【README】

本文总结自bilibili《计算机组成原理(哈工大刘宏伟)》的视频讲解,非常棒,墙裂推荐;


9.1-微操作命令的分析(学习笔记)-编程知识网

1)完成一条指令需要4个周期:

  • 取值周期;
  • 间址周期(或有);
  • 执行周期;
  • 中断周期(或有);

看一下,在取指,间指,指令分析,指令执行以及中断响应过程中,控制单元CU到底要发出哪些微控制命令(引出问题)
2)微操作命令定义指的是这些命令是在指令解释过程中,控制单元发出的命令;这些命令要完成的动作与整条指令相比要小得多;所以叫做微操作命令;


【1】取指周期微操作命令分析

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1)取指周期数据流的步骤:

步骤

描述

1

PC把下一条指令的内存地址送入MAR;

2

MAR把地址送到地址总线,再由地址总线送到存储器;

3

CU把读控制信号送到控制总线上;再由控制总线送到存储器;

4

存储器执行读操作,把相应的数据送到数据总线;通过数据总线送到MDR;

(这个时候,指令已经被取出到cpu了,并保持到MDR寄存器中)

5

MDR把指令送到IR中;

6

CU把PC加1(得到下一条指令的地址);为下一条指令的取指操作做准备;

 2)取指周期还要完成一项动作就是译码
译码就是确定指令要完成什么操作;具体什么操作根据指令操作码给出;
所以需要把IR(指令寄存器)中的指令操作码部分送给CU(OPCODE(IR) –>CU ),由CU译码,来确认这条指令具体是做什么操作;


【2】间址周期

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间址周期数据流的步骤

步骤

描述

1

IR存储的指令中的形式地址送到MAR;

2

MAR把地址送到地址总线,再通过地址总线送给存储器;

3

CU发出读操作到控制总线;控制总线再送入存储器中;

4

存储器完成读操作后,把数据送到数据总线;再由数据总线送到MDR;

(MDR就保存了指令用到的操作数所在的内存地址)

5

MDR把操作数的真实地址送入IR寄存器中的地址码部分;

步骤2~5这4个操作,是间址周期控制单元CU要发送的控制命令(微操作命令);


【3】执行周期

【3.1】非访存指令

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序号

指令

描述

控制器CU微操作

1

CLA

把寄存器A清零;如A=ACC寄存器;

控制器只要把0送给A寄存器即可;1条微操作命令;

2

COM

取反

把acc寄存器的内容每位取反;

1条控制命令就可以做;

3

SHR

算术右移

2条微操作命令;

4

CSL

循环左移

2条微操作命令;

最高位移动到最低位;

5

STP

停机指令

1条微操作命令;

给停机标志设置0即可;


 【3.2】访存指令

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ADD X:把ACC寄存器的数据与X内存地址中的内容相加,结果存入ACC;

  • 微控制命令1,Ad(IR)-> MAR,把IR地址码部分取出,送入MAR寄存器;MAR寄存器通过地址总线送入存储器;
  • 微控制命令2,CU控制单元发出读命令到控制总线,控制总线再发给存储器;
  • 微控制命令3,存储器从MAR给定内存地址单元读取操作数,并送入MDR寄存器;
  • 微控制命令4,把ACC中的操作数与MDR中的操作数相加;结果存入ACC;

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LDA X:取数指令,把X指定的内存地址单元的数据取出,并送入ACC寄存器;

3.转移指令
3.1 无条件转移 JMP X;
Ad(IR) –> PC ;把指令的地址码部分送入pc寄存器即可;

3.2 条件转移 BAN X (负则转,即上一次计算结果为负值,则转移到X指定的指令)
上一条指令的计算结果存入了ACC寄存器;
A0 表示计算结果符号位;

【小结】指令分类

序号

指令分类

例子

1

非访存指令

CLA-把A清0;

COM-取反;

SHR-算术右移;

CSL-循环左移;

STP-停机指令;

2

访存指令

加法指令;ADD X

存数指令;STA X

取数指令;LAD X

3

转移指令

无条件转移;JMP X

条件转移;BAN X

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【4】 中断周期

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中断周期:做3件事情

  1. 保存断点;
  2. 形成中断服务程序入口地址;、
  3. 关中断;

操作

程序断点存入0地址

程序断点进栈

保存断点

0 -> MAR;把地址0送入MAR

(SP)-1 –> MAR;把指令指针寄存器SP的内容减1(栈顶地址)送给MAR;

1->W;把读命令传入控制总线,进而传给存储器;

PC->MDR;断点指令存入MDR

PC->MDR

MDR->M(MAR)MDR把断点指令存入MAR(地址0指定的内存单元;

MDR->M(MAR)MDR把断点指令存入MAR(栈顶地址)指定的内存单元;

形成中断服务入口地址

向量地址->PC;

或中断识别程序入口地址M->PC

关中断

0->EINT;把0送入允许中断触发器;关中断就是不允许其他中断源提出中断请求;