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用五點來講解德國GESSMANN多軸手柄控制器
2023-8-17 閱讀(424)
用五點來講解德國GESSMANN多軸手柄控制器
1、設計機器的指令系統:規定指令的種類、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行順序，這種指令的地址碼部分給出的是要轉去執行的指令的地址。
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最為復雜的部分。
4、指令計數器:用來形成下一條要執行的指令的地址。通常，指令是順序執行的，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。如果執行的是轉移指令，則下一條要執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，將其直接送往指令計數器。
GESSMANN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。
第一種辦法是在指令中包含了下一條指令的地址。在指令執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。
第二種辦法是順序執行指令。一個程序由若干個程序段組成，每個程序段的指令可以設計成順序地存放在存儲器之中，所以只要指令地址寄存器兼有計數功能，在執行指令的過程中進行計數，自動加一個增量，就可以形成下一條指令的地址，從而達到順序執行指令的目的。這個辦法適用于以隨機存儲器作為主存儲器的計算機。當程序的運行需要從一個程序段轉向另一個程序段時，可以利用轉移指令來實現。轉移指令中包含了即將轉去的程序段入口指令的地址。執行轉移指令時將這個地址送人程序計數器(此時只作為指令地址寄存器，不計數)作為下一條指令的地址，從而達到轉移程序段的目的。子程序的調用、中斷和陷阱的處理等都用類似的方法。在隨機存取存儲器普及以后，第二種辦法的整體運行效果大大地優于第一種辦法，因而順序執行指令已經成為主流計算機普遍采用的辦法，程序計數器就成為中央處理器的一個控制部件。
CPU內的每個功能部件都完成一定的特定功能。信息在各部件之間傳送及數據的流動控制部件的實現。通常把許多數字部件之間傳送信息的通路稱為"數據通路"。信息從什么地方開始，中間經過哪個寄存器或多路開關，最后傳到哪個寄存器，都要加以控制。在各寄存器之間建立數據通路的任務，是由稱為"操作控制器"的部件來完成的。
操作控制器的功能就是根據指令操作碼和時序信號，產生各種操作控制信號，以便正確地建立數據通路，從而完成取指令和執行指令的控制。
有兩種由于設計方法不同因而結構也不同的控制器。微操作是指不可再分解的操作，進行微操作總是需要相應的控制信號(稱為微操作控制信號或微操作命令)。一臺數字計算機基本上可以劃分為兩大部分---控制部件和執行部件。控制器就是控制部件，而運算器、存儲器、外圍設備相對控制器來說就是執行部件。控制部件與執行部件的一種聯系就是通過控制線。控制部件通過控制線向執行部件發出各種控制命令，通常這種控制命令叫做微命令，而執行部件接受微命令后所執行的操作就叫做微操作。控制部件與執行部件之間的另一種聯系就是反饋信息。執行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以便使得控制部件根據執行部件的狀態來下達新的微命令，這也叫做"狀態測試"。微操作在執行部件中是組基本的操作。由于數據通路的結構關系，微操作可分為
相容性和相斥性兩種。在機器的一個CPU周期中，一組實現一定操作功能的微命令的組合，構成一條微指令。一般的微指令格式由操作控制和順序控制兩部分構成。操作控制部分用來發出管理和指揮全機工作的控制信號。其順序控制部分用來決定產生下一個微指令的地址。事實上一條機器指令的功能是由許多條微指令組成的序列來實現的。這個微指令序列通常叫做微程序。既然微程序是有微指令組成的，那么當執行當前的一條微指令的時候。必須指出后繼微指令的地址，以便當前一條微指令執行完畢以后，取下一條微指令執行。
