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1、控制单元的设计控制单元的设计 10.3 按序写出下列程序所需的全部微操作命令及节拍安排。 指令地址 300 301 302 303 304 指令 LDA 306 ADD 307 BAN 304 STA 305 STP 解： T0 T1 T2 T0 T1 T2 LDA 306 PCMAR 1R PC+1PC M(MAR)MDR MDRIR OP(IR)CU 306(IR)MAR 1R M(MAR)MDR MDRACC ADD 307 PCMAR 1R PC+1PC M(MAR)MDR MDRIR OP(IR)CU 370(IR)MAR 1R M(MAR)MDR (ACC)+(MDR)AC BAN
2、 304 PCMAR 1R PC+1PC M(MAR)MDR MDRIR OP(IR)CU STA 305 PCMAR 1R PC+1PC M(MAR)MDR MDRIR OP(IR)CU 305(IR)MAR 1W ACMDR MDRM(MAR) 取指周期 执行周期 取指周期 执行周期 T0 T1 T2 T0 T1 T2 取指周期 执行周期 T0 T1 T2 T0 T1 T2 取指周期 执行周期 T0 T1 T2 T0 T1 T2 T0 T1 T2 T0 T1 T2 STP PCMAR 1R PC+1PC M(MAR)MDR MDRIR OP(IR)CU 0G 取指周期 执行周期 10.4
3、在单总线结构的计算机中，用该总线连接了指令寄存器IR、程序计数器PC、存储器地址寄存器MAR、存储器数据寄存器MDR、通用寄存器R0R7的输入和输出端。ALU的两个输入端分别于总线和寄存器Y的输出端相连，ALU的输出端与寄存器Z的输入端相连。Y的输入端与总线连接，Z的输出端与总线连接。该机有下列指令： a) ADD R1，R2，R3 ；+R1 b) JMP *K ；+PC c) LOAD R1，mem ；R1 d) STORE mem，R2 ；R2mem 写出控制器执行上述指令的微操作及节拍安排。 解： ADD R1，R2，R3 T0 PCBusMAR 1R 取指周期 T1 M(MAR)MDR
4、 (PC)+1PC T2 MDRBusIR OP(IR)微操作命令形成部件 T0 R3BusR3 1R 执行周期 T1 (R2)+(R3)ALUR2 T2 R2BusR1 JMP *K T0 PCBusMAR 1R 取指周期 T1 M(MAR)MDR (PC)+1PC T2 MDRBusIR OP(IR)微操作命令形成部件 T0 执行周期 T1 T2 (PC)+(K-1)PC LOAD R1,mem T0 PCBusMAR 1R 取指周期 T1 M(MAR)MDR (PC)+1PC T2 MDRBusIR OP(IR)微操作命令形成部件 T0 R1BusR1 1R 执行周期 T1 M(MAR)
5、MDR T2 MDRACC T0 T1 T2 T0 T1 T2 STOR mem, R2 PCBusMAR 1R M(MAR)MDR (PC)+1PC MDRBusIR OP(IR)微操作命令形成部件 MDRBusMAR 1W ACCBusMDR MDRM(MAR) 取指周期 执行周期 10.15 设控制存储器的容量为51248位，微程序可在整个控存空间实现转移，而控制微程序转移的条件共有4个，微指令格式如下： 转移条件 下地址 |-操作控制-|-顺序控制-| 试问微指令中的3个字段分别为多少位？ 解：存储器共有512*48=29*48位 故下址字段有9位，微指令字长48位 4个转移条件 所以
6、控制字段位数为48-9-4=35 35 转移条件4 下地址9 |-操作控制-|-顺序控制-| 10.21 下表给出8条微指令I1I8及所包含的微命令控制信号，设计微指令操作控制字段格式，要求所使用的控制位最少，而且保持微指令本身内在的并行性。 微指令 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 所含的微命令 abcde adfg bh c cegi ahj cdh abh 解： 表格表示为： 微指令 I1 I2 I3 I4 I5 所含的微命令 a b c d e f g h i j I6 I7 I8 a,b,c,d,e并行性过高，不可放在同一字段 3个微命令为一组压缩最明显，3个一组的互斥
7、组有：cfj,dij,efh,fhi,bgj 互不重复的互斥组有dij,efh，将它们分为两组，即： a 1 b 2 c 3 g 4 dij 5 efh 6 各字段编码如下： a0：无操作；1：a微命令 b0：无操作；1：b微命令 c0：无操作；1：c微命令 g0：无操作；1：g微命令 dij00：无操作；01：d微命令；10：i微命令；11：j微命令 efh00：无操作；01：e微命令；10：f微命令；11：h微命令 共需要8位操作控制位。 10.22 设有一运算器通路如下图所示，假设操作数a和b分别放在通用寄存器R2和R3中，ALU有+、-、M三种操作功能，移位器可实现左移、右移和直送功能
8、。 指出相容性微操作和相斥性微操作。 采用字段直接编码方式设计适合于此运算器的微指令格式。 画出计算2R3的微程序流程图，试问执行周期需用几条微指令？ 按设计的微指令格式，写出满足要求的微代码。 解： 相容性微操作：ALU任一操作与+1操作；寄存器输入类操作；移位器、ALU、A、B选通门、寄存器五大部件的操作。 相斥性微操作：移位器传送类；ALU操作类；A选通门控制类；B选通门控制类 由中互斥类操作得： A B C D 3 3 3 2 E 2 F 2 G 1 H 1 I 1 J 1 K 1 A：A选通门控制类：000无操作；001MDRA；010R1A；011R2A；100R3A。 B：B选通
9、门控制类：000无操作；001 PCB；010R1B；011R2B；100R3B；101-R1B；110-R2B；111-R3B。 C：寄存器输出B：000无操作；001PCOUT；010R1OUT；011-R1OUT；100R2OUT；101-R2OUT；110R3OUT；111-R3OUT。 D：ALU操作：00无操作；01+；10-；11M。 E：移位器传送：00无操作；01左移；10右移；11直送。 F：寄存器输出A：00无操作；01R1OUT；10R2OUT；11R3OUT。 G：+1：0无操作；1+1。 H：R1输入：0无操作；1R1IN。 I：R2输入：0无操作；1R2IN。 J：R3输入：0无操作；1R3IN。 K：PC输入： 0无操作；1PCIN。 A + 左移 R3 B 只需要一条微指令。 110 110 110 10 11 10 0 0 0 1 0
