哈工大计算机组成原理十唐朔飞老师PPT课件
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计算机组成原理唐朔飞PPT 第2章 计算机的发展及应用
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 另外，真空管的损耗率相当高，几乎每15分钟就可能烧 掉一支真空管，操作人员须花15分钟以上的时间才能找出坏 掉的管子，使用上极不方便。曾有人调侃道：「只要那部机 器可以连续运转五天，而没有一只真空管烧掉，发明人就要 额手称庆了。 由国防科大研制的天河二号超级计算机系统，以峰值计 算速度每秒5.49亿亿次、持续计算速度每秒3.39亿亿次双精度 浮点运算的优异性能位居榜首，成为全球最快超级计算机。 10年11月，天河一号曾以每秒4.7千万亿次的峰值速度，首次 将五星红旗插上超级计算领域的世界之巅。此次是继天河一 号之后，中国超级计算机再次夺冠。
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 一般来说CDC 6600被认为是第一个成功的超级计算机，每 秒浮点运算次数达1M，超过之前最快的IBM 7030约三倍。它从 1964年到1969年一直保持世界最快的计算机，直到让渡其继任 者CDC 7600。 1946年2月14日，世界上第一台电脑ENIAC在美国宾夕法 尼亚大学诞生。以真空管取代继电器的“电子化”电脑--ENIAC （Electronic Numerical Integrator and Calculator）， 电子数字积 分器与计算器）， 目的是用来计算炮弹弹道。 机器使用了18800个真空管，长50英尺，宽30英尺， 占地 1500平方英尺，重达30吨（大约是一间半的教室大，六只大象 重）。它的计算速度快，每秒可从事5000次的加法运算，运作 了九年之久。由於吃电很凶， 据传ENIAC每次一开机，整个费 城西区的电灯都为之黯然失色。(耗电量140千瓦)
2.1 计算机的发展史
扩展（续） 2013年11月18日，国际TOP500组织公布了最新全球超级 计算机500强排行榜榜单，国防科大研制的“天河二号”以比 第二名—美国的“泰坦”快近一倍的速度再度登上榜首。美 国专家预测，在一年时间内，“天河二号”还会是全球最快 的超级计算机。 在2014年11月17日公布的全球超级计算机500强榜单中， 中国“天河二号”以比第二名美国“泰坦”快近一倍的速度 连续第四次获得冠军。 为夺回领先地位，美国先后宣布将建造3台超级计算机， 其计算速度远超“天河二号”。这些超级计算机计划于2017 年至2018年陆续建造完成，在那之前，没有超级计算机可以 挑战“天河二号” 。
计算机组成原理-唐朔飞(完整版)
为配合由高等教育出版社出版的面向21世纪课程教材《计算机组成原理》 教学和自学的需要，随书出版了《计算机组成原理》配套课件。为了配合该教 材的第２版，本课件在保留原课件特色的基础上，做了相应的补充和修改。
该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂 教学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和 简明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到 动画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
(4)主机完成一条指令的过程
1.2
以取数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
ALU
CU
IR
控制
27 3 8
I/O 设
单元 PC 1 MAR MDR
备
X
4
运算器
控制器
主存储器 9
(4)主机完成一条指令的过程
1.2
以存数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
ALU
CU
IR
控制
27 Байду номын сангаас 9
I/O 设
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU 最大平均速度 126 900 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）2.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
14 240个 CPU 最大平均速度 117 900 GFLOPS
MAR MDR
主存储器
存储字 存储单元中二进制代码的组合 存储字长 存储单元中二进制代码的位数
每个存储单元赋予一个地址号
该课件与《计算机组成原理》第２版教材在体系上完全一致，它以课堂 教学为依托，帮助读者边阅读边思考，通过点击鼠标，逐行显示精练的文字和 简明的图表，既可从文稿中对教材的重点和难点加深理解，又可从视图中看到 动画演示效果，形象地理解各种电路的工作原理和设计思路。
