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1、1,第七章 控制器,7.1 控制器的组成及指令的执行 7.2 控制方式和时序的产生 7.3 微程序控制器 7.4 微程序控制器及其微程序设计举例 7.5 硬布线控制器 7.6 流水线的基本原理 7.7 Pentium CPU 本章小结 作业,2,7.4 微程序控制器及其微程序设计举例,一、模型机系统组成 二、模型机微程序控制器组成 三、模型机微程序设计,3,一、模型机系统组成,5,一、模型机系统组成,存储器 一片6116芯片构成，容量2568位。 输入设备 8位逻辑开关：用于输入二进制程序和数据。 输出设备 8位LED显示灯：用于显示数据。 控制器 采用微程序控制器。 微指令24位，采用下址字
2、段法，下址7位。 控存容量：12824位。,6,二、模型机微程序控制器组成,(一)时序电路单元（CLOCK UNIT） (二)计数器与地址寄存器单元(ADDRESS UNIT) (三)指令寄存器单元（INS UNIT） (四)微控器单元（MAIN CONTROL UNIT）,7,(一)时序电路单元（CLOCK UNIT）,功能：根据主频经过消抖电路产生四个等间隔的节拍信号TS1、TS2、TS3、TS4 ，构成一个CPU周期。 微动开关START和连续/单步开关RUN#/STEP的控制： RUN#/STEP开关=0（RUN）时，按动START开关，则产生连续的节拍信号TS1TS4； 当RUN#/
3、STEP开关=1（STEP）时，每按动 START开关一次，则产生一组时序信号TS1TS4。 单脉冲产生及消抖电路 每按动一下微动开关KK2，就产生一个稳定的单脉冲（包括一正一负），并通过排针形式引出。,8,时序电路原理图,9,时序信号波形图,10,(二)计数器与地址寄存器单元,1.地址寄存器AR 由一片74LS273构成，其输入端将总线单元（BUS UNIT）的D7-D0输入到AR，输出端接至存储器地址A7-A0，并用地址灯显示A7-A0。 控制信号： B-AR，联机时T3时刻上升沿有效，将总线数据打入AR。,11,地址寄存器AR电路原理图,12,2.程序计数器PC,由两片计数器74LS16
4、1（4位）构成，输入端接自总线单元（BUS UNIT）的D7-D0，输出端则通过一片三态缓冲器74LS245输出至总线。 PC的操作与控制： PC清零：CLR开关的负脉冲将使PC清零； PC置数：则需要控制信号PC+1=上升沿且B-PC#=0； PC加1计数：则需要PC+1=上升沿。 PC送数至总线：则需要PC-B=0。,13,程序计数器PC的电路原理图,14,(三)指令寄存器单元（INS UNIT）,1、指令寄存器IR 2、指令译码电路（后继微地址转移控制逻辑） 3、寄存器译码电路,15,1.指令寄存器IR,由一片74LS273构成： 其输入端接自总线单元（BUS UNIT）的D7-D0。
5、输出端为I7I0即指令码，操作码供INS UNIT单元的指令译码电路使用，寄存器地址字段SR、DR供寄存器译码电路使用。 控制信号：B-IR，在T3节拍有效，将数据总线上的数据（指令码）打入IR。 电路原理图：,16,3.寄存器译码电路,对于控制器来说，指令MOV R0,R1和MOV R2,R0是同一条指令，执行的是同一段微程序，微指令发送的是一样的控制信号。但如何区分不同的寄存器号？ 方法是通过寄存器译码电路，依据指令的DR和SR字段，将微控器发出的统一的寄存器控制信号，翻译为具体的不同的寄存器控制信号。 输入信号有： B-DR、DR-B#、SR-B#、SI-B#：来自微控器单元MAIN C
6、ONTROL UNIT。 指令码I3-I0：来自指令寄存器(即SR、DR字段) 输出信号为：(送至寄存器单元REG UNIT) 寄存器打入脉冲：B-R0、B-R1、B-R2、B-SP。 寄存器输出控制：R0-B#、R1-B#、R2-B#、SP-B#。,17,寄存器译码电路原理图,18,寄存器控制信号的定义,19,寄存器控制信号的产生逻辑,20,(四)微控器单元（Main control unit）,构成框图 1、控制存储器CM 2、控存地址寄存器CMAR 3、微指令寄存器IR 4、微指令译码器 5、其他相关实验设备,21,构成框图,22,1.控制存储器CM,构成：CM由3片2816（2K8位）
