第四章 第6講 微程序控制器

第六講微程序控制器2/2/20231復(fù)習(xí)內(nèi)容：1、指令周期2、指令的執(zhí)行步驟（1）非訪內(nèi)指令（2）直接訪內(nèi)指令（3）間接訪內(nèi)指令（4）程序控制類指令復(fù)習(xí)內(nèi)容2/2/20232本講主要內(nèi)容：

1、微程序控制器的基本組成、工作原理

2、微程序設(shè)計技術(shù)要求：1、掌握微程序控制器的基本組成，了解微程序控制器的工作原理。

2、了解微程序設(shè)計技術(shù)微程序控制器2/2/20233微程序控制器同組合邏輯控制器相比較，具有規(guī)整性、靈活性、可維護(hù)性等一系列優(yōu)點，因而在計算機(jī)設(shè)計中逐漸取代了早期采用的組合邏輯控制器，并已被廣泛地應(yīng)用。微程序控制器的基本思想：微程序設(shè)計技術(shù)是利用軟件方法來設(shè)計硬件的一門技術(shù)。即仿照通常的解題程序的方法，把操作控制信號編成所謂的“微指令”，存放到一個只讀存儲器里。當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時，一條又一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機(jī)所需要的各種操作控制信號，使相應(yīng)部件執(zhí)行所規(guī)定的操作。微程序控制器的基本組成、工作原理2/2/20234一、微命令和微操作控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令叫做微命令，而執(zhí)行部件接受微命令后所進(jìn)行的操作，叫做微操作。執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以便使控制部件根據(jù)執(zhí)行部件的“狀態(tài)”來下達(dá)新的微命令，這叫做“狀態(tài)測試”。微操作在執(zhí)行部件中是最基本的操作。微操作可分為兩種：1、相容性的微操作

指在同時或同一個CPU周期內(nèi)可以并行執(zhí)行的微操作2、相斥性的微操作

指不能在同時或不能在同一個CPU周期內(nèi)并行執(zhí)行的微操作2/2/20235

二、微指令和微程序1、微指令在機(jī)器的一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。2、微程序一條機(jī)器指令的功能是用許多條微指令組成的序列來實現(xiàn)的，這個微指令序列通常叫做微程序。2/2/20236三、微程序控制器組成指令寄存器IROP狀態(tài)條件…地址轉(zhuǎn)移邏輯微地址寄存器地址譯碼控制存儲器ROM微命令信號…P字段控制字段2/2/202371、控制存儲器用來存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀型存儲器。工作過程是：讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；接著讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令……。控制存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量取決于微程序的數(shù)量。2、微指令寄存器用來存放由控制存儲器讀出的一條微指令信息，分為微地址寄存器和微命令寄存器兩個部分。其中微地址寄存器決定將要訪問的下一條微指令的地址，微命令寄存器則保存一條微指令的操作控制字段和判別測試字段的信息。

2/2/202383、地址轉(zhuǎn)移邏輯在一般情況下，微指令由控制存儲器讀出后直接給出下一條微指令的地址（簡稱微地址），這個微地址存放在微地址寄存器中。如微程序不出現(xiàn)分支，則下一條微指令地址就直接由微地址寄存器給出。當(dāng)微程序出現(xiàn)分支時，地址轉(zhuǎn)移邏輯就承擔(dān)自動完成修改微地址的任務(wù)。四、CPU周期與微指令周期的關(guān)系在串行方式的微程序控制器中，微指令周期等于讀出微指令的時間加上執(zhí)行該條微指令的時間。一般來講，一個微指令周期時間設(shè)計得恰好和CPU周期時間相等。2/2/20239五、機(jī)器指令與微指令的關(guān)系1、一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序，這個微程序是由若干條微指令序列組成的。因此，一條機(jī)器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來實現(xiàn)的。簡言之，一條機(jī)器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來完成，由微指令進(jìn)行解釋和執(zhí)行。2、從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應(yīng)關(guān)系來看，前者與內(nèi)存儲器有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān)。與此相關(guān)，也有相對應(yīng)的硬設(shè)備。

3、每一個CPU周期就對應(yīng)一條微指令。2/2/202310

微程序設(shè)計技術(shù)

微程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。一、微指令編碼1、直接表示法

特點是：操作控制宇段中的每一位代表一個微命令。這種方法的優(yōu)點是簡單直觀，其輸出直接用于控制。缺點是：微指令字較長，因而使控制存儲器容量較大。2、編碼表示法編碼表示法是把一組相斥性的微命令信號組成一個小組（即一個字段），然后通過小組（字段）譯碼器對每一個微命令信號進(jìn)行譯碼，譯碼輸出作為操作控制信號。優(yōu)點是可以用較小的二進(jìn)制信息位表示較多的微命令信號，可使微指令字大大縮短。缺點是微程序的執(zhí)行速度稍稍減慢。2/2/2023113、混合表示法

這種方法是把直接表示法與字段編碼法混合使用，以便能綜合考慮微指令字長、靈活性和執(zhí)行微程序速度等方面的要求。二、微地址形成的方法

產(chǎn)生后繼地址的方法有兩種：

1、計數(shù)器法方式

這種方法同用程序計數(shù)器來產(chǎn)生機(jī)器指令地址的方法相類似。計數(shù)器方式的基本特點是：微指令的順序控制字段較短，微地址產(chǎn)生機(jī)構(gòu)簡單。但是多路并行轉(zhuǎn)移功能較弱，速度較慢，靈活性較差。

2、多路轉(zhuǎn)移方式

一條微指令具有多個轉(zhuǎn)移分支的能力稱為多路轉(zhuǎn)移。多路轉(zhuǎn)移方式的特點是：能以較短的順序控制字段配合，實現(xiàn)多路并行轉(zhuǎn)移，靈活性好，速度較快，但轉(zhuǎn)移地址邏輯需要用組合邏輯方法設(shè)計。2/2/202312三、微指令格式1、水平型微指令一次能定義并執(zhí)行多個