(4)主机完成一条指令的过程
1.2
以取数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
ALU
CU
IR
控制
27 3 8
I/O 设
单元 PC 1 MAR MDR
备
X
4
运算器
控制器
主存储器 9
(4)主机完成一条指令的过程
1.2
以存数指令为例
CPU
…5
存储体
ACC MQ
6
ALU
CU
IR
控制
27 Байду номын сангаас 9
I/O 设
3.SGI: SGI Altix ICE 8200
14 336个 CPU 最大平均速度 126 900 GFLOPS
最快的五台超级计算机（截止到 2007.11）2.1
4. HP : EKA - Cluster Platform 3000 BL460c
14 240个 CPU 最大平均速度 117 900 GFLOPS
MAR MDR
主存储器
存储字 存储单元中二进制代码的组合 存储字长 存储单元中二进制代码的位数
每个存储单元赋予一个地址号
计算机组成原理(唐朔飞)输出系统1 PPT
第五章 输入输出系统
§5.1 概述 I/O系统的发展 一、I/O系统的发展 I/O系统的组成 二、I/O系统的组成 I/O设备与主机的联系方式 三、I/O设备与主机的联系方式 四、I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备 §5.2 I/O设备 I/O接口 §5.3 I/O接口 §5.4 程序查询方式 §5.5 程序中断方式 DMA方式 §5.6 DMA方式 重点：I/O设备编址 接口、端口、指令、通道、 设备编址、 重点：I/O设备编址、接口、端口、指令、通道、 DMA 、 中断及相关概念； 中断及相关概念；I/O 设备与主机交换信息方式 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
7
独立编址的优缺点 优点： 优点： （1）使用专门的I/O指令，程序清晰易读； 使用专门的I/O指令，程序清晰易读； I/O指令 （2）I/O设备的地址空间独立，不占用存储器 I/O设备的地址空间独立， 设备的地址空间独立 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 缺点： 缺点： （1）访问外设的指令没有访问存储器的指令多 （2）CPU需设置专门的控制信号，区分对存储 CPU需设置专门的控制信号， 需设置专门的控制信号 器的访问和对外设地址的访问。 器的访问和对外设地址的访问。
计算机组成原理
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
6
独立编址——I/O映射编址 独立编址——I/O映射编址 ——I/O
将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 I/O设备建立两个完全独立的地址空间 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O I/O设备进行 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O设备进行 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。
§5.1 概述 I/O系统的发展 一、I/O系统的发展 I/O系统的组成 二、I/O系统的组成 I/O设备与主机的联系方式 三、I/O设备与主机的联系方式 四、I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备与主机信息传送的控制方式 I/O设备 §5.2 I/O设备 I/O接口 §5.3 I/O接口 §5.4 程序查询方式 §5.5 程序中断方式 DMA方式 §5.6 DMA方式 重点：I/O设备编址 接口、端口、指令、通道、 设备编址、 重点：I/O设备编址、接口、端口、指令、通道、 DMA 、 中断及相关概念； 中断及相关概念；I/O 设备与主机交换信息方式 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法 难点：中断过程、DMA与主存交换数据的方法
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
7
独立编址的优缺点 优点： 优点： （1）使用专门的I/O指令，程序清晰易读； 使用专门的I/O指令，程序清晰易读； I/O指令 （2）I/O设备的地址空间独立，不占用存储器 I/O设备的地址空间独立， 设备的地址空间独立 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 的存储空间，且地址译码电路相对简单。 缺点： 缺点： （1）访问外设的指令没有访问存储器的指令多 （2）CPU需设置专门的控制信号，区分对存储 CPU需设置专门的控制信号， 需设置专门的控制信号 器的访问和对外设地址的访问。 器的访问和对外设地址的访问。
