微指令執(zhí)行的順序控制問題，實際上是如何確定下一條微指令的地址問題。 這種方法是把直接表示法與字段編碼法混合使用，以便能綜合 另外 在微指令中還可附設(shè)一個常數(shù)字段。 缺點 ：增加譯碼電路，使微程序的執(zhí)行速度稍稍減慢 。 微命令編碼 優(yōu)點 ：可以用較小的二進制信息位表示較多的微命令信號，可使微指令字大大縮短。 優(yōu)點 : 簡單直觀，其輸出直接用于控制。 R0， R1 R2， R3 R2， R3 R0SA R1SB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 SA+ SB R1 R3SA R2SB SA SB R3 R2SA 0SB ,SA+ SB R3 (1) 有利于縮短微指令字長度 (2) 有利于減小控制存儲器的容量 (3) 有利于提高微程序的執(zhí)行速度 (4) 有利于對微程序的修改 (5) 有利于提高微程序設(shè)計的靈活性 微程序設(shè)計的第一步是要設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)，應(yīng)當追求的目標是： 微程序設(shè)計技術(shù) 微命令編碼 對微指令中的操作控制字段采用的表示方法 。 根據(jù)給定的微指令周期時間關(guān)系，完成 ADD， SUB指令的執(zhí)行動作需要 3條微指令， MOV指令只需 2條微指令。 其中未考慮“取指周期”和順序控制問題，也即微程序僅考慮“執(zhí)行周期”，微指令序列的順序用數(shù)字標號標在每條微指令的右上角。其中讀ROM是從控存中讀出一條微指令時間，為 1μs； ALU工作是加法器做加法運算，為 500ns； m1是讀寄存器時間，為 500ns； m2是寫寄存器的工作脈沖寬度，為 100ns。 機器指令與微指令的關(guān)系 【 例 2】 設(shè)某計算機運算器框圖如圖 (a)所示，其中 ALU為 16位的加法器 (高電平工作 )， SA,SB為 16位暫存器。 ，曾講述了指令與機器周期概念，并歸納了五條典型指令的指令周期 ,并演示了這五條指令的微程序流程圖， 每一個 CPU周期就對應(yīng)一條微指令。簡言之， 一條機器指令所完成的 操作劃分成若干條微指令來完成，由微 指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址 的一一對應(yīng)關(guān)系來看，前者與 內(nèi)存儲器 有關(guān)，后者與 控制存儲器 有關(guān)。 CPU周期與微指令周期的關(guān)系 【 問 】 一會兒取機器指令，一會兒取微指令，它們之間到底是什么關(guān)系 ? 【 解 】 ， 這個微程序是由若干條微指令序列組成的。 如忽略觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)延遲，那么下條微指令的微命令信號就從 T1上升沿起就開始有效，直到下一條微指令讀出后打入微指令寄存器為止。可用 T4上升沿將運算結(jié)果打入某個寄存器。 四條微指令的編碼如下： 在串行方式的微程序控制器中 : 微指令周期 = 讀出微指令的時間 + 執(zhí)行該條微指令的時間 下圖示出了某小型機中 CPU周期與微指令周期的時間關(guān)系： 一個 CPU周期為 ，它包含四個等間隔的節(jié)拍脈沖 T1—T4，每個脈沖寬度為 200ns。 若 Cy=0，則不應(yīng)該加 6，故由 P2對下址字段進行修改，改為0001，將不該加的 6重新減去，所以要執(zhí)行第四條指令。 (2) 第二條微指令的工作是完成 a+b，即 R1+R2R2， 對應(yīng)的微命令為： 所以第二條微指令的二進制編碼是 010 100 100 100 00000 00 1001 因此時 P1P2均為 0，所以下一條微指令的地址由下址字段決定即1001。 從流程圖可見，“十進制加法”指令對應(yīng)的微程序由四條微指令組成，每一條微指令用一個方框表示。 一條機器指令對應(yīng)一個微程序，而微程序的總和便可實現(xiàn)整個指令系統(tǒng)。 微指令由控制存儲器讀出后直接給出下一條微指令的地址，即微地址 ，這個微地址信息就存放在微地址寄存器中。 