计算机组成原理:微指令序列地址形成与控制单元设计
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更新于2024-07-12
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"微指令序列地址的形成是计算机组成原理中的一个重要概念,主要涉及微程序设计和控制单元的构造。这一部分讲述了如何在计算机执行过程中确定下一条微指令的地址,以便实现对复杂操作的有序控制。"
在计算机组成原理(第2版)的第十章控制单元设计中,微指令序列地址的形成主要由以下几个方面构成:
1. 微指令的下地址字段:每个微指令通常包含一个字段,用于指示下一条微指令的地址。这样,当当前微指令执行完毕后,控制单元可以通过这个字段直接获取下一条微指令的位置,实现连续执行。
2. 机器指令的操作码:根据执行的机器指令,其操作码可以被译码用来决定微指令序列的路径。不同操作码可能对应不同的微指令序列,从而实现不同的操作功能。
3. 增量计数器:在某些简单的控制流程中,微指令的地址可能会通过一个简单的增量计数器来形成,例如,每次加1,使得微指令顺序执行。
4. 分支转移:在处理分支和循环等控制流时,微指令序列地址的形成需要考虑分支转移。这通常涉及到对特定条件的判断,如果满足条件,则转移到预设的地址继续执行;如果不满足,则按照常规顺序执行。
例如,在10.2节中提到了一种转移方式,当操作控制字段指定转移条件满足时,如CMAR(微地址寄存器)加1或者根据其他特定标志,控制单元会更新微指令的地址,使得程序执行按照预期的转移地址进行。
在控制单元的设计中,组合逻辑设计和微程序设计是两个重要的方法。组合逻辑设计通过逻辑门电路直接产生控制信号,而微程序设计则将控制逻辑编码为微指令序列,通过读取和执行微指令来控制CPU的操作。
在10.1节中,我们看到组合逻辑控制单元的基本结构,包括节拍发生器、操作码译码器以及一系列控制信号,它们共同决定了CPU的工作节奏和时序。此外,微操作的节拍安排是一个关键问题,必须遵循一定的原则,如微操作的顺序不能随意更改,尽量在同一节拍内完成对同一被控对象的操作,以及优化占用时间较短的微操作的执行顺序。
整个控制单元的设计旨在高效、准确地执行指令,通过微指令序列地址的形成,确保了程序的流畅执行和正确控制流程。
2022-11-16 上传
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