目录
一、Yy-z02模型机的系统结构
二、Yy-z02模型机的数据通路
三、Yy-z02模型机的指令执行
四、Yy-z02模型机的硬布线控制器
一、Yy-z02模型机的系统结构
指令系统的实现 <--- 构造它的硬件系统
硬件系统构造过程：
- 分析指令格式和各指令的功能
- 确定部件连接方式（总线连接/直接连接）、CPU类型（单周期/多周期/流水线）
- 依据各条指令的功能，设计所需的功能部件、确定对应的控制信号
- 按既定方式进行连接，在部件之间建立数据通路
部件的连接方式
- 直接链接：在所有需要传送数据的部件之间建立一条直接通路，比较适合CPU流水线设计中的串行连接结构（RISC、ARM）
- 总线连接：所有部件都挂在总线上，部件之间通过总线来交换数据，结构简单，缺点是总线需要分时共享，指令的执行需要多周期（Yy-z02模型机）
总线连接的简单计算机系统结构
- 系统总线：连接CPU、存储器、输入设备、输出设备
- CPU内部总线：连接CPU内部的专用寄存器、运算器（ALU、GR、暂存器）
- CPU访问总线和输入输出设备：均需AR和DR完成
Yy-z02模型机的系统结构
- 将外部数据总线DB和CPU内部总线IB合二为一
- 省略了数据寄存器DR
二、Yy-z02模型机的数据通路
存储器读/写操作只需要2个机器周期，运算器运算操作需要3个机器周期
三、Yy-z02模型机的指令执行
指令执行过程
①取指令：以PC为地址读存储器，读出的指令写入IR，PC自增
- M0：PC -> AR，PC+1 -> PC
- M1：Mem[AR] -> IR
②分析指令：控制指令译码器ID对IR进行译码，产生能识别指令的特定信息或信号
- 指令的功能：对OP字段译码
- 操作数地址：对寻址方式码MOD译码
- 指令含几个字：由OP和MOD字段决定
③执行指令：具体操作数取决于指令的功能与寻址方式
- 取操作数：取指令剩余字；根据寻址方式计算EA
- 执行操作：根据指令功能执行传送/计算/移位/转移等操作
Yy-z02模型机的两条经典指令
指令执行的流程图
四、Yy-z02模型机的硬布线控制器
- 原则一：微操作的先后顺序不得随意更改
- 原则二：被控对象不同的微操作，尽量安排在一个节拍内完成
- 原则三：占用时间较短的微操作，尽量安排在一个节拍内完成，并允许有先后顺序
硬布线控制器特点：
- 指令越多，设计和实现就越复杂，因此一般用于RISC（精简指令集系统）
- 如果扩充一条新指令，则控制器的设计就需要大改，因此扩充指令困难
- 由于使用纯硬件实现控制，因此执行速度很快。微操作控制信号由组合逻辑电路即时产生
- 一个CPU控制器，可以部分指令使用硬布线实现，部分指令（复杂指令）使用微程序控制实现
Yy-z02模型机的硬布线控制器设计步骤：
- 确定指令系统、分析指令功能
- 确定计算机系统结构
- 分析指令的执行过程及发送的微操作控制信号
- 综合与优化每个微操作控制信号的逻辑函数
- 逻辑电路实现
1. 确定指令系统：两条典型指令（ADD、JMP）
2. 确定计算机系统结构：Yy-z02模型机
3. 分析指令执行过程和发送的空信号序列
4. 综合与优化每个微操作控制信号的逻辑函数
5. 逻辑电路实现
