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。指令地址指令300LDA306301ADD307302BAN304303STA305304STP解：LDA306取指周期T0PC→MAR1→RT1PC+1→PCM(MAR)→MDRT2MDR→IROP(IR)→CU执行周期T0306(IR)→MAR1→RT1M(MAR)→MDRT2MDR→ACCADD307取指周期T0PC→MAR1→RT1PC+1→PCM(MAR)→MDRT2MDR→IROP(IR)→CU执行周期T0370(IR)→MAR1→RT1M(MAR)→MDRT2(ACC)+(MDR)→ACBAN304取指周期T0PC→MAR1→RT1PC+1→PCM(MAR)→MDRT2MDR→IROP(IR)→CU执行周期T0T1T2𝑨𝟎∗𝟑𝟎𝟒(𝑰𝑹)+¬𝑨𝟎∗𝑷𝑪→𝑷𝑪STA305取指周期T0PC→MAR1→RT1PC+1→PCM(MAR)→MDRT2MDR→IROP(IR)→CU执行周期T0305(IR)→MAR1→WT1AC→MDRT2MDR→M(MAR)STP取指周期T0PC→MAR1→RT1PC+1→PCM(MAR)→MDRT2MDR→IROP(IR)→CU执行周期T0T1T20→G10.4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R0~R7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)ADDR1，R2，R3；（R2）+（R3）→R1b)JMP*K；（PC）+（K-1）→PCc)LOADR1，mem；（mem）→R1d)STOREmem，R2；R2→mem写出控制器执行上述指令的微操作及节拍安排。解：ADDR1，R2，R3取指周期T0PC→Bus→MAR1→RT1M(MAR)→MDR(PC)+1→PCT2MDR→Bus→IROP(IR)→微操作命令形成部件执行周期T0R3→Bus→R31→RT1(R2)+(R3)→ALU→R2T2R2→Bus→R1JMP*K取指周期T0PC→Bus→MAR1→RT1M(MAR)→MDR(PC)+1→PCT2MDR→Bus→IROP(IR)→微操作命令形成部件执行周期T0T1T2(PC)+(K-1)→PCLOADR1,mem取指周期T0PC→Bus→MAR1→RT1M(MAR)→MDR(PC)+1→PCT2MDR→Bus→IROP(IR)→微操作命令形成部件执行周期T0R1→Bus→R11→RT1M(MAR)→MDRT2MDR→ACCSTORmem,R2取指周期T0PC→Bus→MAR1→RT1M(MAR)→MDR(PC)+1→PCT2MDR→Bus→IROP(IR)→微操作命令形成部件执行周期T0MDR→Bus→MAR1→WT1ACC→Bus→MDRT2MDR→M(MAR)10.15设控制存储器的容量为512×48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（采用直接控制），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个转移条件所以控制字段位数为48-9-4=3535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I1~I8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。微指令所含的微命令I1abcdeI2adfgI3bhI4cI5cegiI6ahjI7cdhI8abh解：表格表示为：微指令所含的微命令abcdefghijI1√√√√√I2√√√√I3√√I4√I5√√√√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：abcgdijefh123456各字段编码如下：a——0：无操作；1：a微命令b——0：无操作；1：b微命令c——0：无操作；1：c微命令g——0：无操作；1：g微命令dij——00：无操作；01：d微命令；10：i微命令；11：j微命令efh——00：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（均为补码）分别放在通用寄存器R2和R3中，ALU有+、-、M（传送）三种操作功能，移位器可实现左移、右移和直送功能。（1）指出相容性微操作和相斥性微操作。（2）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。（3）画出计算2（a+b）→R3的微程序流程图，试问执行周期需用几条微指令？（4）按设计的微指令格式，写出满足（3）要求的微代码。解：（1）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（左移、右移和直送）；ALU操作类（+、-、M）；A选通门控制类（MDR→A、R1→A、R2→A、R3→A）；B选通门控制类（PC→B、R1→B、R2→B、R3→B、-R1→B、-R2→B、-R3→B）（2）由（1）中互斥类操作得：ABCDEFGHIJK33322211111A：A选通门控制类：000→无操作；001→MDR→A；010→R1→A；011→R2→A；100→R3→A。B：B选通门控制类：000→无操作；001→PC→B；010→R1→B；011→R2→B；100→R3→B；101→-R1→B；110→-R2→B；111→-R3→B。C：寄存器输出B：000→无操作；001→PCOUT；010→R1OUT；011→-R1OUT；100→R2OUT；101→-R2OUT；110→R3OUT；111→-R3OUT。D：ALU操作：00→无操作；01→+；10→-；11→M。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；01→R1OUT；10→R2OUT；11→R3OUT。G：+1：0→无操作；1→+1。H：R1输入：0→无操作；1→R1IN。I：R2输入：0→无操作；1→R2IN。J：R3输入：0→无操作；1→R3IN。K：PC输入：0→无操作；1→PCIN。（3）只需要一条微指令。（4）11011011010111000010（R2）→A（R3）→B左移+→R3