计算机组成原理
第五章输入输出系统Ⅰ 第五章输入输出系统Ⅰ
6
独立编址——I/O映射编址 独立编址——I/O映射编址 ——I/O
将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 将存储器和I/O设备建立两个完全独立的地址空间。CPU使 I/O设备建立两个完全独立的地址空间 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O I/O设备进行 用专门的控制信号来区分是对存储器访问还是对I/O设备进行 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。 访问。这些控制信号的产生是由指令来控制。
计算机组成原理课后习题及答案-唐朔飞(完整版)ppt课件
控制器组成。 • PC：Program Counter，程序计数器，其功能是存放当前欲执行指令的地址，并可自动计数形成下
一条指令地址。 • IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。 • CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。 • ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑
CLK： T0： T1： T2： T3： P0： P1： P2： P3：
编辑版pppt
24
返回目录
以8位总线为例，电路设计如下： （图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线 的连接方法同上。）
数据总线（D7~D0）
ABUS
BBUS
CBUS
DBUS
1Q OE
374 8Q
1D A 8D
1Q 374 8Q
编辑版pppt
14
8. 为什么说半同步通信 同时保留了同步通信和异步 通信的特点？
解： 半同步通信既能像同步
通信那样由统一时钟控制， 又能像异步通信那样允许传 输时间不一致，因此工作效 率介于两者之间。
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15
10. 什么是总线标准？为什么要设
置总线标准？目前流行的总线标准有哪些？ 什么是即插即用？哪些总线有这一特点？
• 解：P9-10 • 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 • CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运
算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE）。 • 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器， 可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
一条指令地址。 • IR：Instruction Register，指令寄存器，其功能是存放当前正在执行的指令。 • CU：Control Unit，控制单元（部件），为控制器的核心部件，其功能是产生微操作命令序列。 • ALU：Arithmetic Logic Unit，算术逻辑运算单元，为运算器的核心部件，其功能是进行算术、逻辑
CLK： T0： T1： T2： T3： P0： P1： P2： P3：
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以8位总线为例，电路设计如下： （图中，A、B、C、D四个寄存器与数据总线 的连接方法同上。）
数据总线（D7~D0）
ABUS
BBUS
CBUS
DBUS
1Q OE
374 8Q
1D A 8D
1Q 374 8Q
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8. 为什么说半同步通信 同时保留了同步通信和异步 通信的特点？
解： 半同步通信既能像同步
通信那样由统一时钟控制， 又能像异步通信那样允许传 输时间不一致，因此工作效 率介于两者之间。
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10. 什么是总线标准？为什么要设
置总线标准？目前流行的总线标准有哪些？ 什么是即插即用？哪些总线有这一特点？
• 解：P9-10 • 主机：是计算机硬件的主体部分，由CPU和主存储器MM合成为主机。 • CPU：中央处理器，是计算机硬件的核心部件，由运算器和控制器组成；（早期的运
算器和控制器不在同一芯片上，现在的CPU内除含有运算器和控制器外还集成了 CACHE）。 • 主存：计算机中存放正在运行的程序和数据的存储器，为计算机的主要工作存储器， 可随机存取；由存储体、各种逻辑部件及控制电路组成。
