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設計步驟

①設計機器的指令系統(tǒng)：規(guī)定指令的種類、指令的條數以及每一條指令的格式和功能。

②初步的總體設計：如寄存器設置、總線安排、運算器設計、部件間的連接關系等。

③繪制指令流程圖：標出每一條指令在什么時間、什么部件進行何種操作。

④編排操作時間表：即根據指令流程圖分解各操作為微操作，按時間段列出機器應進行的微操作。

⑤列出微操作信號表達式，化簡，電路實現。

基本組成

（1）指令寄存器用來存放正在執(zhí)行的指令。指令分成兩部分：操作碼和地址碼。操作碼用來指示指令的操作性質，如加法、減法等；地址碼給出本條指令的操作數地址或形成操作數地址的有關信息(這時通過地址形成電路來形成操作數地址)。有一種指令稱為轉移指令，它用來改變指令的正常執(zhí)行順序，這種指令的地址碼部分給出的是要轉去執(zhí)行的指令的地址。

（2）操作碼譯碼器：用來對指令的操作碼進行譯碼，產生相應的控制電平，完成分析指令的功能。

（3）時序電路：用來產生時間標志信號。在微型計算機中，時間標志信號一般為三級：指令周期、總線周期和時鐘周期。微操作命令產生電路產生完成指令規(guī)定操作的各種微操作命令。這些命令產生的主要依據是時間標志和指

令的操作性質。該電路實際是各微操作控制信號表達式(如上面的A→L表達式)的電路實現，它是組合邏輯控制器中較為復雜的部分。（4）指令計數器：用來形成下一條要執(zhí)行的指令的地址。通常，指令是順序執(zhí)行的，而指令在存儲器中是順序存放的。所以，一般情況下下一條要執(zhí)行的指令的地址可通過將現行地址加1形成，微操作命令“ 1”就用于這個目的。如果執(zhí)行的是轉移指令，則下一條要執(zhí)行的指令的地址是要轉移到的地址。該地址就在本轉移指令的地址碼字段，因此將其直接送往指令計數器。

微程序控制器的提出是因為組合邏輯設計存在不便于設計、不靈活、不易修改和擴充等缺點。

控制器是整個CPU的指揮控制中心，由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序計數器PC(ProgramCounter)和操作控制器0C(OperationController)三個部件組成，對協調整個電腦有序工作極為重要。

指令寄存器

指令寄存器：用以保存當前執(zhí)行或即將執(zhí)行的指令的一種寄存器。指令內包含有確定操作類型的操作碼和指出操作數來源或去向的地址。指令長度隨不同計算機而異，指令寄存器的長度也隨之而異。計算機的所有操作都是通過分析存放在指令寄存器中的指令后再執(zhí)行的。指令寄存器的輸人端接收來自存儲器的指令，指令寄存器的輸出端分為兩部分。操作碼部分送到譯碼電路進行分析，指出本指令該執(zhí)行何種類型的操作;地址部分送到地址加法器生成有效地址后再送到存儲器，作為取數或存數的地址。存儲

器可以指主存、高速緩存或寄存器棧等用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存取到數據寄存器（DR）中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數字組成。為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試，以便識別所要求的操作。指令譯碼器就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指令譯碼器的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發(fā)出具體操作的特定信號。

程序計數器

程序計數器：指明程序中下一次要執(zhí)行的指令地址的一種計數器，又稱指令計數器。它兼有指令地址寄存器和計數器的功能。當一條指令執(zhí)行完畢的時候，程序計數器作為指令地址寄存器，其內容必須已經改變成下一條指令的地址，從而使程序得以持續(xù)運行。為此可采取以下兩種辦法：

*種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執(zhí)行過程中將這個地址送人指令地址寄存器即可達到程序持續(xù)運行的目的。這個方法適用于早期以磁鼓、延遲線等串行裝置作為主存儲器的計算機。根據本條指令的執(zhí)行時間恰當地決定下一條指令的地址就可以縮短讀取下一條指令的等待時間，從而收到提高程序運行速度的效果。

MUEGGE控制器 MW-PCM2M259-2K-011 

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