7、组成，存放24位的微指令。3片2816的高位地址A10A7均接地，所以控存的实际容量为12824位，即可以存放128条微指令。 控存的地址输入A6A0：即微地址MA6MA0， 控存的地址端接有7个微地址显示灯，显示微地址。 手动编程“PROM”或校验“READ”状态下：由微地址锁存器AR提供。 运行“RUN” 状态下：经后继微地址修改逻辑修改后，由CMAR来提供。 联机状态下：由PC机控制送出。,23,1.控制存储器CM,控存的数据输入/输出： 控存的数据端接有24位的微代码显示灯，显示微指令。 手动“编程PROM”状态下：用24位微代码开关写入数据。 手动校验“READ”状态下：读出24位微
8、代码，并显示。 联机状态下：由PC机控制控存的读写数据。 控存中的24位微码，高16位送微指令寄存器IR保存并译码，低7位（下址字段）则送CMAR。 控存的片选信号CS#、输出使能OE#、写使能WE#：均由GAL芯片根据编程开关的状态及联机的情况控制产生并输出。,24,2.控存地址寄存器CMAR,功能：保存当前微指令的下址字段，并在T4节拍进行修改，产生下一条微指令的地址送控存。 构成：由四片74LS74（2个带清零预置端的触发器）和一片74LS245（8位三态缓冲器）连接而成 74LS74的CLK接T2信号，清零端均接CLR开关，预置端则分别接自后继微地址转移逻辑的输出信号SE6#SE0#。
9、 在T2节拍，CMAR置数。 机器复位时（CLR开关1 0 1），CMAR清零，即微程序从0号微地址处开始执行。 当SEi#=0时，相应的MAi被置1。,25,2.控存地址寄存器CMAR,CMAR输入端：接自控存CM的数据输出端的最低7位MA6MA0，T2节拍时打入（即保存当前微指令的下址字段）。 CMAR输出端：CMAR中的MA6MA0 ，在T4节拍经过预置端SE6#SE0#的修改，形成输出信号，作为后继微地址送至控存的地址输入端，以寻址下条微指令。,26,3.微指令寄存器IR,功能：存放从控存CM中读出的高16位的微码M23M8（低7位M6M0是下址字段，M7为空）。 构成：它是由两片74
10、LS273（8位寄存器）组成的。 IR的清零端CLR# ：接自CLR开关，即在总清时，使IR清零。 数据输入端：接自控存的数据I/O端（高16位）； 数据输出端： 一面以排针M13M8的形式直接引出； 另一面，M23M14另送微指令译码器进行译码。,27,4.微指令译码器,功能：根据微指令的格式及各字段的定义，将IR送来的编码字段进行译码，产生全机所需要的各种微操作控制信号，以实现该条微指令功能。 构成：由两片74LS138和二片GAL芯片组成。,28,5.其他相关实验设备,微代码输入开关MK23MK0：通过三片三态缓冲器74LS245（8位）接在控存的数据输入/输出端上，用于手动拨入24位微
11、码 微代码显示灯MD23MD0：接在控存的数据输入/输出端上，用于指示当前读出的微指令的24位微码。 微地址显示灯A5A0：接在控存的地址输入端上，用于指示下条微指令的7位微地址(修改过的后继微地址)。 编程开关：有三种状态：PROM（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。 总控单元：根据编程开关的状态，其控制电路协同单片机一起产生本单元中各芯片的控制或使能信号，通过这种控制，来实现各种不同的手动和联机操作。,29,编程开关的三种工作状态,编程开关处于编程状态“PROM”时：可以实现手动输入微码，此时，控存执行写操作，控存的地址由微地址锁存器AR提供，控存的数据则由24位的微代码开关输入 编程开关处于校验状态“READ”时：可以实现手动校验微码，此时，控存执行读操作，控存的地址由微地址锁存器AR提供，控存的数据则由24位的微代码显示灯显示输出 编程开关处于运行状态“RUN”时：可以实现运行微程序，此时，控存执行的是读操作，控存的地址是由后继微地址修改逻辑提供的，控存的数据则一面由24位的微代码显示灯显示输出，一面在时钟控制下送至IR并译码产生微操作控制信号。,30,作业,P243: 1,2,3,4,6 9,10,11,12,13,15,16,17,18,31,The End !,
