《計算機組成原理》 II – 唐朔飛老師

1 理解微操作命令

連通

假設觸發器1（D1）的輸出通過導線連線到觸發器2（D2）的輸入。在時鐘訊號同步下，當給D1一個輸入時，D2也將根據D1的輸出作為輸入產生一個對應的輸出。

資料傳輸

如果要求D2的輸出與D1輸出一致，則需要在D1與D2連線的線路上加一個轉換的電路T1。D1的輸出經T1後成為與D1的輸入一樣的訊號，那麼D2的輸出就跟D1一樣。此時，這個過程就可以看做是將D1的資料 傳輸給了D2。資料的傳輸就是一個連通的過程。

控制訊號 -- 微操作命令

在D1和D2實現資料傳輸的導線上再加一個門控電路M1，M1在預設狀態下不具備資料傳輸（連通導線）的功能（引腳C_in

的狀態為0），只有使C_in為1時才連通導線。當給M1的C_in給一個1訊號時，導線連通，D1的資料就通過導線傳輸給了D2。這裡給C_in的訊號就是一個控制導線連通的訊號（微操作命令）。CPU內的CU會根據指令的操作碼來產生一個或者一串這樣的控制訊號去作用在指定的門控電路的C_in之上，讓資料能得到傳輸。這樣的由CU產生的一個或者一串的訊號就是一個微操作命令。

指令週期包含多個微操作命令

組成指令週期的每個階段（取指，間址，執行，中斷各階段）通常由多個微操作組成。這些微操作的執行由微操作命令來使能（驅動）。如完成取指過程，CU首先需要產生使能PC暫存器與MAR暫存器線路上的門控電路的控制訊號，使PC內容傳輸給MAR；CU還需要產生使能存器被讀的控制訊號……等等。

2 微操作命令例

未採用CPU內部匯流排方式的資料通路和控制訊號的關係如下圖。圖中未畫出每個暫存器的輸入或輸出控制門，只標出了控制這些閘電路的控制訊號C_i。也未畫出讀寫儲存器的控制訊號（涉及到時可認為CU與儲存器MM是連通的）。省去了IR到MAR的資料通路（可認為IR到MAR的資料通路是通的）。可認為ACC暫存器到MDR暫存器的通路是通的。

Figure1. 未採用CPU內部匯流排方式的資料通路和控制訊號

(1) 寫出取指週期的全部微操作。

(2) 寫出取數指令“LDA  M”、存數指令“STA  M”、加法指令“ADD  M”（M均為主存地址）在執行階段所需的全部微操作。

(3) 當上述指令均為間接定址時，寫出執行這些指令所需的全部微操作。

(4) 寫出無條件轉移指令“JMP  Y”和結果為0則轉指令“BAZ  Y”在執行階段所需的全部微操作。

CU輸出的控制訊號的目的地為C_i指向的閘電路。

(1) 取指階段的微操作

[1] PC --> MAR：控制訊號C₀有效，打通PC暫存器與地址暫存器MAR的通路，PC內的資料傳輸到MAR中。

[2] 1 -- >R： CU向儲存器發一個讀訊號，儲存器處於可被讀狀態。

[3] MM(MAR) --> MDR ：C₁,C₂控制訊號有效，儲存器之上的MAR地址的內容通過資料匯流排傳輸到MDR中。

[4] MDR-- >IR :  C₃控制訊號有效，MDR傳輸給IR。

[5] OP(IR)-->CU：將IR中指令的操作碼欄位傳輸給CU。

[6] (PC) + 1--> PC：PC內容自動加1。

(2)“LDA M”,“ STA M”,“ADD M”指令執行階段的微操作

LDA              M：

[1] AD(IR) --> MAR：控制訊號C₅有效，IR指令中的地址碼欄位送給MAR。

[2] 1 -- >R：使能存存器被讀狀態。

[3] MM(MAR) --> MDR ：C₁,C₂控制訊號有效，儲存器之上的MAR地址的內容通過資料匯流排傳輸到MDR中。

[4] MDR -->ACC：控制訊號C₁₂有效，將MDR中的資料存到ACC暫存器中。

STA        M：

[1] AD(IR) --> MAR：控制訊號C₅有效，IR指令中的地址碼欄位送給MAR。

[2] 1 -- >W：使能存存器被寫狀態。

[3] ACC -- >MDR：控制訊號C₁₂有效，將要寫入儲存器中M地址的資料寫入MDR。

[4] MDR -- > MM(MAR)：C₁,C₂控制訊號有效，MDR中的資料寫往存存器M的M地址之上。

ADD       M：

[1] AD(IR) --> MAR：控制訊號C₅有效，IR指令中的地址碼欄位送給MAR。

[2] 1 -- >R：使能存存器被讀狀態。

[3] MM(MAR) --> MDR ：C₁,C₂控制訊號有效，儲存器之上的MAR地址的內容通過資料匯流排傳輸到MDR中。

[4] (ACC) + (MDR) -- > ACC：控制訊號C₇，C₆有效，將讀到的資料與ACC中的內容送到ALC相加，C₈控制訊號有效，將ALU相加的結果送入ACC中。

(3) M為間址時“LDA M”,“ STA M”,“ADD M”指令執行階段的微操作

當M為間址時，需要增加間址週期的微操作。

[1] AD(IR) -- > MAR：控制訊號C₅有效，IR指令中的地址碼欄位送給MAR。

[2] 1 -- >R：使能存存器被讀狀態。

[3] MM(MAR) --> MDR ：C₁,C₂控制訊號有效，儲存器之上的MAR地址的內容通過資料匯流排傳輸到MDR中。

此後，3條指令的第一個微操作都是MDR -->MAR，其餘微操作不變。

(4) “JMP Y”，“BAZ Y”執行階段的微操作

JMP              Y：

AD(IR) --> PC：控制訊號C₁₀有效，將IR內容中的地址碼送往PC。

BAZ              Y：

Z·AD(IR) --> PC：當Z=1（結果為0）則將地址給PC。

[2014.10.22 - 15:43] R《CC》Note Over.