CPU周期与微指令周期的关系

5.4.5CPU周期与微指令周期的关系在串行方式的微程序控制器中：微指令周期=读出微指令的时间+执行该条微指令的时间为了保证整个机器控制信号的同步，可以将一个微指令周期时间设计得恰好和CPU周期时间相等.下图示出了某小型机中CPU周期与微指令周期的时间关系：【分析】一个CPU周期为0.8μs，它包含四个等间隔的节拍脉冲T1—T4，每个脉冲宽度为200ns。用T4作为读取微指令的时间，用T1+T2+T3时间作为执行微指令的时间。例如，在前600ns时间内运算器进行运算，在600ns时间的末尾运算器已经运算完毕，可用T4上升沿将运算结果打入某个寄存器。与此同时可用T4间隔读取下条微指令，经200ns时间延迟，下条微指令又从只读存储器读出，并用T1上升沿打入到微指令寄存器。如忽略触发器的翻转延迟，那么下条微指令的微命令信号就从T1上升沿起就开始有效，直到下一条微指令读出后打入微指令寄存器为止。因此一条微指令的保持时间恰好是0.8μs，也就是一个CPU周期的时间。5.4.6机器指令与微指令的关系【问】一会儿取机器指令，一会儿取微指令，它们之间到底是什么关系?【解】1.一条机器指令对应一个微程序,这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。简言之，一条机器指令所完成的操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行.2.从指令与微指令，程序与微程序，地址与微地址的一一对应关系来看，前者与内存储器有关，后者与控制存储器有关。与此相关，也有相对应的硬设备，请参见CAI演示。3.我们在讲述本章5.2节时，曾讲述了指令与机器周期概念，并归纳了五条典型指令的指令周期,并演示了这五条指令的微程序流程图，每一个CPU周期就对应一条微指令。这就告诉我们如何设计微程序，也将使我们进一步体验到机器指令与微指令的关系。【例2】设某计算机运算器框图如图28(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平工作)，SA,SB为16位暂存器。4个通用寄存器由D触发器组成，Q端输出，其读、写控制功能见下表。机器采用串行微程序控制方式，其微指令周期见图28(b)。其中读ROM是从控存中读出一条微指令时间，为1μs；ALU工作是加法器做加法运算，为500ns；m1是读寄存器时间，为500ns；m2是写寄存器的工作脉冲宽度，为100ns。微指令字长12位，微指令格式如下：读控制写控制RRA0RA1选择WWA0WA1选择100R0100R0101R1101R1110R2110R2111R3111R30**不读出***不写入01234567891011F1F2RWF3F4F5F6F7F8F1：读R0-R3的选择控制F2：写R0-R3F3：打入SAF4：打入SBF5：打开非反相三态门的控制信号LDALUF6：打开反相三态门的控制信号LDALU并使加法器低位加1F7：清暂存器SB为零的ResetF8：一段微程序结束，转入取机器指令的控制信号RW(1)“ADDR0，R1”指令，即(R0)+(R1)→R1(2)“SUBR2，R3”指令，即(R3)-(R2)→R3(3)“MOVR2，R3”指令，即(R2)→(R3)【解】先画出三条指令的微指令的微程序流程图，如下图所示。其中未考虑“取指周期”和顺序控制问题，也即微程序仅考虑“执行周期”，微指令序列的顺序用数字标号标在每条微指令的右上角。每一框表示一条微指令。根据给定的微指令周期时间关系，完成ADD，SUB指令的执行动作需要3条微指令，MOV指令只需2条微指令。用二进制代码写出的三条指令的微程序列于下表中，其中*表示代码随意设置(0或1均可)。指令微程序代码ADD1.00**101000002.01**100100003.**0101001001SUB4.11**101000005.10**100100006.**1101000101MOV7.10**101000008.**1101001011