9.1-微操作命令的分析（学习笔记）
【README】
本文总结自bilibili《计算机组成原理（哈工大刘宏伟）》的视频讲解，非常棒，墙裂推荐；
1）完成一条指令需要4个周期：
- 取值周期；
- 间址周期（或有）；
- 执行周期；
- 中断周期（或有）；
看一下，在取指，间指，指令分析，指令执行以及中断响应过程中，控制单元CU到底要发出哪些微控制命令（引出问题） ？
2）微操作命令定义：指的是这些命令是在指令解释过程中，控制单元发出的命令；这些命令要完成的动作与整条指令相比要小得多；所以叫做微操作命令；
【1】取指周期微操作命令分析
1）取指周期数据流的步骤：
|
步骤 |
描述 |
|
1 |
PC把下一条指令的内存地址送入MAR； |
|
2 |
MAR把地址送到地址总线，再由地址总线送到存储器； |
|
3 |
CU把读控制信号送到控制总线上；再由控制总线送到存储器； |
|
4 |
存储器执行读操作，把相应的数据送到数据总线；通过数据总线送到MDR； （这个时候，指令已经被取出到cpu了，并保持到MDR寄存器中） |
|
5 |
MDR把指令送到IR中； |
|
6 |
CU把PC加1（得到下一条指令的地址）；为下一条指令的取指操作做准备； |
2）取指周期还要完成一项动作就是译码：
译码就是确定指令要完成什么操作；具体什么操作根据指令操作码给出；
所以需要把IR（指令寄存器）中的指令操作码部分送给CU（OPCODE(IR) –>CU ），由CU译码，来确认这条指令具体是做什么操作；
【2】间址周期
间址周期数据流的步骤：
|
步骤 |
描述 |
|
1 |
IR存储的指令中的形式地址送到MAR； |
|
2 |
MAR把地址送到地址总线，再通过地址总线送给存储器； |
|
3 |
CU发出读操作到控制总线；控制总线再送入存储器中； |
|
4 |
存储器完成读操作后，把数据送到数据总线；再由数据总线送到MDR； （MDR就保存了指令用到的操作数所在的内存地址） |
|
5 |
MDR把操作数的真实地址送入IR寄存器中的地址码部分； |
步骤2~5这4个操作，是间址周期控制单元CU要发送的控制命令（微操作命令）；
【3】执行周期
【3.1】非访存指令
|
序号 |
指令 |
描述 |
控制器CU微操作 |
|
1 |
CLA |
把寄存器A清零；如A=ACC寄存器； |
控制器只要把0送给A寄存器即可；1条微操作命令； |
|
2 |
COM |
取反 |
把acc寄存器的内容每位取反； 1条控制命令就可以做； |
|
3 |
SHR |
算术右移 |
2条微操作命令； |
|
4 |
CSL |
循环左移 |
2条微操作命令； 最高位移动到最低位； |
|
5 |
STP |
停机指令 |
1条微操作命令； 给停机标志设置0即可； |
【3.2】访存指令
ADD X：把ACC寄存器的数据与X内存地址中的内容相加，结果存入ACC；
- 微控制命令1，Ad(IR)-> MAR，把IR地址码部分取出，送入MAR寄存器；MAR寄存器通过地址总线送入存储器；
- 微控制命令2，CU控制单元发出读命令到控制总线，控制总线再发给存储器；
- 微控制命令3，存储器从MAR给定内存地址单元读取操作数，并送入MDR寄存器；
- 微控制命令4，把ACC中的操作数与MDR中的操作数相加；结果存入ACC；
LDA X：取数指令，把X指定的内存地址单元的数据取出，并送入ACC寄存器；
3.转移指令
3.1 无条件转移 JMP X；
Ad(IR) –> PC ；把指令的地址码部分送入pc寄存器即可；
3.2 条件转移 BAN X （负则转，即上一次计算结果为负值，则转移到X指定的指令）
上一条指令的计算结果存入了ACC寄存器；
A0 表示计算结果符号位；
【小结】指令分类
|
序号 |
指令分类 |
例子 |
|
1 |
非访存指令 |
CLA-把A清0； COM-取反； SHR-算术右移； CSL-循环左移； STP-停机指令； |
|
2 |
访存指令 |
加法指令；ADD X 存数指令；STA X 取数指令；LAD X |
|
3 |
转移指令 |
无条件转移；JMP X 条件转移；BAN X |
【4】 中断周期
中断周期：做3件事情
- 保存断点；
- 形成中断服务程序入口地址；、
- 关中断；
|
操作 |
程序断点存入0地址 |
程序断点进栈 |
|
保存断点 |
0 -> MAR；把地址0送入MAR |
(SP)-1 –> MAR；把指令指针寄存器SP的内容减1（栈顶地址）送给MAR； |
|
1->W；把读命令传入控制总线，进而传给存储器； |
||
|
PC->MDR；断点指令存入MDR PC->MDR |
||
|
MDR->M(MAR)；MDR把断点指令存入MAR（地址0）指定的内存单元； |
MDR->M(MAR)；MDR把断点指令存入MAR（栈顶地址）指定的内存单元； |
|
|
形成中断服务入口地址 |
向量地址->PC； 或中断识别程序入口地址M->PC |
|
|
关中断 |
0->EINT；把0送入允许中断触发器；关中断就是不允许其他中断源提出中断请求； |
|
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