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计算机组成原理_-CPU子系统-模型机CPU-3-指令流程与微命令.ppt

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3.4.3 指令流程与微命令 R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC MDR SP PCA移位器BALUR2R0R1 MI/OCB内总线CR3DMARMDR IR PC SPPSWABDB控制逻辑 I/O请求clock1、数据通路中的微命令*/18(1)通路选择ALU功能：A/B选择器：移位选择：结果分配：R0~3/C/D/SP/CP→AR0~3/C/D/SP/PC/MDR →BS3S2S1S0、M、CI直传DM、左移SL、右移SR、节交换EXCPR0~3 / CPC / CPD / CPSP / CPPC / CPMDR / CPMAR/CPPSW R0~R3 R0~R3 C D C D SP PC MDR SP PCA移位器BALUR2R0R1内总线CR3DMARMDR PC SP图3-43 PSW*/18 MCBMARMDRABDB控制逻辑 I/O请求clockEMARSMDRR WEMDRIRSIR(2)访存操作※地址使能 EMAR0:MAR与地址线断开1:MAR输出到地址线※数据使能 EMDR0: MDR与数据线断开1: MDR输出到数据线※主存读写模式 R/W0/0:主存禁用0/1:写模式1/0:读模式※从数据总线DB置入：SMDR=1，DB→MDR； SIR=1，DB→IR*/18(3)I/O操作与PSW※时钟信号 CPPSW：01: 1 → PSW[4]其边沿信号驱动 iDB[19:16]→PSW[3:0] MCBABDB控制逻辑 I/O请求clockR WPSWST※中断标志位置入信号ST：10: 0 → PSW[4]CPPSWiDB[19:16]*/182、指令流程及微命令根据目标指令集和I/O请求，设计处理流程(1)各指令的公共操作FT：PC+1 PCM IR(2)对应微命令电位型微命令脉冲型微命令M IREMAR,R,SIRPC+1 PCPC A,A+1,DMCPPC其中“A+1”对应“SM=10010、C0=1”(暂不考虑时序信号)*/18操作时间表中各微命令的含义: 控制访存操作的微命令EMAR, R/W, SIR, …(2) 控制CPU内部数据通路操作微命令PCA, S3S2S1S0MC0, DM, CPPC, …(3) 控制时序切换的微命令需要结合控制系统才能表述。*/18❶ 传送指令FT0：M IR，1)流程图例1：MOV R0，R1；源数ET0：R1 R0PC MARET1：例2：MOV(R0),(R1)；FT0：M IR，PC+1 PCST0：R1 MARST1：M MDR CDT0：R0 MAR目的地址ET0：C MDRET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PC*/18形式地址取源操作数，暂存于C，需5步。PC+1 PCST0：PC MARDT1：M MDR CDT0：C MDR源数ET0：C+R1 MARET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PC例3：MOV X(R0),X(R1)；FT0：M IRM MDR CST1：ST2：ST3：ST4：PC MARM MDR D形地PC+1 PCDT2：DT3：D+R0 MAR目的地址取目的地址，暂存于MAR，需4步。源数送存储器，需3步。*/18FT0：M IR2)操作时间表例：MOV (R1)，(SP)+；SP MARM MDR CPC+1 PCCPPCST0：SP+1 SPEMARRSMDRMDR B输出BDMCPCSP AA+1DMCPSPEMARPC AA+1RSIRDMDMCPMAR输出ASP AST1：ST2：*/18ET1：MDR MPC MARET2：EMAR、W(EMDR)DMCPMAR输出APC ADT0：R1 MARDMCPMAR输出AR1 AET0：C MDRC B输出BDMCPMDR*/18❷ 双操作数指令取目的数，暂存于D。例：ADD X(R1),(PC)+ ；FT0：M IR，PC+1 PC立即数ST0：PC MARST1：M MDR CST2：PC+1 PCDT0：PC MARDT1：M MDR DDT2：PC+1 PC形式地址DT3：D+R1 MARDT4：M MDR D目的数ET0：C+D MDRET1：MDR MET2：PC MAR*/18❸ 单操作数指令FT0：M IR，例：COM -(R0)；DT0：R0-1 R0、MARDT1：M MDR DET0：ET1：MDR MET2：PC MARPC+1 PCD MDR*/18❹ 转移JMP/返回指令RST无条件转移SKPR(R)(R)+按R指示从M取转移地址,修改R。(SP)+X(PC)执行再下条指令。从R取转移地址。按R指示从M取转移地址。从堆栈取返回地址,修改SP。以PC內容为基准转移。(RST)条件转移:根据PSW[3:0]和IR[5,3:0]判断。*/18FT0：M IR，例1：JMP R0；SP+1 SP、MARM MDR PCET0：ET1：SP MARET2：R0 PCPC+1 PC例2：RST (SP)+；FT0：M IR，PC+1 PCET0：、MAR例3：JMP X(PC)；FT0：M IR，PC+1 PCET0：PC MARET1：M MDR C位移量ET2：PC+C PC、MAR*/18SP-1 SPMDR MST1：PC MDR在ST形成子程序入口；在ET保存返回地址，并转到子程序入口。ST0：、MAR例：JSR(R2)FT0：M IR，PC+1 PCET0：R2 MARET1：M MDR C子程序入口C PC、MAR返回地址压栈ET2：ET3：无条件转子：R(R)(R)+(SP)+(PC)+入口在R中❺ 调用子程序(转子)指令JSR入口在M中入口在M堆栈容易被遗漏*/18❻ 中断隐指令IT0：0 PSW[4]，SP-1 SP/MARIT1：PC MDRIT2：MDR MIT3：形成向量地址→MARIT4：M→MDR →PC/MAR*/183、指令集的微命令归纳指令执行过程所需的微命令，取决于：数据通路结构；基于数据通路设计的指令流程；指令执行所需的微命令，归纳如表3-12所示：选择器A的控制信号AI：0→A、Ri→A、C/D/SP/PC→A选择器B的控制信号BI：0→B、Rj→B、C/D/MDR →B其中的Ri=R0~3/SP/PC,由IR[5:3]给定其中的Rj=R0~3/SP/PC，由IR[11:9]给定ALU功能控制SM: A减1等共9种；ALU进位控制CI：0→C0、1→C0、PSW[0]→C0*/18移位器控制信号S：DM、SL、SR、EX脉冲型微命令CP：无、CPRi\CPRj\CPC\CPD\CPMARCPMDR\CPPC\CPSP访存控制：EMAR\W(EMDR)\R(SMDR)IR和PSW的辅助控制ST：无,0→PSW[4],1→PSW[4],SIR上述是直接根据指令流程归纳的微命令，设计控制系统时需要先对这些微命令编码，见教材。对比数据通路，其中Ri→A,Rj→B、CPRi和CPRj属于间接信号，需结合指令中的寄存器编号，才能确定部件的直接控制信号(见表3-13、3-14)→设计控制系统的依据*/18 关 键 词： cpu 子系统 模型 指令 原理 组成 流程 命令 计算机

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