第四部分 控制器
㈠ 控制器逻辑组成
⑴ 控制存储器CM 功能：存放微程序。 CM属于CPU，不属于主存储器。 ⑵ 微指令寄存器µIR 功能：存放现行微指令。
微命令字段： 提供一步操作所需的微命令。 (微操作控制字段) 指明后续微地址的形成方式。 微地址字段： 提供微地址的给定部分。 (顺序控制字段)
0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
A+B AB A⊕B B A+B 0 A B AB A
AB A+B A⊕B B AB 1 A+B A+B A
*：A加A=2A，算术左移一位
第三部分 指令系统
1、指令格式 2、寻址方式 3、操作类型
（一）指令格式：字长8位
模型机的编址为按字编址，字长8位，即主存每 个单元8位。 采用定字长指令格式，指令字长8位。 可使用2种寻址方式，标志位为0是寄存器寻址， 标志位为1是寄存器间址
㈢ 操作类型
操作码 助记符 000 001 010 011 100 101 110 111 ADD SUB JMP SHL OR AND STA MOV 含义 加 减 转移 左移 或 与 存 赋值
F8 F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1
C8 SN74181
C4 SN74181
C0
B8 B7 B6 B5 A8 A7 A6 A5
B4 B3 B2 B1 A4 A3 A2 A1
8位串行进位运算器
2、运算器可实现运算功能如下：
负逻辑 工作方 式选择 S3S2S1S0 逻辑运算 (M=1) 算术运算 (M=0)Cn=0 无进位 A减1 AB减1 AB减1 减1 A加(A+B) AB加(A+B) A减B减1 算术运算 (M=0)Cn=1 有进位 A AB AB 0 A加(A+B)加1 AB加(A+B)加1 A减B 逻辑运算 (M=1) 正逻辑 算术运算 (M=0)Cn=0 无进位 A A+B A+B 减1 A加AB (A+B)加AB A减B加1 算术运算 (M=0)Cn=1 有进位 A加1 (A+B)加1 (A+B)加1 0 A加AB加1 (A+B)加AB加1 A减B
第五章
计算机组成原理
㈣ 各类信息的传送路径
读出
⑴ 指令信息 M ⑵ 地址信息 ① 取指地址
置入 总线 IR
PC →选择器A → ALU → 移位器 → 总线
打入
MAR
② 顺序执行时的后继指令地址
PC A C0 ALU 移位器 总线
打入
PC
③ 操作数地址 寄存器间址寻址方式：
打入
Ri
A/B
ALU
㈠ 寄存器 ⑴ 可编程寄存器（8位） 通用寄存器：R0、R1； 指令计数器：PC； 程序状态字：PSW。
⑵ 非编程寄存器（16位） 暂存器C：暂存来自主存的源地址或源数据。 暂存器D：暂存来自主存的目的地址或目的数。 指令寄存器IR：存放现行指令。 地址寄存器MAR： 提供CPU访问主存的地址 数据寄存器MBR：存储数据、控制命令与操作
（六）时序系统设计
工作周期划分 取指周期FT 源周期ST 目的周期DT 执行周期ET
用于指令正常执行
⑴ 取指周期FT 从M取出指令并译码；修改PC。 取指结束时，按操作码和寻址方式(R/ 非R寻址)转相应工作周期。
⑵ 源周期ST
按寻址方式(非R寻址)形成源地址，从M取出源操 作数，暂存于C。
⑶ 目的周期DT
SM： ALU功能选择 S3S2S1S0M C0： 初始进位选择 S： 移位选择 ZO： 结果分配
（2）访存操作： EMAR、R、W （3） 顺序控制： SC： 000 顺序执行 001 无条件转移 010 按操作码分支 011 100 101 110 按OP与DR断定 按J与PC断定 按源寻址方式断定 按目的寻址方式断定
存储体
…
读 写 电 路
数据总线
…
…
MBR
驱动器
…
控制电路
译码器
…
MAR
读
写
地址总线
㈡ 运算部件（8位） 运算部件以算术、逻辑运算部件ALU为 核心。
SN74181 1片 选择器A ALU SN74181 1片 选择器B 选择数据来源
㈢ 总线与数据通路结构 ⑴ 组成：ALU部件、寄存器组、总线、 I/O与总线的连接。 ⑵ 总线：选用单总线结构（8位）。 8
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110
A AB A+B 1 A+B B A⊕B
A A+B AB 0 AB B A⊕B
负逻辑 工作方 式选择 S3S2S1S0 逻辑运算 (M=1) 算术运算 (M=0)Cn=0 无进位 A+B A加(A+B) A加B AB加(A+B) A+B A加A* AB加A AB加A A 算术运算 (M=0)Cn=1 有进位 (A+B)加1 A加(A+B)加1 A加B加1 AB加(A+B)加1 (A+B)加1 A加A加1 AB加A加1 AB加A加1 A加1 逻辑运算 (M=1)
按寻址方式(非R寻址)形成目的地址，或从M取出 目的操作数，暂存于D。
⑷ 执行周期ET
按操作码完成相应操作(传送、运算、取转移地址 送入PC). 后续指令地址送入MAR.