《计算机组成原理》唐朔飞 重点、难点课件
如 16 MB （227位）的存储器
寻址范围
按 字节 寻址 按 字（16位）寻址 按 字 （32位）寻址
224= 16 M 223 = 8 M 222 = 4 M
字节 寻址 字（16位）寻址
24 位 23 位
22 位
字 （32位）寻址
容量 224 × 23 = 227位 223 × 24 = 227位 222 × 25 = 227位
字块2m－1
某一主存块 j 按模 Q 映射到 缓存 的第 i 组中的 任一块
例 假设主存容量为 512 KB，Cache 容量为 4KB，每个字块为
16 个字，每个字 32 位。 （1）Cache 地址有多少位？可容纳多少块？
根据 Cache 容量为 4KB 得 Cache 地址 12 位 4KB/4B = 1K字 1K/16 = 64 块 （2）主存地址有多少位？可容纳多少块？ 根据 512KB 得主存地址 19 位 512KB/4B = 128K字 128K/16 = 8192 块。 （3）在直接映射方式下，主存的第几块映射到 Cache 中的第 5 块（设起始字块为第 1 块）？ 主存的第 5，64 + 5，2×64 + 5， … ， 8192 – 64 + 5 块 能映射到 Cache 的第 5 块
第１章 计算机系统概论
计算机
第１篇 概论
第１章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
系统总线
第２篇 计算机系统的硬件结构
CPU
第１章 计算机系统概论
计算机
存储器 I/O
第３篇 CPU
系统总线
CPU
中央处理器
ALU CU
CPU 内部互连
2024版计算机组成原理说课课件
辅助存储器原理与设计
辅助存储器概述
介绍辅助存储器的概念、作用及分类。
磁表面存储器
阐述磁表面存储器的原理、特点及发展趋势。
光盘存储器
探讨光盘存储器的原理、特点及应用领域。
辅助存储器的设计原理
分析辅助存储器的设计原理，包括记录方式、寻址方式、读写控制等。
高速缓冲存储器（Cache）原理与设计
Cache概述
教学目标与要求
知识目标
掌握计算机硬件系统各部件的组成、工作原理及设计方法； 理解计算机系统层次化结构概念及软硬件界面划分；了解 计算机性能指标及评测方法。
能力目标 培养学生具备分析和设计计算机硬件系统的能力；提高学 生解决实际问题的能力；增强学生的创新能力和团队协作 精神。
素质目标
培养学生的工程素养和职业素养；提高学生的综合素质和 可持续发展能力。
即BCD码，采用四位二进制数表 示一位十进制数，方便进行十进 制数的运算和转换。
非数值数据表示方法
字符数据表示
包括ASCII码和Unicode编码等，用于 表示计算机中的字符信息。
图形和图像数据表示
采用像素矩阵、矢量图形等方式表示 计算机中的图形和图像信息。
逻辑数据表示
采用二进制数中的0和1表示逻辑值 “真”和“假”，用于进行逻辑运算。
常见I/O设备
键盘、鼠标、显示器、打印机、扫描仪、摄像头等。
I/O接口电路设计与应用
A
I/O接口定义
连接CPU和I/O设备的电路，用于实现数据的传 输和控制。
I/O接口功能
数据缓冲、电平转换、时序匹配、中断控 制等。
B
C
I/O接口类型
按数据传输方式可分为并行接口和串行接口； 按功能可分为通用接口和专用接口。
计算机组成原理唐朔飞PPT 第3章 系统总线教材
ISA EISA …
图文传真
多媒体
高速局域网
高性能图形
8 MHz的16位数据通路
调制解调器
…
3.4 总线结构
3. PCI 总线结构
系统总线
CPU 存储器
PCI 桥
标准总线 33 MHz的32位数据通路 控制器
8 MHz的16位数据通路
PCI 总线
SCSIⅡ 控制器 高性能图形
ISA EISA
图文传真 调制解调器
3.3 总线特性及性能指标
总线标准 ISA(工业标准结构) EISA (扩充、开放) VESA(VL-BUS) (视频电子标准协会) 数据线 16 32 32 总线时钟 8 MHz（独立） 8 MHz（独立） 33 MHz（CPU） 带宽 16 MBps 33 MBps 133 MBps
PCI （外围部件互连）
1. 面向 CPU 的双总线结构框图
中央处理 器 CPU
I/O总线
M 总 线
主存储器 M.M
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
外部 设备1
外部 设备2
…
外部 设备n
3.1 总线的基本概念
2. 单总线结构框图
单总线（系统总线）
I/O接口
I/O接口
…
I/O接口
CPU
M.M
外部 设备1 外部 设备2 … 外部 设备n
BUS
3.3 总线特性及性能指标
二、总线特性
1. 机械特性 2. 电气特性
尺寸 形状
传输方向 和有效的 电平 范围 每根传输线的 功能 信号的 时序 关系
3. 功能特性
4. 时间特性
地址 数据 控制
