2005.11.25計算機組成原理ComputerOrganization北京化工大學信息科學與技術學院韓陽本科課程教學CSE3260D

計算機組成原理2005.11.25計算機組成原理Computer15.5微程序控制器原理5.5.1微程序控制的基本思想2組合邏輯控制器：由大量的邏輯門和觸發器組成。

微程序控制器：基于“存儲程序，順序執行”的思想體制。5.5微程序控制器原理5.5.1微程序控制的基2微程序控制的基本思想1.若干微命令編制成一條微指令，控制實現一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執行一條機器指令；微程序事先存放在控制存儲器(CM)中，執行機器指令時再取出。1.若干微命令編制成一條微指令，控制實現一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執行一條機器指令；CPU的構成引入了程序技術，使設計規整；引入了存儲邏輯，使功能易于擴展。5.5微程序控制器原理3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345.5.2微程序控制器組成原理5.5微程序控制器原理45.5.2微程序控制器組成原理5.5微程序控制4

微地址形成電路

IR

PSW

PC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μIR1.主要部件（1）控制存儲器CM功能：存放微程序。CM屬于CPU，不屬于主存儲器。55.5微程序控制器原理微地址IRPSWPC微地址寄存器μA5（2）微指令寄存器μIR功能：

微地址形成電路

IR

PSW

PC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)65.5微程序控制器原理（2）微指令寄存器μIR功能：微地址IRP6（3）微地址形成電路功能：

微地址形成電路

IR

PSW

PC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：由機器指令操作碼形成。后續微地址：由微地址字段、現行微地址、運行狀態等形成。75.5微程序控制器原理（3）微地址形成電路功能：微地址IRPSW72.工作過程

微地址形成電路IR

PSW

PC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器指令微命令字段微地址字段IR

譯碼器微命令序列85.5微程序控制器原理2.工作過程微地址IRPSWPC微地址8（2）轉微程序入口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IR

PSW

PC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95.5微程序控制器原理（2）轉微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口μAR微命令字9微地址形成電路

IRPSW

PC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）取后續微指令微地址字段現行微地址運行狀態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微地址μAR

微地址形成電路控制存儲器CM后續微指令μIR微地址寄存器微命令字段微地址字段105.5微程序控制器原理微地址IRPSWPC微地址寄存器μA10（5）執行后續微指令同（3）微地址形成電路

IRPSW

PC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）返回微程序執行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。115.5微程序控制器原理（5）執行后續微指令同（3）微地址IRPSW115.5微程序控制器原理微命令：構成控制信號序列的最小單位。微操作：由微命令控制實現的最基本操作。微指令：若干個微命令的組合。微周期：指從控制存儲器中讀取一條微指令并執行相應的微操作所需的時間。微程序：一系列微指令的有序集合?？刂拼鎯ζ鳎捍娣盼⒊绦虻闹蛔x存儲器。5.5.2微程序控制器的基本概念結論：執行一條指令實際上就是執行一段存放在控制存儲器中的微程序。5.5微程序控制器原理微命令：構成控制信號序列的最小單125.5微程序控制器原理微程序控制的設計思想：

將機器指令分解為基本的微命令序列，用二進制代碼表示這些微命令，并編成微指令，再形成微程序；每種機器指令對應一段微程序，存放到固定的控制存儲器中；執行一條機器指令時只需從控制存儲器中逐條取出與之對應的一段微程序，就可以產生各種微操作信號，實現機器指令的功能。一條機器指令＝一段微程序＝若干條有序的微指令一條微指令＝若干條微命令5.5微程序控制器原理微程序控制的設計思想：135.5微程序控制器原理微指令的基本結構5.5微程序控制器原理微指令的基本結構145.5微程序控制器原理微程序控制器的組成框圖5.5微程序控制器原理微程序控制器的組成框圖155.5微程序控制器原理操作碼地址碼指令譯碼控制存儲器控制字段下址微程序控制器的工作原理圖指令寄存器IR形成本條指令的微程序入口地址微指令寄存器5.5微程序控制器原理操作碼地址碼指令譯碼控制165.5微程序控制器原理?指令的OP與微程序入口的可能映射方式及比較a)OP就是指令微程序的入口地址010001000111001OP01000..10001..110015.5微程序控制器原理?指令的OP與微程序入口的可能映17125.5.3微程序舉例例“十進制加法”指令←→一段微程序P1755.5微程序控制器原理①②③④125.5.3微程序舉例5.5微程序控制器原理185.5微程序控制器原理微程序在控存中的存放及微程序控制器的工作過程0000000000001111110

00000100010010010000000

00000000000110100101001001000000000

100110010100010011000000001

0010控制存儲器取指R2－R3→R2R2+R3→R2R1+R2→R2…….…….5.5微程序控制器原理微程序在控存中的存放及微程序控195.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5微程序控制器原理

