计组学习记录第一天 CPU的控制器 6.20

控制器的功能和工作原理

控制器部件主要包括指令寄存器IR，控制信号产生电路、程序计数器PC

众所周知指令中一定有功能码，译码之后功能码会产生一定的控制逻辑由电路输出控制信号。
（画图太烂了连数据通路都没画不过我相信大家这块看的懂）

控制器的功能（从指令和数据两方面看）

1. 从主存中取出一条指令，并指出下一条指令在主存中的位置。我的理解是计数器PC的功能。
2. 对指令进行译码或测试，以产生相应的操作控制信号，这里操作控制信号就是控制cpu其他部件进行动作的flag。
3. 指挥数据流动方向，包括但不限于cpu内部和cpu外部。cpu外部的数据通路就是和主存进行存取的系统总线，内部的数据通路是特定的通路，由CPU是单总线还是多总线决定。

控制器的种类

硬布线控制器

硬布线控制器，又称组合逻辑控制器，主要通过一系列时序逻辑来达到操作分时控制的功能。学过数字逻辑都知道，触发器可以暂存数据，如果再配上CPU所谓的时钟频率（节拍），阁下该如何应对就可以实现根据时间返回对应的微操作。
注意区分这块是节拍，到时候我会再将易混淆的知识点更新单独一章出来。
主要实现如下：
节拍发生器传送时间信号，IR经过译码传送操作信号，只用在CU里打包时间和操作判断就行，在正确的时间发送正确的操作，简单吧

微操作代码

首先是微操作必写的四件套

(PC)->MAR
M(MAR)->MDR
(MDR)->IR
(PC)+1->PC

这四句话描绘了一个取值微操作，PC存的当前指令地址传入与主存单方向交互的MAR（adress），然后MAR作为地址在主存里找到后返回给MDR（data），再将返回的data，也就是指令存入指令寄存器IR，最后再找下一条指令的PC。
我必须在这里提醒一下，我认为PC每次的自增就是寻找到下一条指令的地址，所以编制方式和指令长度都会对PC+几有影响，大家可能常常看到PC+4，这里又PC+1。PC+4通常大家看到是因为按字节编码的地址配上32位机器，也就是32位指令长，这样PC就需要加4个地址，也就是4个字节4*8=32才能找到下一个指令。

以上是取指周期，接下来的间指周期和执行周期我都觉得没什么必要写了，需要根据寻址方式和执行手段来写。

微程序控制器

将微操作信号代码化，以一个微程序代替指令，然后微程序分为若干微指令，微指令又分若干微命令

微指令我觉得需要注意的地方

首先，这个微程序的控制方法就是将指令又变小一丢，我愿取名为元操作，所有理解都可以类比指令
1、微命令的互斥和相容，类比线性代数的线性相关和无关
2、微指令包含的信息：前半是自己需要执行的，后半是查找下一条的（后半类似PC）。
那么指令里的IR和MDR，MAR对应着微程序的什么呢？

MDR为什么没对应东西，因为MDR类似于指令在主存里的index，微指令的后半段对应。

微指令执行过程

一条机器指令取出
经过译码找到该机器指令的微程序入口地址，送入CMAR
找到微指令逐条执行。
执行完一个微程序后，再重新读入下一条机器指令。

微指令编码方式

直接编码
前半段为操作控制，一位对应一个操作
后半段为转移控制，转移条件位数+下地址位数

字段直接编码
用相容的分组，每一组内包括所有互斥的（组内不能并行操作），一组里只能挑一个出来运行，要么一个不挑，所以假设字段长度3位，2³只能表示7条互斥的微命令，还少一个什么都不执行

微指令的格式

水平型
以上两种均为水平型，没有任何纵向深度

垂直型
增加一层纵向的译码，减少指令长度

两者各有优缺，懂得都懂。

微指令代码

经典四件套多点东西咯，毕竟还要考虑每执行一条微指令都会传入下一条微指令地址：

(PC)->MAR
Ad(CMDR)->CMAR #下一条微指令地址
M(MAR)->MDR  (PC)+1->PC
Ad(CMDR)->CMAR# 传入下一条微指令地址
(MDR)->IR
OP(IR) -> 微地址形成部件->C MAR

今天主要写了控制器在CPU中的一些操作，原本还想写异常处理和流水线明天见！！！