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1、计算机组成原理,主讲：颜俊华 第九讲：CPU模型,CPU设计步骤,拟定指令系统 确定总体结构 安排时序 拟定指令流程和微命令序列 形成控制逻辑,画流程图(寄存器传送级),列操作时间表,组合控制：列逻辑式，形成逻辑电路,微程序控制：按微指令格式编写微程序,格式、寻址方式、指令类型设置,寄存器、ALU、数据通路设置,模型机指令系统,指令格式：指令字长16位，采用寄存器型寻址，指令中给出寄存器号，主存容量为：64K*16位 双操作数指令格式,目的地址,源地址,4 3 3 3 3,模型机指令系统,单操作数指令格式 转移指令格式,4 6 3 3,目的地址,15 12 11 9 8 6 5 4 3 2 1。

2、 0,转移地址,转移条件,模型机指令系统,寻址方式 CPU可编程访问的寄存器有：通用寄存器R、指令计数器PC、堆栈指针SP、程序状态字PSW,寻址方式 编码 助记符 定义,寄存器寻址,000,R,(R)为操作数,寄存器间址,001,(R),自减型寄存器间址,010,-(R),-(SP),(R)-1为操作数地址,(SP)-1为栈顶地址,(R)为操作数地址,寻址方式 编码 助记符 定义,100,(R)为间接地址，,直接/自增型双间址,(R)+,(PC)+,PC指向有效地址，,(R)为操作数地址，,立即/自增型寄存器间址,011,(R)+,访问后(R)+1,(SP)+,(SP)为栈顶地址，,出栈后(。

3、SP)+1,(PC)为立即数地址，,取数后(PC)+1,访问后(R)+1,(PC)+,访问后(PC)+1,模型机指令系统,模型机指令系统,101,(R)+d为有效地址,变址,X(R),X(PC),(PC)+d为有效地址,跳步,110,SKP,跳过下条指令执行,寻址方式 编码 助记符 定义,模型机指令系统,指令类型,操作码 助记符 含义,用于数传、堆栈、I/O操作,0000,MOV,传送,0001,ADD,加,0101,EOR,异或,双操作数指令,0110,COM,求反,1011,SR,右移,单操作数指令,模型机指令系统,指令类型,操作码 助记符 含义,1100,JMP,转移,1100,RST,。

4、返回,1101,JSR,转子,0 0 0 0 0,5 4 3 2 1 0,转移地址,无条件转,0 0 0 0 1,无进位转,(C=0),0 0 0 1 0,无溢出转,(V=0),0 0 1 0 0,数非零转,(Z=0),0 1 0 0 0,数为正转,(N=0),1 0 0 0 1,有进位转,(C=1),1 0 0 1 0,有溢出转,(V=1),模型机指令系统,模型机指令系统,1 0 1 0 0,数为零转,(Z=1),1 1 0 0 0,数为负转,(N=1),条件满足，转转移地址；条件不满足，顺序执行。,5 4 3 2 1 0,转移地址,模型机指令系统,隐含约定：转子时返回地址压栈保存。,15 。

5、12 11 9 8 6 5 0,子程序入口,5 4 3 2 1 0,模型机的组成,寄存器的设置 可编程寄存器 通用寄存器：R0(000)、 R1(001)、R2(010)、R3(011) 堆栈指针：SP(100) 指令计数器：PC(111) 程序状态字：PSW(101),允许中断(开中断),4 3 2 1 0,模型机的组成,寄存器的设置 非编程寄存器(16位) 暂存器C：暂存来自主存的源地址或者源数据 暂存器D：暂存来自主存的目的地址或者目的数 指令寄存器IR：存放现行指令 地址寄存器MAR 数据寄存器MDR,实现CPU与主存的接口,模型机的组成,算逻部件的设置 ALU 选择器A 选择器B 移。

6、位器：实现直送、左移、右移、字节交换,SN74181 4片 M、C0、S0、S1、S2、S3 SN74182 1片,选择数据来源(八选一),总线与数据通路结构,为了使数据传送控制简单、集中，采用以ALU为中心的总线结构 CPU组成包括四个部分： ALU部件、寄存器组、内总线、CPU与系统总线的连接,(1)内总线,ALU为内部数据传送通路的中心；,寄存器采用,内总线采用单向数据总线(16位)；,分立结构；,(2)系统总线AB、DB、CB，CPU通过它与外部连接，与它的连接通过MAR、MDR实现。,MDR,输出,输出至DB,输出至ALU的B门,输入,从内总线输入,从DB输入,(打入),(置入),R。

7、0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,3.各类信息传送途径,M,(1)指令信息,置入,DB,IR,M,DB,IR,(2)地址信息,R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,1)指令地址,2)指令地址加1 (顺序执行),PC,PC,A,ALU,移位器,内总线,MA。

8、R,PC,打入,A,ALU,移,内,MAR,PC,A,ALU,移,内,PC,C0,C0,打入,R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,3)转移地址,M,IR,寄存器寻址：,R0,R0,B,ALU,移位器,内总线,PC,R0,打入,B,ALU,移,内,PC,寄存器间址：,R0,打入,B,ALU,移,内,MAR,AB,M,DB,置入,MDR,B,MAR,MDR,MDR,移、,内,PC,ALU,R0R3 R0R3 C D C D S。

9、P PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,IR,R0,R0,B,ALU,移位器,内总线,4)操作数地址,寄存器寻址：,R0,R1,寄存器间址：,R0,打入,B,ALU,移,内,MAR,MAR,R1,R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,变址：,PC,A,ALU,移位器,内总线,MAR,R0,PC,。

10、A,ALU,移,内,MAR,AB,M,DB,移,内,C,PC,M,M,MDR,MDR,B,C,MDR,B,ALU,R0,R0,C,ALU,C,A,B,移,内,MAR,R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,数据信息的传送,M,IR,R0,R0,B,ALU,移位器,内总线,R0,打入,B,ALU,移,内,R1,DB,M,DB,MDR,B,MDR,MDR,移、,内,R2,ALU,R1,R0,打入,B,ALU,内,MDR,R2,M,。

11、R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,M,IR,R0,R0,B,ALU,移位器,内总线,M(源),R0,MDR,MDR,MDR,DB,内,I/O,ALU,C,打入,DB,MDR,内,C,ALU,(计算目的地址),DB,M,C,ALU,内,MDR,(目的),C,A,I/O,R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR,A,移位器,B,ALU,R2,R0,R1,M,I/O,CB,内总线,C,R3,D,MAR,MDR,IR,PC,SP,PSW,AB,DB,控制逻辑,M,IR,R0,B,ALU,移位器,内总线,DB,MDR,MDR,DB,DMA方式：,I/O,打入,I/O,MDR,内,R0,ALU,I/O,M,微命令设置,(1)数据通路操作：,ALU功能选择：,ALU输入选择：,输出移位选择：,结果分配：,S3S2S1S0、M、C0,不移、左移、,CPR0、CPC、CPMAR、,(2)访M、I/O 操作：,读 R,地址使能 EMAR,写 W,置入MDR SMDR，,1,MAR向AB送地址,0,00 MDR与DB断开,MAR与AB断开,R=1读 W=1写,置入IR SIR,M。