微指令周期：讀出微指令到執行完該條微指令的時間在串行方式的微程序控制器中:微指令周期=讀出微指令的時間+執行該條微指令的時間為了保持整個機器控制信號的同步，可將一個微指令周期設計與CPU周期時間相等。5.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5205.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5微程序控制器原理5.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.521145.5.5機器指令與微指令的關系5.5微程序控制器原理一條機器指令對應一段微程序，由微指令解釋執行機器指令與內存M有關，微指令與控制存儲器CM有關每個CPU周期對應一條微指令145.5.5機器指令與微指令的關系5.5微22155.5.6微指令格式和微命令編碼方法格式分類5.5微程序控制器原理水平型微指令垂直型微指令(1)水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則較差。(2)水平型微指令執行一條指令的時間短，垂直型微指令執行時間長。(3)由水平型微指令解釋指令的微程序，有微指令字較長而微程序短的特點。垂直型微指令則相反。(4)水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比較相似，相對來說，比較容易掌握?；旌闲臀⒅噶?55.5.6微指令格式和微命令編碼方法5.523165.5微程序控制器原理（1）垂直型微指令優點：一條微指令定義并執行幾種并行的基本操作。微指令短、簡單、規整，便于編寫微程序。缺點：微程序長，執行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一條微指令定義并執行一種基本操作。優點：缺點：微指令長，編寫微程序較麻煩。微程序短，執行速度快。165.5微程序控制器原理（1）垂直型微指令優點：一條24（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執行速度加快。在垂直型的基礎上增加一些不太復雜的并行操作。例.長城203微指令

AIBIZOAOPMOPKKST3333444運算器輸入控制運算器輸出控制操作類型控制訪M、I/O控制常數輔助操作17（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執行在垂25?水平型微指令和垂直型微指令的比較水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則比較差。b.水平型微指令執行一條指令的時間短，垂直型微指令執行執行一條指令的時間長。c.由水平型微指令解釋指令的微程序，具有微指令字較長，微程序短的特點；垂直型微指令則相反，微指令短而微程序長5.5微程序控制器原理?水平型微指令和垂直型微指令的比較水平型微指令并行操作能力強262.微命令編碼方法(如何表示微操作)（1）直接控制法例.某微指令微命令按位給出。不需譯碼，產生微命令的速度快；信息的表示效率低。（微指令長，占CM容量大）。

C0

RW111C0=0進位初值為01進位初值為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。18如何確定微指令的結構，是微程序設計的關鍵。2.微命令編碼方法(如何表示微操作)（1）直接控制法例.某27(1)直接表示法?操作字段的每一位表示一個微命令?優點:簡單、直觀，輸出直接用于控制?缺點:微指令字長、不利于減少控存容量(1)直接表示法?優點:簡單、直觀，輸出直接用于控制2819（2）分段直接編譯法（單重定義編碼）例.對加法器輸入端進行控制。微命令由字段編碼直接給出（顯式編碼）。000不發命令微指令中設置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CD19（2）分段直接編譯法（單重定義編碼）例.對加法器輸入端2920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不發命令010CA100EA001RA011DACDAIBI33010CA000不發命令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；20操作唯一；加法器A輸入端的控制命令放加法器30

微操作是計算機中最基本的操作，由于數據路、邏輯功能的關系，微操作可以分為相容性的和相斥性的微操作：?相容性的微操作能同時并行執行的微操作?相斥性的微操作不能同時并行執行的微操作5.5微程序控制器原理微操作是計算機中最基本的操作，由于數據路、邏輯功能的315.5微程序控制器原理圖中相斥性的微操作有：(+、–、M)(4、6、8)(5、7、9)圖中相容性的微操作有：1、2、3(4、6、8)與(5、7、9)兩組中各取一個任意組合5.5微程序控制器原理圖中相斥性的微操作有：32（3）分段間接編譯法（多重定義編碼，隱式編碼）例.微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。C=

CA

1)設置解釋位或解釋字段解釋位1

A為某類命令0

A為常數/另一類微命令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，并設置區分標志。例.DJS-220微指令分兩類。21（3）分段間接編譯法（多重定義編碼，隱式編碼）例.微命令33（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發器C=0)I/O方式(觸發器C=1)1)微指令譯碼與機器指令譯碼復合控制全加器運算方式控制C=0QC151617C=1QC’

JCC’151617通道專用操作方式控制例.機器指令

寄存器號

寄存器傳A微指令譯碼器譯碼器001RAR1A門22（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發器C=0)1)微指342)微地址參與解釋004微地址微指令

取指標志

變址標志

0115.5微程序控制器原理23例DJS180系列26個局部性微命令2)微地址參與解釋004微地址微指令取指標志35(2)編碼表示法?把一組互斥的信號組成一個小組，然后通過小組譯碼器譯碼，譯碼輸出將作為操作控制信號。每次每個小組最多只能有一個有效。譯碼譯碼譯碼譯碼字段1字段2字段3P字段下地址字段微命令?若某小組有4個微命令，則微指令中該字段需要多少位？需要3位，為什么？因為每字段經過譯碼后，要有一個狀態表示不使用本組中的微命令。(2)編碼表示法?把一組互斥的信號組成一個小組，然后通過小組365.5.7

