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计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

MOVE指令的执行过程如下图所示,抛去取指令阶段,只需要一个时钟周期就可以完成。那么在这个过程中各个部件的控制信号是如何实现的,这就引出了控制器的设计。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

把控制器看作产生固定时序控制信号的逻辑电路,会有指令译码、时钟信号、反馈信号几个输入信号,输出的就是功能部件控制信号序列。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

如下指令中,LOAD指令的指令周期最长,需要8个时钟周期才能完成。

对于传统三级时序而言,要取最长的指令周期作为机器周期的选择依据。

下面依据传统三级时序设计硬布线控制器。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

首先要设计时序产生器。

三级时序分别为:节拍脉冲、状态周期电位、节拍电位。

根据这三级时序的不同组合,就可以获得相应的状态机。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

执行指令周期中一共有8个状态:取值状态的T1、取之状态的T2……

这8个状态的前后对应关系是确定的,处在不断地往返循环当中。

那么可以用一个3位的状态寄存器来表示这8种状态,将目前的状态即现态分别输入到状态机组合逻辑和时序产生器组合逻辑中,前者会将现态变成次态(即过去的状态),根据次态产生该次态的下一个状态,变成新的现态;后者会根据现态产生相应的时序信号。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)

硬布线控制器会接收译码信号、反馈信号、节拍电位、状态电位,通过他们的组合即可生成控制信号序列。

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例如:

Read信号在取值阶段的T2、T3和LOAD指令执行阶段的T2、T3发挥作用,那么就可以得到如下的逻辑表达式,根据该逻辑表达式,再进行一定的化简,就可以通过门电路去实现相应的逻辑。

计算机组成原理——硬布线控制器设计(1)
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