计算机组成原理(唐朔飞)CPU结构和功能 PPT
指令1、指令3、 指令 1 与指令 指令存储器和数据存储器分开 6 冲突 指令 、指令 、指令 解决办法 4• 冲突 …… 指令 2 与指令 5 冲突
• 指令预取技术 （适用于访存周期短的情况） 适用于访存周期短的情况）
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
2、 控制相关 程序的相近指令之间出现某种关联 、
解决办法 ？
4. 指令的六级流水
t 1
指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 指令 5 指令 6 指令 7 指令 8 指令 9 FI
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、 取指、指令译码、算操作数地址、取操作数、执行指令、写操作数
2
DI FI
3
CO DI FI
IF ID EX WR
流水线速度是原来速度的 3 倍
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12 13
t
3. 超长指令字
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
并行性， 由编译程序 挖掘 出指令间 潜在 的 并行性，将 多条 一条具有 能 并行操作 的指令组合成 一条具有 多个操作码字段 的 超长指令字（可达几百位） 超长指令字（可达几百位） 多个处理部件(EX部件 部件) 采用 多个处理部件 部件
组合逻辑设计 微程序设计 硬连线逻辑
参见 第四篇
存储逻辑
参见 8.4 参见 第六章
2. 中断系统
五、ALU
《计算机组成原理》 计算机组成原理》
8.2 指 令 周 期
一、 指令周期的基本概念
1 . 指令周期 取出并执行一条指令所需的全部时间 指令周期:
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第十章 控制单元的设计
10.1 组合逻辑设计 10.2 微程序设计
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10.1 组合逻辑设计
一、组合逻辑控制单元框图
1. CU 外特性
节
CLK
拍 发
（机器主频） 生
器
IR
n 位操作码 操作码译码
… …
0 1 … 2n-1
T0
T1
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
T1 FE 取指
PC MAR
11
1R
11
M(MAR) MDR 1 1
( PC ) +1 PC 1 1
MDR IR
11
111 1 111 1 111 1 111 1
111 1
OP( IR ) ID 1 1
T2 I
1 IND
I
1 EX
11
111 1 111 1 111 1
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
IND 间址
T1
T2
Ad (IR) MAR
1R
M(MAR) MDR
MDR Ad (IR)
IND
1 EX
111 1 111 1 111 1 111 1 111 1
1951 英国剑桥大学教授 Wilkes
完成 一条机器指令
微操作命令 1 微指令 1
微操作命令 2 10100000
微程序
…… ……
微操作命令 n
一条机器指令对应一个微程序
存储逻辑
微指令 n
00010010 存入 ROM
二、微程序控制单元框图及工作原理
1. 机器指令对应的微程序
M
M+1
取指周期微程序
X T0
T1 T2
10.1
R ( AC ) L ( AC )
AC0 ACn
0G
Ad ( IR ) MAR
1R
M ( MAR ) MDR
( AC ) + ( MDR ) AC
Ad ( IR ) MAR
1W
AC MDR
MDR M ( MAR )
⑧ LDA X ⑨ JMP X ⑩ BAN X
10.1 T0 Ad ( IR ) MAR 1 R
M+2
10.2
间址周期微程序
中断周期微程序
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
Ad (IR) MAR
T0
EX
执行 T1
1R
1W M(MAR) MDR
AC MDR
(AC)+(MDR) AC
T2
MDR M(MAR)
MDR AC
0 AC
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
中断隐指令完成
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA
COM
ADD
SAT
LDA
JMP
T0
PC MAR 1R
FE T1
取指
M(MAR) MDR ( PC ) +1 PC MDR IR
T2
OP( IR ) ID
I
1 IND
I
1 EX
间址特征
三、组合逻辑设计步骤
