CPU周期与微指令周期的关系.ppt

5 4 5CPU周期与微指令周期的关系 在串行方式的微程序控制器中 微指令周期 读出微指令的时间 执行该条微指令的时间为了保证整个机器控制信号的同步 可以将一个微指令周期时间设计得恰好和CPU周期时间相等 下图示出了某小型机中CPU周期与微指令周期的时间关系 分析 一个CPU周期为0 8 s 它包含四个等间隔的节拍脉冲T1 T4 每个脉冲宽度为200ns 用T4作为读取微指令的时间 用T1 T2 T3时间作为执行微指令的时间 例如 在前600ns时间内运算器进行运算 在600ns时间的末尾运算器已经运算完毕 可用T4上升沿将运算结果打入某个寄存器 与此同时可用T4间隔读取下条微指令 经200ns时间延迟 下条微指令又从只读存储器读出 并用T1上升沿打入到微指令寄存器 如忽略触发器的翻转延迟 那么下条微指令的微命令信号就从T1上升沿起就开始有效 直到下一条微指令读出后打入微指令寄存器为止 因此一条微指令的保持时间恰好是0 8 s 也就是一个CPU周期的时间 5 4 6机器指令与微指令的关系 问 一会儿取机器指令 一会儿取微指令 它们之间到底是什么关系 解 1 一条机器指令对应一个微程序 这个微程序是由若干条微指令序列组成的 因此 一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的 简言之 一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成 由微指令进行解释和执行 2 从指令与微指令 程序与微程序 地址与微地址的一一对应关系来看 前者与内存储器有关 后者与控制存储器有关 与此相关 也有相对应的硬设备 请参见CAI演示 3 我们在讲述本章5 2节时 曾讲述了指令与机器周期概念 并归纳了五条典型指令的指令周期 并演示了这五条指令的微程序流程图 每一个CPU周期就对应一条微指令 这就告诉我们如何设计微程序 也将使我们进一步体验到机器指令与微指令的关系 例2 设某计算机运算器框图如图28 a 所示 其中ALU为16位的加法器 高电平工作 SA SB为16位暂存器 4个通用寄存器由D触发器组成 Q端输出 其读 写控制功能见下表 机器采用串行微程序控制方式 其微指令周期见图28 b 其中读ROM是从控存中读出一条微指令时间 为1 s ALU工作是加法器做加法运算 为500ns m1是读寄存器时间 为500ns m2是写寄存器的工作脉冲宽度 为100ns 微指令字长12位 微指令格式如下 01234567891011F1F2RWF3F4F5F6F7F8F1 读R0 R3的选择控制F2 写R0 R3的选择控制 F3 打入SA的控制信号 F4 打入SB的控制信号 F5 打开非反相三态门的控制信号LDALU F6 打开反相三态门的控制信号LDALU并使加法器低位加1 F7 清暂存器SB为零的Reset信号 F8 一段微程序结束 转入取机器指令的控制信号R 寄存器读命令 W 寄存器写命令 要求 用二进制代码写出如下指令的微程序 1 ADDR0 R1 指令 即 R0 R1 R1 2 SUBR2 R3 指令 即 R3 R2 R3 3 MOVR2 R3 指令 即 R2 R3 解 先画出三条指令的微指令的微程序流程图 如下图所示 其中未考虑 取指周期 和顺序控制问题 也即微程序仅考虑 执行周期 微指令序列的顺序用数字标号标在每条微指令的右上角 每一框表示一条微指令 根据给定的微指令周期时间关系 完成ADD SUB指令的执行动作需要3条微指令 MOV指令只需2条微指令 用二进制代码写出的三条指令的微程序列于下表中 其中 表示代码随意设置 0或1均可