μIR 作用 ：用來存放由控制存儲器讀出的一條微指令信息。 微指令的構(gòu)成： 操作控制字段 + 順序控制字段 ’ ’ ’ 微指令和微程序 由 控制存儲器、微指令寄存器 和 地址轉(zhuǎn)移邏輯 三大部分組成。 微程序 實現(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。 微操作類型 — 相容性 在同時或同一 CPU周期內(nèi)可并行執(zhí)行的操作 相斥性 不能在在同時或同一 CPU周期內(nèi)可并行執(zhí)行的操作 控制部件與執(zhí)行部件通過 控制線 和 反饋信息 進行聯(lián)系。 微操作 執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。 微程序控制器的基本思想： 仿照通常的解題程序方法，把操作控制信號編成所謂的“微指令”存放在只讀存儲器里，當機器運行時，逐條地讀出這些“微指令”，從而產(chǎn)生全機所需要的各種微操作控制信號，使相應(yīng)部件執(zhí)行規(guī)定的操作。 情況（ 1） 大部分操作序列安排在固定的機器周期中，對某些時間難以確定的操作則以執(zhí)行部件的“回答”信號作為本次操作的結(jié)束； 情況（ 2） 機器周期的節(jié)拍脈沖數(shù)固定，但是各條指令周期的機器周期數(shù)不固定。這意味著每條指令的指令周期可由多少不等的機器周期數(shù)組成；也可以是當控制器發(fā)出某一操作控制信號后，等待執(zhí)行部件完成操作后發(fā)“回答”信號，再開始新的操作。 (3)中央控制與局部控制結(jié)合。根據(jù)不同情況，同步控制方式可選取如下方案： (1)采用完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令。 低電平觸 發(fā) 控制方式 即控制不同操作序列時序信號的方法。 注意： 由于啟停是隨機的，所以必須確保時序從 T1開始，到 T4才結(jié)束。 時序信號產(chǎn)生器 3. 節(jié)拍脈沖和讀寫時序的譯碼 T1o=C1C2 T2o=C2C3 T3o=C3 T4o=C1 一個 CPU周期產(chǎn)生四個等間隔節(jié)拍脈沖 讀寫時序的譯碼邏輯表達式： RDo=C2RD’ WEo=C3WE’ 4. 起?？刂七壿? 一旦接通電源，就會產(chǎn)生原始的節(jié)拍電位信號 T1o~ T4o，然而只有在啟動機器運行的情況下，才允許時序產(chǎn)生器發(fā)出 CPU工作所需的節(jié)拍脈沖，為此需要由啟停控制邏輯來控制 T1o~ T4o的發(fā)送。 組成： 循環(huán)移位寄存器或計數(shù)器 結(jié)構(gòu)隨機型的不同異，微程序控制器中使用的時序信號產(chǎn)生器最簡單，其組成包括： 時鐘源、 環(huán)形脈沖發(fā)生器、 節(jié)拍脈沖和 讀寫時序譯碼邏輯 啟?？刂七壿? 作用： 產(chǎn)生頻率穩(wěn)定且電平匹配的方波時鐘脈沖信號，供環(huán)形脈沖發(fā)生器。同樣，一個節(jié)拍電位表示一個 CPU周期的時間，它包含若干個節(jié)拍脈沖 (時鐘周期 )，節(jié)拍脈沖把一個 CPU周期分成幾個較小的時間隔，這時間間隔可是相等，也可以不相等。一個節(jié)拍電位表示一個 CPU周期的時間，它包含若干個節(jié)拍脈沖，一個主狀態(tài)周期又可包含若干個節(jié)拍電位。由 總之，計算機的協(xié)調(diào)動作需要時間標志，而時間標志則是用 時序信號 來體現(xiàn)的。為此，需要采用 多級時序 [思考 ] 用二進制碼表示的指令和數(shù)據(jù)都放在內(nèi)存里，那 么 CPU是怎樣識別出它們是數(shù)據(jù)還是指令呢 ? 從 時間 上來說，取指令事件發(fā)生在指令周期的第一個 CPU周期中，即發(fā)生在“ 取指令 ”階段，而取數(shù)據(jù)事件發(fā)生在指令周期的后 面幾個 CPU周期中，即發(fā)生在“ 執(zhí)行指令 ”階段。與 ADD指令不同的是：在執(zhí)行指令階段，微操作控 時序產(chǎn)生器和控制方式 時序信號的作用和體制 時序信號 CPU中一個類似“ 作息時間 ”的東西，使計算機可以準確、迅速