中央处理器-第六节 硬布线控制器

一、基本思想

  硬布线控制器是早期设计计算机的一种方法。

  这种方法是把控制部件看作为产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，而此逻辑电路以使用最少元件和取得最高操作速度为设计目标。一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要 想增加新的控制功能是不可能的。这种逻辑电路是一种由门电路和触发器构成的复杂树形逻辑网络，故称之为硬布线控制器。

  硬布线控制器的结构方框图如图5.31所示。

  其核心部分是由树形逻辑网络构成的微操作产生部件。

  逻辑网络的输入信号来源有三个：

(1)来自指令操码译码器的输出Im；

(2)来自执行部件的反馈信息Bj；

(3)来自时序产生器的时序信号，包括节拍电位信号M和节拍脉冲信号T。

  逻辑网络N的输出信号就是微操作控制信号，它用来对执行部件进行控制。

  硬布线控制器的基本原理，归纳起来可以看作逻辑网络输入的逻辑函数，即：某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出Im(确定是什么指令)，时序信号(节拍电位Mi，节拍脉冲Tk：确定控制信号产生时间)和状态条件信号(运算结果或机器运行状态)的逻辑函数：

  C=f(Im,Mi,Tk,Bj)

二、指令执行流程

  在用硬联线实现的操作控制器中，通常，时序产生器除了产生节拍脉冲信号外，还应当产生节拍电位信号。因为在一个指令周期中要顺序执行一系列微操作，需要设置若干节拍电位来定时。

  例如前面提到的五条指令的指令周期，其指令流程可用图5.32来表示 。

  由于采用同步工作方式，长指令和短指令对节拍时间的利用都是一样的。这对短指令来讲，在时间的利用上是浪费的，因而也降低了CPU的指令执行速度，影响到机器的速度指标。

  为了改变这种情况，在设计短指令流程时可以跳过某些节拍。当然在这种情况下，节拍信号发生器的电路相应就要复杂一些。

  节拍电位信号的产生电路与节拍脉冲产生电路十分类似，它可以在节拍脉冲信号时序器的基础上产生，运行中以循环方式工作，并与节拍脉冲保持同步。

3.微操作控制信号的产生

  在微程序控制器中，微操作控制信号由微指令产生，并且可以重复使用。

  在硬联线控制器中，某一微操作控制信号由布尔代数表达式描述的输出函数产生。

  设计微操作控制信号的方法和过程是，根据所有机器指令流程图，寻找出产生同一个微操作信号的所有条件，并与适当的节拍电位和节拍脉冲组合，从而写出其布尔代数表达式并进行简化，然后用门电路或可编程器件来实现。

  为了防止遗漏，设计时可按信号出现在指令流程图中的先后次序书写，然后进行归纳和简化。要特别注意控制信号是电位有效还是脉冲有效，如果是脉冲有效，必须加入节拍脉冲信号进行相“与”。