2. 取指周期 微操作的 节拍安排
T0 PC MAR
1R
T1 M ( MAR ) MDR
( PC ) + 1 PC
T2 MDR IR
OP ( IR ) ID
原则二 原则二 原则三
3. 间址周期 微操作的 节拍安排
T0 Ad ( IR ) MAR
1R
T1 M ( MAR ) MDR T2 MDR Ad（IR）
T1 M ( MAR ) MDR T2 MDR AC T0 T1 T2 Ad ( IR ) PC T0 T1 T2 A0 • Ad ( IR ) + A0• PC PC
5. 中断周期 微操作的 节拍安排
10.1
T0 0 MAR
1 W 硬件关中断
T1 PC MDR
T2 MDR M ( MAR ) 向量地址 PC
CU
Tn
标志
C0 C1
Cn
2.节拍信号
时钟周期
CLK
10.1
T0
T1
T2
T3
T0
T1
T2
T3
T0
T1
T2
T3
机器周期
机器周期
二.微操作的节拍安排
10.1
采用 同步控制方式
一个 机器周期 内有 3 个节拍（时钟周期）
CPU 内部结构采用非总线方式
C2
M D R
C11 C12
C9 C5
C10
C3
AC
1 1
0 AC
1
2. 写出微操作命令的最简表达式 10.1
M ( MAR ) MDR
= FE · T1 + IND ·T1 ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) + EX ·T1 ( ADD +LDA )
= T1{ FE + IND ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN )
10.1
4. 执行周期 微操作的 节拍安排 10.1
① CLA T0
T1 T2 0 AC
② COM T0
T1 T2 AC AC
③ SHR T0
T1 T2
L ( AC ) AC0
R ( AC ) AC0
④ CSL ⑤ STP ⑥ ADD ⑦ STA
T0 T1 T2 T0 T1 T2
X T0
T1 T2
+ EX ( ADD +LDA ) }
3. 画出逻辑图
FE
T1
&
IND
&
1
JMP
&
EX
&
LDA & 1
ADD &
&
&
BAN
&
STA &
10.1
≥ M ( MAR) MDR
特点
快 （RISC）
10.2 微程序设计
一、微程序设计思想的产生
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
IND 间址
T1
T2
Ad (IR) MAR
1R
M(MAR) MDR
MDR Ad (IR)
IND
1 EX
间址周期标志
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
C1 M
PC C0
IR
C7 C4
C6
C8
ALU
控制 信号
… …
A
CU 标志
R
…
时钟 控制信号
1. 安排微操作时序的原则
10.1
原则一 微操作的 先后顺序不得 随意 更改
原则二 被控对象不同 的微操作
完成 原则三
尽量安排在 一个节拍 内 占用 时间较短 的微操作
尽量 安排在 一个节拍 内完成
并允许有先后顺序
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
EX 执行 T1
Ad (IR) MAR 1R
1W M(MAR) MDR
AC MDR
111
1
1
1
1
1
1
(AC)+(MDR) AC
1
MDR M(MAR)
T2
MDR AC
10.1 组合逻辑设计 10.2 微程序设计
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10.1 组合逻辑设计
一、组合逻辑控制单元框图
1. CU 外特性
节
CLK
拍 发
（机器主频） 生
器
IR
n 位操作码 操作码译码
… …
0 1 … 2n-1
T0
T1
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
T1 FE 取指
PC MAR
11
1R
11
M(MAR) MDR 1 1
( PC ) +1 PC 1 1
MDR IR
11
111 1 111 1 111 1 111 1
111 1
OP( IR ) ID 1 1
T2 I
1 IND
I
1 EX
11
111 1 111 1 111 1
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
IND 间址
T1
T2
Ad (IR) MAR
1R
M(MAR) MDR
MDR Ad (IR)
IND
1 EX
111 1 111 1 111 1 111 1 111 1
1951 英国剑桥大学教授 Wilkes
完成 一条机器指令
微操作命令 1 微指令 1
微操作命令 2 10100000
微程序
…… ……
微操作命令 n
一条机器指令对应一个微程序
存储逻辑
微指令 n
00010010 存入 ROM
