计算机组成原理 第五章 中央处理器 中

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本文详细介绍了硬布线控制器和微程序控制器的设计过程，包括硬布线控制器的4个设计步骤和微程序控制器的工作原理。硬布线控制器通过组合逻辑电路即时产生微命令，适合RISC系统，而微程序控制器利用微程序实现指令执行，相对较慢但更灵活。微程序设计涉及微指令格式和编码方式，如直接控制、字段直接和字段间接编码。此外，还讨论了微程序控制单元的设计，并比较了硬布线与微程序控制器的优缺点。

1.硬布线控制器的设计(纯硬件)

硬布线控制器:微操作控制信号由组合逻辑电路根据当前的指令码、状态和时序，即时产生。
微操作有时可以并行执行。
同一个微操作可能在不同指令的不同阶段被使用。
节拍：时钟周期(CLK)

4个机器周期：

取指周期(FE)
间指周期(IND)
执行周期(EX)
中断周期(INT)
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根据指令操作码、目前的机器周期、节拍信号、机器状态条件(PSW)，即可确定现在这个节拍下应该发出哪些“微命令”

硬布线控制器

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4个设计步骤：
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1.分析每个阶段的微操作序列

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指令的执行周期及取指周期
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核心关系可以概括为：预取指令机制是为了最大限度地减少甚至消除在取指周期中插入等待周期的需要，从而让“快CPU”能够高效地从“慢Flash”中获取指令。等待周期是问题的表现，而预取指机制是问题的解决方案之一。取指周期则是这一切活动发生的舞台。现代MCU（如STM32的ART加速器）更是将预取指机制发挥到极致，通过更宽的总线（128位）一次读取多条指令，进一步分摊了等待周期的开销，使得在很高主频下也能实现等效的零等待执行。
第五章 中央处理器
爱吃猫的鱼~
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第五章重点内容1、基本概念2、CPU 的功能3、熟悉典型模型机结构、指令和数据的传输通路4、指令周期流程5、指令周期、机器周期、时钟周期三级时序6、微程序控制器的原理及组成框图7、流水线中资源相关、数据相关、控制相关问题 1、基本概念 名称 概念 微命令 控制器通过控制线向部件发送的各种控制信号/操作命令 微操作 部件接收微命令以后所完成的操作，微操作是执行部件中最基本的、不可再分解操作 微指令 一组实现一定操作功能的微命令的组合形式，称为微指令。由操作控制和顺序控制两大部分组成
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