计算机体系结构中的控制单元设计是什么?
控制单元通过生成一组与主时钟同步的信号来驱动相应的处理硬件。控制单元执行的两个主要操作是指令解释和指令排序。
控制单元的主要功能是从主存中获取数据,确定涉及到的设备和操作,并产生控制信号来执行这些操作。
控制单元类型
控制单元组织主要有以下两种类型:
硬布线控制
在硬布线组织中,控制逻辑由门、触发器、译码器和其他数字电路实现。它可以被优化以实现快速的操作模式。在微程序组织中,控制数据存储在控制存储器中。
控制存储器被编程为启动所需的微操作序列。如果需要修改或更改设计,硬布线控制需要更改各种元素之间的布线。
控制单元的框图显示在图中。它包括两个译码器、一个序列计数器和一些控制逻辑门。
从存储器读取的一些指令被放置在指令寄存器 (IR) 中。因此,IR 被分成三个部分,例如 I 位、操作码和第 0 位到第 11 位。操作码由一个 3 * 8 译码器解码,其输出由符号 D0 到 D7 表示。
相应操作码的二进制值是符号中下标的数字。指令的第 15 位符号 I 被传输到一个触发器。控制逻辑门具有来自第 0 位到第 11 位的位。
序列计数器是 4 位计数器,以二进制形式从 0 计数到 15。它可以同步递增或清零。从 T0 到 T15 的定时信号是译码器的解码输出。
微程序控制
微程序控制将其控制数据存储在控制存储器中。它可以启动重要的微操作集,控制存储器被编程。微程序控制中的更改和修改可以通过升级控制存储器中的微程序来完成。
该图显示了微程序控制组织的通用配置。
控制被假定为一个只读存储器 (ROM),其中所有控制数据都永久保存。ROM 支持微指令的地址。另一个寄存器是控制数据寄存器,它存储从存储器读取的微指令。它包括一个控制字,该控制字包含数据处理器的 一个或多个微操作。
在此操作期间应评估下一个地址。它在下一个地址生成器中进行评估。因此,它被传输到控制地址寄存器以进行读取。下一个地址生成器称为微程序排序器。它取决于排序器的输入,它决定下一个微指令的地址。微指令可以通过不同的方法确定。