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与体系结构复习

第一章计算机系统概述

第二章计算机的发展及应用

第三章系统总线

第四章存储器

第五章输入输出系统

第六章计算机中的运算方法

第七章指令系统

第八章控制单元的结构、功能及设计

第九章流水线

控制器部件

主要内容:控制器的基本功能、控制器的基本组

成、指令的执行过程、组合逻辑控制器组成原理

与实现方法、微程序控制器组成原理与实现方法、

控制方式。

重点:指令的执行过程,组合逻辑控制器的组

成原理与设计方法,微程序控制器的设计方法

微指令的格式,微程序流的控制。

难点:指令的执行过程,组合逻辑控制器的组

成原理与设计方法,微程序控制器的设计方法,

微指令的格式,微程序流的控制。

例题

微程序的水平型微指令的下一条微指令地址通常有哪些来源?

在微程序的控制器中,通常有多种得到下一条微指令地址的方式,例如

使用紧跟在本条微指令之后的微指令作为下一条要执行的微指令,即

本条微指令的地址加1作为下一条微指令的地址,用于支持微指令顺序执

行的情况;

使用从指令的操作码映射出微指令地址的方式得到下一条微指令的地

址,用于读出指令之后,找到对应该指令的一段微程序的入口地址,以便

开始该指令具体功能的执行过程;

从微指令的下地址字段直接取得一个微子程序的入口地址,用于微子

程序调用处理;

从微指令下地址字段直接取得一个微指令的转移地址,用于微程序中

微指令转移处理。

从微堆栈中取出从微子程序返回到微主程序断点的返回地址,用于微

子程序返回处理。(也可以答另外几种)

简述计算机的控制器基本组成

执行一条指令,要经过读取指令、分析指令、执行指令所规定的处理

功能三个阶段完成,控制器还要保证能按程序中设定的指令运行次序,自

动地连续执行指令序列。

为此,控制器组成中,必须有一个能提供指令在内存中的地址的部件,

通称程序计数器(PC),服务于读取指令,并接收下条要执行的指令的地址。

还要有一个能保存读来的指令内容的部件,通称指令寄存器(R),以

提供本指令执行的整个过程中要用到的指令本身的主要信息。

控制器的第三个组成成分,是脉冲源、启停控制逻辑,指令执行的步

骤标记线路,它标记出每条指令的各执行步骤的相对次序关系。

控制器的第四个组成成分,是全部时序控制信号的产生部件,它依据

指令内容、指令的执行步骤时刻,也许还有些别的什么条件信号,来形

成并提供出各部件当前时刻要用到的控制信号。计算机整机各硬件系统,

正是在这些信号控制下协同运行,产生予期的执行结果,也就是执行一条

又一条的指令。

微程序的控制器和组合逻辑的控制器在组成和运行原理方面的相同、不同

之处表现在哪里?

组合逻辑的控制器和微程序的控制器是计算机中两种

不同类型的控制器,其共同点是:基本功能都是提供计算机各

个部件协同运行所需要的控制信号,组成部分都有程序计数器

Pc,指令寄存器R,都分成几个执行步骤完成每一条指令的

具体功能;不同点主要表现在:处理指令执行步骤的办法,提

供控制信号的方案不一样,组合逻辑控制器是用节拍发生器指

明指令执行步骤,用组合逻辑电路直接给出应提供的控制信号,

其优点是运行速度明显地快,缺点是设计与实现复杂些,但随

着大规模现场可编程集成电路的出现,该缺点已得到很大缓解

微程序的控制器是通过微指令地址的衔接区分指令执行步骤

应提供的控制信号是从控制存储器中读出来的,并经过一个微

指令寄存器送到被控制部件的,其缺点是运行速度要慢一些,

优点是设计与实现简单些,易于用于实现系列计算机产品的控

制器,理论上可实现动态微程序设计。

微命令:构成控制信号序列的最小单位。通常是指那些能直

接作用于某部件控制门的命令,如:打开或关闭某部件通路

的控制门的电位,某寄存器、触发器的打入脉冲等。微命令

由控制部件通过控制总线箱执行部件发出。

微操作:由微命令控制实现的最基本的操作,

微命令是微操作的控制信号,微操作是微命令的执行过程。

在计算机内部实质上是同一个信号,对控制部件为微命令,

对执行部件为微操作。很多情况下两者常常不加区分地使用。

微指令:一组实现一定操作功能的用二进制编码表示的微命

令的组合。

微周期:从控制存储器读取一条微指令并执行相应的微操作

所需的时间。

微程序:一系列微指令的有序集合。

微指令编码法

微指令可以分为操作控制字段和下址字段两大部分。这里所说的微指令

编码法就是操作控制字段的编码法,通常有以下三种方法

1)直接控制法:直接控制法一在微指令的操作控制字段中,每一个微

命令都用一位信息表示。优点:控制简单、直观,操作并行性最好,从而

可以提高速度。缺