微程序控制器1

第三節(jié)微程序控制器原理4.3.1微程序控制的基本思想1.若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；3.微程序事先存放在控制存儲器中，執(zhí)行機(jī)器指令時再取出。1.若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；CPU的構(gòu)成引入了程序技術(shù)，使設(shè)計規(guī)整；引入了存儲邏輯，使功能易于擴(kuò)展。4.2.2組成原理1.主要部件（1）控制存儲器CM功能：微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR存放微程序。CM屬于CPU，不屬于主存儲器。（2）微指令寄存器μIR功能：微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR存放現(xiàn)行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。(微操作控制字段)(順序控制字段)（3）微地址形成電路功能：微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR提供兩類微地址。微程序入口地址：由機(jī)器指令操作碼形成。后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運(yùn)行狀態(tài)等形成。2.工作過程微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令（1）取機(jī)器指令CM取指微指令μIR控制存儲器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列IR微命令字段譯碼器控制存儲器微命令主存機(jī)器指令微命令字段微地址字段IR譯碼器微命令序列（2）轉(zhuǎn)微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口μAR微命令字段CM首條微指令微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令控制存儲器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列IR控制存儲器微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列微地址形成電路IR微地址寄存器微地址形成電路控制存儲器微地址寄存器微命令字段微地址字段（3）執(zhí)行首條微指令控制存儲器譯碼器μIRμIR譯碼器微命令字段微地址字段微命令序列微命令操作部件微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR（4）取后續(xù)微指令微地址字段現(xiàn)行微地址運(yùn)行狀態(tài)微地址形成電路微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址寄存器后續(xù)微地址μAR微地址形成電路控制存儲器CM后續(xù)微指令μIR微地址寄存器微命令字段微地址字段（5）執(zhí)行后續(xù)微指令同（3）微地址形成電路IRPSWPC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址形成電路微地址寄存器微命令字段微地址字段（6）返回微程序執(zhí)行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。3.基本概念和術(shù)語1.微命令與微操作微命令：構(gòu)成控制信號序列的最小單位。由控制信號向有關(guān)的部件發(fā)出。微操作：由微命令控制實(shí)現(xiàn)的最基本操作。微命令是微操作的控制信號，微操作是命令控制的操作過程。2.微指令和微周期微指令：若干微命令的組合，以編碼形式存放在CM的一個單元中，控制實(shí)現(xiàn)一步操作。微周期：從CM中讀取一條微指令并執(zhí)行相應(yīng)的微操作所需的時間。3.微程序與微程序設(shè)計微程序：一系列微指令的有序集合。微程序設(shè)計：將傳統(tǒng)的程序設(shè)計方法運(yùn)用到控制邏輯的設(shè)計中，因此也有微子程序、分支、循環(huán)等形態(tài)。4.工作程序與微程序、主M與CM4.3.3微指令格式和編碼方法1.格式分類（1）垂直型微指令優(yōu)點(diǎn)：一條微指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作。微指令短、簡單、規(guī)整，便于編寫微程序。缺點(diǎn)：微程序長，執(zhí)行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一條微指令定義并執(zhí)行一種基本操作。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：微指令長，編寫微程序較麻煩。微程序短，執(zhí)行速度快。（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執(zhí)行速度加快。在垂直型的基礎(chǔ)上增加一些不太復(fù)雜的并行操作。例.長城203微指令A(yù)IBIZOAOPMOPKKST3333444運(yùn)算器輸入控制運(yùn)算器輸出控制操作類型控制訪M、I/O控制常數(shù)輔助操作2.編碼方法（1）直接控制法例.某微指令微命令按位給出。不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。

C0

RW111C0=0進(jìn)位初值為01進(jìn)位初值為1R=0不讀1讀0不寫1寫W=微指令中通常只有個別位采用直接控制法。（2）分段直接編譯法例.對加法器輸入端進(jìn)行控制。微命令由字段編碼直接給出。000不發(fā)命令微指令中設(shè)置AI字段，控制加法器的輸入選擇。加法器ABR、CD、ER、CD、FAI3010CA100FB…001RA010CA011DB011DB？微命令分組原則：同類操作中互斥的微命令放同一字段。不能同時出現(xiàn)CD操作唯一；加法器A輸入端的控制命令放AI字段，B輸入端的控制命令放BI字段。加法器ABR、CD、ER、CD、F000不發(fā)命令010CA100EA001RA011DACDAIBI33010CA000不發(fā)命令010CB100FB001RB011DB011DBAI：BI：一條微指令能同時提供若干微命令，便于組織各種操作。編碼較簡單；（3）分段間接編譯法例.微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。C=CA1)設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位1A為某類命令0A為常數(shù)2)分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志。例.DJS-220

