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1、哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院 姚爱红 本节采用组合逻辑控制方式进一步设计模型机 的控制器逻辑，包括安排时序、拟定指令流程 与微命令序列、形成控制逻辑等。 3.5 组合逻辑控制方式 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 2 组合逻辑控制器的时序划分一般组合逻辑控制器的时序划分一般 3.5.1时序控制方式 即时序信号与操作的关系 采用三级时序系统：采用三级时序系统： 指令周期 工作周期1 工作周期2 工作周期n 指令周期 工作周期1 工作周期2 工作周期n 时钟周期1 时钟周期2 时钟周期m 时钟周期1 时钟周期2 时钟周期m . 工作脉冲1 工作脉冲2 工作脉冲k 工作脉冲1 工作脉冲
2、2 工作脉冲k . (节拍1) (节拍2) (节拍m) (节拍1) (节拍2) (节拍m) 时序关系举例： 晶振输出 工作周期1 工作周期2 工作周期3 时钟T1 工作脉冲P 时钟T2 指令周期 控制不同阶段操作时间 控制分步操作时间 对微操作定时 取指 执行 取数 取出指令 修改PC 打入IR打入PC 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 4 模型机时序系统设计 （1）工作周期 取指周期FT 用于指令正常执行 设置6个触发器分别 作为各周期状态标志 源周期ST 目的周期DT 执行周期ET 中断周期IT DMA周期DMAT 用于I/O传送控制 1 工作周期开始 0 工作周期结束 在整个指令
3、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”。 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 5 1）取指周期FT 从M取出指令并译码； 公操作 修改PC。 3）目的周期DT 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。 2）源周期ST 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。 （1）工作周期（续） 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 6 5）中断周期IT 关中断、保存断点和PSW、转服务程序入口。 由硬件完成 IT指CPU响应中断请求后，到执行中断服务程序
4、前。 6）DMA周期DMAT DMAT指CPU响应DMA请求后，到传送完一次数据。 DMA控制器接管总线权，控制直传。 由硬件完成 4）执行周期ET 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。 （1）工作周期（续） 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 7 1）时钟周期时间： 一次从M读出，并经数据通路传送的操作；或 一次数据通路传送操作；或 一次向M写入的操作 （2）时钟周期(节拍)T 1微秒 完成一步操作： 模型机以访存时间作为一步操作时间。一个总线 周期等于一个时钟周期，可根据需要扩展。 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱
5、红 8 2）时钟周期数： 每个工作周期第一拍T=0， 每开始一个新节拍T计数， 工作周期结束时T清0。 一个工作周期中的时钟数可变。 用计数器T控制节拍数 将计数值译码，可产生节拍电位。 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 9 每个时钟结束时设置一个脉冲。 （3）工作脉冲P 1S T P 打入寄存器进行时序转换 （周期状态设置/清除 时钟T计数/清除） （4）控制流程(工作周期转换) FTFT 双双单转单转 SRSR STST DRDR DTDT ETET DMATDMAT DMA请求？DMA请求？ 中断请求？中断请求？ ITIT SR DR Y N SR DR Y N Y N Y N
6、哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 11 3.5.2指令流程图与操作时间表3.5.2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。 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。 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 12 （1）取指周期（1）取指周期FT 初始化时置入FT， FT 初始化时置入FT， 1）进入1）进入FTFT的方式的方式 FTFT SR DC QQ SR DC QQ 总清总清 1
7、1 程序正常运行时同步打入FT。程序正常运行时同步打入FT。 1 FT1 FTCPFTCPFT 初始化置入 复位初始化 运算过程中 同步打入 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 13 FTFT 双双单转单转 SRSR STST DRDR DTDT ETET DMATDMAT DMA请求？DMA请求？ 中断请求？中断请求？ ITIT SR DR Y N SR DR Y N Y N Y N ()()ITDMATDMATITITDMATETFT+=11111 （1）取指周期（1）取指周期FTFT 2）流程图 1 ST1 ST FT0： PC+1 PC FT0： PC+1 PC M IRM IR
8、 3）操作时间表 FT0：电位型微命令脉冲型微命令 M IRM IREMAR, R, SIR PC+1 PC EMAR, R, SIR PC+1 PCPC A,PC A,A+1,DMCPPC 1 DT A+1,DMCPPC 1 DT 1 ET1 ET 或 或 CPFT( P)或 或 CPFT( P) CPST( P)CPST( P) CPDT( P)CPDT( P) CPET( P)CPET( P) CPT ( P)CPT ( P) 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。 转 换 4）时序关系4）时序关系 FT0： EMAR PC A FT0： EMAR PC