二、微程序控制单元框图及工作原理
1. 机器指令对应的微程序
M
M+1
取指周期微程序
X T0
T1 T2
10.1
R ( AC ) L ( AC )
AC0 ACn
0G
Ad ( IR ) MAR
1R
M ( MAR ) MDR
( AC ) + ( MDR ) AC
Ad ( IR ) MAR
1W
AC MDR
MDR M ( MAR )
⑧ LDA X ⑨ JMP X ⑩ BAN X
10.1 T0 Ad ( IR ) MAR 1 R
M+2
10.2
间址周期微程序
中断周期微程序
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
Ad (IR) MAR
T0
EX
执行 T1
1R
1W M(MAR) MDR
AC MDR
(AC)+(MDR) AC
T2
MDR M(MAR)
MDR AC
0 AC
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
中断隐指令完成
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA
COM
ADD
SAT
LDA
JMP
T0
PC MAR 1R
FE T1
取指
M(MAR) MDR ( PC ) +1 PC MDR IR
T2
OP( IR ) ID
I
1 IND
I
1 EX
间址特征
三、组合逻辑设计步骤
2. 取指周期 微操作的 节拍安排
T0 PC MAR
1R
T1 M ( MAR ) MDR
( PC ) + 1 PC
T2 MDR IR
OP ( IR ) ID
原则二 原则二 原则三
3. 间址周期 微操作的 节拍安排
T0 Ad ( IR ) MAR
1R
T1 M ( MAR ) MDR T2 MDR Ad（IR）
T1 M ( MAR ) MDR T2 MDR AC T0 T1 T2 Ad ( IR ) PC T0 T1 T2 A0 • Ad ( IR ) + A0• PC PC
5. 中断周期 微操作的 节拍安排
10.1
T0 0 MAR
1 W 硬件关中断
T1 PC MDR
T2 MDR M ( MAR ) 向量地址 PC
CU
Tn
标志
C0 C1
Cn
2.节拍信号
时钟周期
CLK
10.1
T0
T1
T2
T3
T0
T1
T2
T3
T0
T1
T2
T3
机器周期
机器周期
二.微操作的节拍安排
10.1
采用 同步控制方式
一个 机器周期 内有 3 个节拍（时钟周期）
CPU 内部结构采用非总线方式
C2
M D R
C11 C12
C9 C5
C10
C3
AC
1 1
0 AC
1
2. 写出微操作命令的最简表达式 10.1
M ( MAR ) MDR
= FE · T1 + IND ·T1 ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN ) + EX ·T1 ( ADD +LDA )
= T1{ FE + IND ( ADD + STA + LDA + JMP + BAN )
10.1
4. 执行周期 微操作的 节拍安排 10.1
① CLA T0
T1 T2 0 AC
② COM T0
T1 T2 AC AC
③ SHR T0
T1 T2
L ( AC ) AC0
R ( AC ) AC0
④ CSL ⑤ STP ⑥ ADD ⑦ STA
T0 T1 T2 T0 T1 T2
X T0
T1 T2
+ EX ( ADD +LDA ) }
3. 画出逻辑图
FE
T1
&
IND
&
1
JMP
&
EX
&
LDA & 1
ADD &
&
&
BAN
&
STA &
10.1
≥ M ( MAR) MDR
特点
快 （RISC）
10.2 微程序设计
一、微程序设计思想的产生
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
IND 间址
T1
T2
Ad (IR) MAR
1R
M(MAR) MDR
MDR Ad (IR)
IND
1 EX
间址周期标志
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
C1 M
PC C0
IR
C7 C4
C6
C8
ALU
控制 信号
… …
A
CU 标志
R
…
时钟 控制信号
1. 安排微操作时序的原则
10.1
原则一 微操作的 先后顺序不得 随意 更改
原则二 被控对象不同 的微操作
完成 原则三
尽量安排在 一个节拍 内 占用 时间较短 的微操作
尽量 安排在 一个节拍 内完成
并允许有先后顺序
三、组合逻辑设计步骤
1. 列出操作时间表
10.1
工作 周期 标记
节拍
状态 条件
微操作命令信号
CLA COM ADD SAT LDA JMP
T0
EX 执行 T1
Ad (IR) MAR 1R
1W M(MAR) MDR
AC MDR
111
1
1
1
1
1
1
(AC)+(MDR) AC
1
MDR M(MAR)
T2
MDR AC