第二部分 运算器
1、运算器的物理结构、位数 2、运算器运算功能
1、运算器使用2片SN74181组成，采用串行进位 方法，共8位
⑶ 微地址形成电路 功能：提供两类微地址。
微程序入口地址： 由机器指令操作码形成。 后续微地址：由微地址字段、现行微地址、 运行状态等形成。
⑷ 微地址寄存器µAR 功能：存放后继微地址。
（二）微指令的设计
1、微指令格式
2、 各字段功能 ⑴ 数据通路操作
00 无输入 AI： A输入选择 A 01 Ri BI： B输入选择 00 无输入 01 Ri B 10 11 10 11 PC C MBR D A A B B
5~7位是操作码，决定操作类型 3、4位是源操作数，可使用寄存器R0、R1、PC、 PSW 1、2位是目的操作数，可使用寄存器R0、R1、PC、PSW 最后一位是标志位，决定寻址方式。
可编程寄存器（4个）： 通用寄存器R0~R1 00~01 程序计数器PC 10 程序状态字：PSW(11)
㈡ 寻址方式
移位器
总线
MAR
第五章
㈤ 微命令设置
ALU输入选择： R0 A、 0 R B、 ① 数据通路操作： ALU功能选择：S3S2S1S0、M、C0 输出移位选择： 不移、左移 结果分配： 0、CPC、CPMAR、 CPR 1 MAR向总线送地址 地址使能 EMAR 0 MAR与总线断开 ② 访M、I/O操作： 读 R 00 MBR与总线断开, R=1读 W=1写 写 W 置入IR 置入MBR SMBR，
指令流程图

3、 操作时间表
取值周期部分
FT0： M IR PC+1 PC
EMAR, R, SIR PC A, A+1,DM 1 ST 或 1 DT 或 1 ET
CPPC CPFT( P) CPST( CPDT( CPET( CPT ( P) P) P) P)
工作周期中，每拍结束时发CPT；工作周期 结束时， 5个时序打入命令都发。
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正逻辑 算术运算 (M=0)Cn=0 无进位 AB减1 A加AB A加B (A+B)加AB AB减1 A加A* (A+B)加A (A+B)加A A减1 算术运算 (M=0)Cn=1 有进位 AB A加AB加1 A加B加1 (A+B)加AB加1 AB A加A加1 (A+B)加A加1 (A+B)加A加1 A
8位模型机的 设计
小组成员： 小组成员：刘俊玲 李沛敏 吴小丹 张媛媛 张嘶涛
设计主要参考文献
程晓荣 计算机组成与结构 中国电力出版社 唐朔飞 计算机组成原理 高等教育出版社 白中英 计算机组成原理 科学出版社
第一部分 总体结构 第二部分 运算器 第三部分 指令系统 第四部分 控制器
第一部分 总体结构
第五章
计算机组成原理
（三） 微程序编制 取指微指令微码
微地址00 00
M
IR： 00 000 1 1 1 000
00 00000 00
微地址01 PC+1 10 00 10010 01
PC： 00 111
0
0
0
000
（四） 后继微地址的形成 ⑴ 增量方式（顺序执行－转移方式） ①顺序执行，即微地址增量为1； ②跳步执行，即微地址增量为2； ③无条件转移，现行微指令给出转移微地址； ④条件转移，现行微指令给出转移微地址和转移条 件；