9、 A S3 DM S3 DM S2S2 S1S1 S0S0 M M C0C0 1 ST1 ST CPPC CPFT( P) CPPC CPFT( P) CPST( P)CPST( P) CPDT( P)CPDT( P) CPET( P)CPET( P) T+1T+1 FT0： 1 FT FT0： 1 FT CPT ( P)CPT ( P) （2）传送指令2）传送指令 FT0：M IR，FT0：M IR， 1）流程图 例1：MOV R0，R1； 1）流程图 例1：MOV R0，R1； 源数源数 ET0：R1 R0ET0：R1 R0 PC MARPC MARET1：ET1： 例2：MOV(R0),
10、(R1)；例2：MOV(R0),(R1)； FT0：M IR，FT0：M IR，PC+1 PCPC+1 PC ST0：R1 MARST0：R1 MAR ST1：M MDR CST1：M MDR C DT0：R0 MARDT0：R0 MAR 目的地址目的地址 ET0：C MDRET0：C MDR ET1：MDR MET1：MDR M ET2：PC MARET2：PC MAR PC+1 PCPC+1 PC 形地形地 取源操作数， 暂存于C， 需5步。 取源操作数， 暂存于C， 需5步。 PC+1 PCPC+1 PC ST0：PC MARST0：PC MAR DT1： M MDR C DT1： M
11、MDR C DT0： C MDR DT0： C MDR 源数源数 ET0： C+R1 MAR ET0： C+R1 MAR ET1：MDR MET1：MDR M ET2：PC MARET2：PC MAR PC+1 PCPC+1 PC 例3：MOV X(R0),X(R1)；FT0： M IR例3：MOV X(R0),X(R1)；FT0： M IR M MDR CM MDR C ST1： ST2： ST3： ST4： PC MAR ST1： ST2： ST3： ST4： PC MAR M MDR DM MDR D 形地形地 PC+1 PCPC+1 PCDT2： DT3：D+R0 MAR DT2： D
12、T3：D+R0 MAR 目的地址目的地址 取目的地址， 暂存于MAR， 需4步。 取目的地址， 暂存于MAR， 需4步。 源数送存储器， 需3步。 源数送存储器， 需3步。 FT0：M IRFT0：M IR 2）操作时间表 例：MOV (R1)，(SP)+； 2）操作时间表 例：MOV (R1)，(SP)+； SP MARSP MAR M MDR CM MDR C PC+1 PCPC+1 PCCPPCCPPC ST0： SP+1 SP ST0： SP+1 SP EMAR R SMBREMAR R SMBR MDR BMDR B 输出B DM CPC SP A 输出B DM CPC SP AA+
13、1 DM CPSPA+1 DM CPSP EMAREMAR PC APC A A+1A+1 RSIRRSIR DMDM1 ST1 ST CPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P) CPT(P)CPT(P) DM CPMAR输出ASP ADM CPMAR输出ASP AT+1 CPT(P) T+1 CPT(P) T+1 CPT(P)T+1 CPT(P) ST1： ST2：1 DT ST1： ST2：1 DT CPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P) CPT(P)CPT(P) ET1： MDR MET1： MDR M PC MARPC MARET2： EMARWT+1
14、CPT(P) ET2： EMARWT+1 CPT(P) DM CPMAR输出APC ADM CPMAR输出APC A1 FT1 FT CPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P) CPT(P)CPT(P) DT0： R1 MARDT0： R1 MAR DM CPMAR输出AR1 ADM CPMAR输出AR1 A T+1 CPT(P) T+1 CPT(P) 1 ET1 ET CPFT(P)CPFT(P)CPET(P)CPET(P) ET0： C MDRET0： C MDRC BC B 输出B DM CPMDR输出B DM CPMDR CPT(P)CPT(P) 哈尔滨工程大学计算机科学
15、与技术学院姚爱红 20 MOV指令流程图 （3）双操作数指令（3）双操作数指令 取目的数，暂存于D。取目的数，暂存于D。 例：ADD X(R1),(PC)+ ；例：ADD X(R1),(PC)+ ； FT0：M IR，FT0：M IR，PC+1 PCPC+1 PC 立即数立即数 ST0：PC MARST0：PC MAR ST1：M MDR CST1：M MDR C ST2：PC+1 PCST2：PC+1 PC DT0：PC MARDT0：PC MAR DT1：M MDR DDT1：M MDR D DT2：PC+1 PCDT2：PC+1 PC 形式地址形式地址 DT3：D+R1 MARDT3：D
16、+R1 MAR DT4：M MDR DDT4：M MDR D 目的数目的数 ET0： C+D MDRET0： C+D MDR ET1： MDR MET1： MDR M ET2： PC MARET2： PC MAR 哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红 22 （4）单操作数指令（4）单操作数指令 FT0：M IR，FT0：M IR， 例：COM -(R0)；例：COM -(R0)； DT0：R0-1 R0DT0：R0-1 R0 、MAR DT1：M MDR D 、MAR DT1：M MDR D ET0： ET1：MDR M ET0： ET1：MDR M ET2：PC MARET2：PC MAR PC+1 PCPC+1 PC D MDRD MDR 0110 0110 000000000000 000000 01
