寄存器分类

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  • 用户：特指编程人员
  • 可见：通过编程语言访问
  • 状态寄存器：没有必要让编程人员访问，也不应该可见
    • 会导致不安全的情况
    • 程序出现漏洞的风险也会增高
    • 指令集的复杂度也会增加，效率降低

用户可见寄存器

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条件码寄存器不是必须的。缺点：硬件复杂性增加

设计出发点

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保存和恢复

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控制和状态寄存器

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PC是可见的

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设计出发点

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8086

通用寄存器

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段寄存器

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标志寄存器

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指令指针寄存器

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为什么是

微操作

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分组原则

通过放在前后的时间周期内，让时间的流动顺序恰当
对同一个寄存器进行读写，不能放在同一个时间周期内
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取指周期

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t1：数据通过MAR传给地址总线
t2：对应两个微操作

  • 取出指令放到数据总线上
  • PC+”1” 要当心同步、异步 — 发送在同一个时间单位内

每一个t表示一个时间单位，表示微操作发送在哪一个时间单位内。
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调整了pc + 1的位置

间址周期

将间接地址转换成有效地址
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  1. IR中存了取到的指令，将指令中的地址部分放到MAR中
  2. 将地址对应的内容从存储器中放到MBR中
  3. 替换IR的地址部分

执行周期

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  1. 送地址后才能取到内容，所以t1和t2不能合并
  2. t2是写MBR，t3是读MBR，所以不能合并

转移并保存：保存PC地址，并跳转到一个新的地址

  1. 将IR中的地址送到MAR中，告诉MAR，PC要存到哪里，该地址是PC要保存到的地址。把PC的内容送到MBR中。这俩个步骤互相独立，可以存放在同一个时间周期内。
  2. 把MBR的内容写到主存中，把新的地址存到PC中。只有PC保存了，才能更新PC；只有写入了MBR，才能继续读MBR
  3. PC+1

中断周期？

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只需要两个时间单位

指令周期代码 ICC

取指、间址、中断周期各有一个微操作序列，执行周期则对于每个操作码有一个微操作序列
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取指周期

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间址周期

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执行周期

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中断周期

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CPU内部总线

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控制器

功能需求

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控制器的输入

操作码影响执行周期
寻址方式影响间址周期
控制器也会收到控制信号：中断请求
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控制器的输出

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控制信号

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image.png（图有点小问题）

控制器的最小特性

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实现上尽可能地简洁

控制器实现

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硬布线实现

控制器输入

时钟、标志、控制总线的输入、指令寄存器

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操作码通过译码器转化为微操作序列

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控制器逻辑

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缺点：太过复杂

微程序实现？

和硬布线实现有什么不同

基本概念和思路

  • 微程序(固件)介于硬件与软件之间
  • 设计固件比设计硬件容易，但写固件程序比软件程序困难·微指令序列
  • 微指令∶每行描述一个时间内出现的一组微操作。

基本思路

  • 对于每个微操作，控制器的任务是产生一组控制信号，即控制器发出的每根控制线或开或关（每根控制线由一个二进制数字表示）·构造一个控制字，每位代表一根控制线，这样每个微操作能用控制字中的不同的0和1的样式来表示
  • 将这些控制字串在一起，可以表示控制器需要完成的微操作序列

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微程序执行？

取指、间接、中断的微操作序列是一样的，都可以用相同的微指令** ？ 为什么是一样的**
相同的操作码可以用相同的微指令序列
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任务

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定序

下一个指令的地址在哪？
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双地址：指令太长，成本上升
地址选择有不同的方式。

构成

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工作流程？？

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下面这张图什么意思？

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  • 操作码在指令寄存器中，需要进行译码器译码

优缺点

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总结

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