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计算机组成:CU与ALU

计算机组成:CU与ALU

  • CU概论
  • CU组合逻辑设计
    • 具体部件介绍
    • 组合逻辑设计步骤
      • 写出每个微操作逻辑表达式
      • 根据逻辑表达式画出电路图
  • CU微程序设计
    • 微程序设计思想
    • 微程序控制单元结构
    • 顺序逻辑
    • 具体例子
  • 微指令操作码的编码格式
    • 直接编码(控制)方式
    • 字段直接编码方式
    • 字段间接编码方式
    • 垂直型微指令
    • 组合逻辑和微程序控制区别
  • ALU
    • 全加器
    • 串行加法器
    • 并行加法器
    • 组内并行进位、组间串行进位
    • ALU结构
      • 整数加减运算器
      • 乘法器
      • ALU输入输出端和内部单总线结构

CU概论

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CU组合逻辑设计

具体部件介绍

  1. 节拍发生器
    在这里插入图片描述
    实际上的计算机有几个节拍是根据:指令的节拍安排,最多需要几个就用有几个节拍的发生器。

  2. 三态缓冲门
    在这里插入图片描述
    当E信号无效时,A的状态怎么样都不会被传达到Y上;当E信号有效时,A的信号被传送到Y上,且Y的输出与A一样。具体使用:当部件能被输出到总线上时,就需要加一个三态门。

  3. 译码器
    在这里插入图片描述
    3位输入,8个输出,称为三八译码器。指令的操作码作为输入,输出则是标志着哪条指令。

  4. 多路选择器
    在这里插入图片描述
    从输入中选择一个,有3个输入,则控制信号要2位。

组合逻辑设计步骤

硬布线控制器就是组合逻辑设计,不管是硬布线还是微程序都有微命令与微操作。

  1. 取值周期
    在这里插入图片描述
    问题:为什么第三步的两个操作可以并行?
    因为读IR时,IR可以视为组合逻辑部件,而在硬布线控制器中也是组合逻辑部件,所以不耗费时钟周期。
    (自己的答案)
    遇见给的:因为译码器本身是组合逻辑元件,所以并不完整耗费一个时钟周期。
    答疑:但是如果CU是微程序控制器的话,就不能在一块写了。

从一个状态元件到另一个状态元件的时间才叫一个时钟周期,实际上也不太对吧,写状态元件才叫一个时钟周期。

  1. 间址周期
    在这里插入图片描述
  2. 中断周期
    在这里插入图片描述
    保存断点,中断向量寻址

注意:指令周期的不同阶段(取值周期、间址周期、执行周期、中断周期)在计算机中都会有一个标志位来表明究竟是哪个周期。

  1. 表格含义
    给出了微操作要执行的条件。
    在这里插入图片描述

写出每个微操作逻辑表达式

在这里插入图片描述

根据逻辑表达式画出电路图

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