微指令分兩類。

（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發(fā)器C=0)I/O方式(觸發(fā)器C=1)1)微指令譯碼與機(jī)器指令譯碼復(fù)合控制全加器運(yùn)算方式控制C=0QC151617C=1QC’

JCC’151617通道專用例.機(jī)器指令

寄存器號

寄存器傳A微指令譯碼器譯碼器001RAR1

A門例.2)微地址參與解釋004微地址指令操作碼1.微程序入口地址的形成

微指令

取指標(biāo)志

變址標(biāo)志

0114.3.4微地址形成方式微程序入口功能轉(zhuǎn)移（1）一級功能轉(zhuǎn)移各操作碼的位置、位數(shù)固定，一次轉(zhuǎn)換成功。入口地址=頁號，操作碼例.機(jī)器指令10F(8位)

入口地址=000FHCM機(jī)器指令2

10(8位)

入口地址=0010H000F0010無條件轉(zhuǎn)微地址1微地址1微程序1無條件轉(zhuǎn)微地址2微地址2微程序2

功能轉(zhuǎn)移

功能轉(zhuǎn)移0頁（2）二級功能轉(zhuǎn)移各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定，分類轉(zhuǎn)：需兩次轉(zhuǎn)換。指令類型標(biāo)志區(qū)分指令類型功能轉(zhuǎn)：指令操作碼區(qū)分操作類型例.某指令系統(tǒng)：雙操作數(shù)指令的操作碼占4位，其中高兩位為00，即雙操作數(shù)指令類型標(biāo)志；單操作數(shù)指令的操作碼占6位，其中高兩位為01，即單操作數(shù)指令類型標(biāo)志。加法指令0001(4位)

CM減法指令0010(4位)

無條件轉(zhuǎn)1000001000000001無條件轉(zhuǎn)1000

功能轉(zhuǎn)移

功能轉(zhuǎn)移求補(bǔ)指令011100(6位)

(1K)分類轉(zhuǎn)移給定入口高6位1000000010無條件轉(zhuǎn)加法地址無條件轉(zhuǎn)減法地址分類轉(zhuǎn)移給定入口高4位1000011100無條件轉(zhuǎn)求補(bǔ)地址加法地址加法微程序（3）用可編程邏輯陣列PLA實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址1PLAIR入口地址22.后續(xù)微地址的形成

（1）增量方式以順序執(zhí)行為主，輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。順序：現(xiàn)行微地址+1。跳步：現(xiàn)行微地址+2。無條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。CMAA+1A+2BB條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。B轉(zhuǎn)移條件CC(條件滿足)(條件不滿足)轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。轉(zhuǎn)移條件CDD微子程序返回微主程序：現(xiàn)行微指令給出寄存器號。A+1RR微指令給定后續(xù)微地址高位部分（2）斷定方式由直接給定和測試斷定相結(jié)合形成微地址。

給定部分?jǐn)喽l件指明后續(xù)微地址低位部分的形成方式例1.微指令

D（給定）

A（條件）2位位數(shù)可變微地址10位，約定：A=0110微地址低4位為操作碼，D給定高位；微地址低3位為機(jī)器指令目的尋址方式微地址低3位為機(jī)器指令源尋址方式6711編碼，D給定高位；編碼，D給定高位。716路分支8路分支8路分支例2.微指令設(shè)微地址10位，4個狀態(tài)觸發(fā)器T1～T4，微程序可按它們的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。給定

DAB

后續(xù)微地址00001010

D(8位)A(2位)B(2位)條件A

低位地址00001110T111T2B最低位地址00001110T311T4000100001010010110T301000010101000001010111011T1T40001101100001010000000101001000010101000001010114.3.5微程序控制方式優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用1.優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)計規(guī)整，設(shè)計效率高；（2）易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能；（3）結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡潔，可靠性高；（4）性價比高。2.缺點(diǎn)

（1）速度慢訪存頻繁轉(zhuǎn)移較多（2）執(zhí)行效率不高3.應(yīng)用范圍

用于速度要求不高、功能較復(fù)雜的機(jī)器中。特別適用于系列機(jī)未充分發(fā)揮數(shù)據(jù)通路本身具有的并行能力同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行。P4.4.1微程