计算机组成原理和结构图式（第三章 CPU子系统

 CPU设计步骤

（1）工作周期划分

在整个指令周期中，任何时候必须、且只能有一 个工作周期状态标志为“1”。

取指结束时，按操作码和寻址方式(R/非R寻址) 转相应工作周期。

按寻址方式(非R寻址)形成源地址，从M取出源操 作数，暂存于C。

按寻址方式(非R寻址)形成目的地址，或从M取出 目的操作数，暂存于D。

按操作码完成相应操作(传送、运算、取转移地址 送入PC、返回地址压栈保存)；

后续指令地址送入MAR。

IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服务程序前.

关中断、保存断点和PSW、转服务程序入口。

DMAT指CPU响应DMA请求后，到完成一次数据传送的时间。

DMA控制器接管总线权，控制数据直传。（由硬件完成）

（2）时钟周期（节拍）

灵魂之文1：

⭐⭐⭐⭐⭐

==》M->MDR->C不可以拆成两个节拍

==》C->MDR, MDR->M不可以合成两个节拍

设置一个总线周期的长度等于一个时钟周期，可根据需要扩展。

2）时钟周期数：一个工作周期中的时钟数可变。为工作周期划分单位。

用计数器T控制节拍数，将计数值译码，可产生节拍电位。

（3）工作脉冲P

每个时钟周期结束时设置一个脉冲。

二、CPU控制流程

三、指令流程图与操作时间表

拟定指令流程：确定各工作周期中每拍完成的具体操作（寄存器传送级）。

列操作时间表：列出每一步操作所需的微命令及产生条件。

（1）取指周期FT

1）进入FT的方式

初始化时置入FT

2）流程图

3）操作时间表

灵魂之文2：工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期结束时，5个时序打入命令都发。 

（2）传送指令

1）流程图

易忘：PC—>MAR

2）操作时间表

（3）双操作数指令

取目的数，暂存于D。

（4）单操作数指令

例：COM — (R0)

（5）转移-返回指令

例1：JMP R0；

例2：RST (SP)+；

例3：JMP X(PC)；

（5）转子指令

（1）组合逻辑控制器原理

1）组合逻辑控制方式的基本思想

综合化简产生微命令的条件，形成逻辑式， 用组合逻辑电路实现；

执行指令时，由组合逻辑电路在相应时间发 出所需微命令，控制有关操作。

2）控制器组成（不用记）

功能：产生全机所需的各种微命令

电位型

脉冲型

指示程序运行方式，反映程序运行结果。

3）控制器工作过程

4）组合逻辑控制方式的优缺点及应用

优缺点

产生微命令的速度较快。

设计不规整，设计效率较低；

应用场合：用于高速计算机，或小规模计算机。

（2）微程序控制器原理

1）基本思想：

微程序事先存放在控制存储器中，执行 机器指令时再取出。

2）组成原理

微地址形成电路

微程序入口地址：由机器指令操作码形成。

后续微地址：由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。

3)工作过程

提去公因式----公共操作

"首条微指令"----实际上是第二条

返回----回到公共操作--取址上

(1) 取机器指令->IR

(2) 转微程序入口 取首条微指令到uIR

(3) 执行首条微指令

(4) 取后续微指令到uIR

(5) 执行后续微指令

(6) 微程序执行完, 返回CM

4)微程序控制方式优缺点及应用

设计规整，设计效率高；

结构规整、简洁，可靠性高；

性价比高。

执行效率不高----未充分发挥数据 通路本身具有的 并行能力

应用范围

用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。

（1）基本原理

微程序与机器指令的对应关系

(2)机器指令的微程序实现

1.时序系统（了解即可）

2.微指令格式

1）格式（格式不计，各字段功能要记）

2）各字段功能

1》数据通路操作

AI（3位）：A输入选择 例（自己编）：000 R1-》A

BI（3位）

SM（5位）：ALU功能选择 S3S2S1oM

S：移位选择

ZO：结果分配

2》访存操作：EMAR、R、W

3》辅助操作 ST

4》顺序控制：指明微地址形成方式

3.微程序编制（不要求）