5.4.1_硬布线控制器1

硬布线控制器是CPU设计中的一个重要组成部分，它负责协调和控制CPU内部各个部件的操作。在设计硬布线控制器时，通常需要遵循以下步骤： 1. **分析微操作序列**：我们需要对指令的执行过程进行细致的分析，确定每个阶段（取值、间址、执行、中断）所需的微操作序列。例如，在取值阶段，所有指令都需要从存储器读取指令，因此微操作可能包括PC到MAR的数据传输、MAR到MDR的数据传输以及MDR到IR的数据传输。 2. **选择控制方式**：在CPU控制方式的选择上，硬布线控制器是一种固定逻辑结构，不依赖于微程序，而是直接通过硬件电路实现控制。这种设计方式速度快，但灵活性较低。 3. **安排微操作时序**：接下来，我们需要安排微操作的时序，确保它们能在适当的时间执行。考虑到可能有的指令执行周期不同，通常会选择一个定长的机器周期，以最长的微操作序列为基础，确保所有指令都能在规定的时序内完成。如果某些指令在某个阶段没有操作，可以在该阶段的末尾安排这些微操作。 4. **电路设计**：我们将微操作转化为逻辑表达式，并设计电路来实现这些微操作。例如，微操作 `(PC)àMAR` 可能由微命令 `C1` 控制，其逻辑表达式可能是 `FE·T0`，表示只有在取指周期 (`FE=1`) 的第一拍 (`T0`) 才有效。电路设计包括操作码译码器、节拍发生器、各种控制信号的逻辑组合等。 在硬布线控制器设计中，通常需要关注以下几个关键点： - **操作码译码器**：根据指令操作码，决定当前指令需要执行的微操作。 - **时钟信号**：机器的主时钟频率决定了每个机器周期的长度，而节拍发生器则根据时钟信号产生内部的节拍信号。 - **状态条件**：CPU的状态信息，如标志位，可能会影响微命令的生成。 - **逻辑表达式**：每个微操作的启动可以通过逻辑表达式来描述，例如 `FE·T1+ IND·T1(ADD+STA+LDA+JMP+BAN) + EX·T1(ADD+LDA)`，用于控制数据从内存读取到寄存器的微操作。 在实际设计中，还需要考虑如何在有限的节拍内并行执行相容的微操作，以及如何处理不同指令执行时间不同的问题。例如，对于定长机器周期，如果某个指令在一个机器周期内无法完成，可以将剩余的微操作安排在机器周期的末尾。 硬布线控制器设计是一个复杂的过程，需要对计算机体系结构有深入理解，涉及到指令执行流程、微操作控制、时序安排和逻辑电路设计等多个方面。虽然考试中可能不会直接考察具体的电路设计，但理解这些基本概念对于理解CPU的工作原理至关重要。