微地址形成方式微程序入口地址的形成后續微地址的形成

增量方式（計數器方式）

2）斷定方式（直接給定和測試斷定相結合形成微地址）5.5微程序控制器原理24

后繼微地址由現行微地址加上一個增量來產生

μAR=μPC+15.5.7微地址形成方式5.5微程序控制器原理375.5.7

微地址形成方式5.5微程序控制器原理24多路轉移方式：一條微指令具有多個轉移分支的能力。?取指微指令執行后，下一條微指令由指令操作OP指定?當微程序不出現分支時，直接由微指令的順序控制字段給出下一條微指令的地址。?當出現轉移時，由判別測試字段和狀態條件來修改順序控制的某些位來實現多路分支。順序控制字段該信息有n位，微程序就有2n路轉移5.5.7微地址形成方式5.5微程序控制器原理38【例】微地址寄存器有6位(μA5-μA0)，當需要修改其內容時，可通過某一位觸發器的強置端S將其置“1”。現有三種情況：(1)執行“取指”微指令后，微程序按IR的OP字段(IR3-IR0)進行16路分支；(2)執行條件轉移指令微程序時，按進位標志C的狀態進行2路分支(3)執行控制臺指令微程序時，按IR4，IR5的狀態進行4路分支。請按多路轉移方法設計微地址轉移邏輯?！窘狻堪此o設計條件，微程序有三種判別測試，分別為P1，P2，P3。由于修改μA5-μA0內容具有很大靈活性，現分配如下：(1)用P1和IR3-IR0修改μA3-μA0；(2)用P2和C修改μA0；(3)用P3和IR5，IR4修改μA5，μA4。另外還要考慮時間因素T4(假設CPU周期最后一個節拍脈沖)，故轉移邏輯表達式如下：

μA5=P3·IR5·T4μA4=P3·IR4·T4μA3=P1·IR3·T4μA2=P1·IR2·T4μA1=P1·IR1·T4μA0=P1·IR0·T4+P2·C·T4

25【例】微地址寄存器有6位(μA5-μA0)，當需要修改其內容39例.

機器指令1

0F(8位)

入口地址=000FH

CM機器指令2

10(8位)

入口地址=0010H

000F0010無條件轉微地址1微地址1微程序1無條件轉微地址2微地址2微程序2

功能轉移

功能轉移0頁26例.機器指令10F(8位)入口地址=000FH405.5.8

微程序控制器設計時序安排二級時序（微指令周期、脈沖）5.5微程序控制器原理275.5.8微程序控制器設計5.5微程序控制器原4128同步控制，用統一微指令周期控制各條微指令執行。P微程序時序安排微指令周期

微指令打入μIR(CM→μIR)二級時序：控制數據通路操作結果打入目的地，讀取后續微指令后續微地址打入μAR為什么？28同步控制，用統一微指令周期控制各條微指P微程序時序安425.5.8

微程序控制器設計2.微指令格式按操作類型（數據通路各段操作）劃分字段，同類操作中互斥的微命令放同一字段。5.5微程序控制器原理295.5.8微程序控制器設計5.5微程序控制器原435.5.8

微程序控制器設計3.微程序編制編寫程序實現分支微指令實例例微指令代真（“取指”微指令）

PC→MARPC+1→PC按OP分支

00→01→02→……5.5微程序控制器原理305.5.8微程序控制器設計5.5微程序控制器原445.5.9

微程序控制方式優缺點及應用5.5微程序控制器原理311.優點：①結構規整，設計效率高；②易于修改，擴展指令系統功能；③可靠性高；④性價比高。2.缺點：執行速度較慢，執行效率不高3.應用：用于對速度要求不太高的、功能較復雜的機器中，特別適用于系列機。4.兩種控制方式的比較：5.5.9微程序控制方式優缺點及應用5.5微程45組合邏輯控制(硬布線控制)與微程序控制比較產生微命令方法時序劃分規整性可擴展性速度組合邏輯控制(硬布線控制)組合邏輯電路(門電路、觸發器)提供三級時序：CPU周期、節拍、脈沖不規整不易修改、擴展快微程序控制存儲邏輯(微指令)提供二級時序：微指令周期、脈沖規整易修改、擴展慢組合邏輯控制(硬布線控制)與微程序控制比較產生微命令方法時序46

2005.11.25計算機組成原理ComputerOrganization北京化工大學信息科學與技術學院韓陽本科課程教學CSE3260D

計算機組成原理2005.11.25計算機組成原理Computer475.5微程序控制器原理5.5.1微程序控制的基本思想2組合邏輯控制器：由大量的邏輯門和觸發器組成。

微程序控制器：基于“存儲程序，順序執行”的思想體制。5.5微程序控制器原理5.5.1微程序控制的基48微程序控制的基本思想1.若干微命令編制成一條微指令，控制實現一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執行一條機器指令；微程序事先存放在控制存儲器(CM)中，執行機器指令時再取出。1.若干微命令編制成一條微指令，控制實現一步操作；2.若干微指令組成一段微程序，解釋執行一條機器指令；CPU的構成引入了程序技術，使設計規整；引入了存儲邏輯，使功能易于擴展。5.5微程序控制器原理3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4945.5.2微程序控制器組成原理5.5微程序控制器原理45.5.2微程序控制器組成原理5.5微程序控制50

微地址形成電路

IR

PSW

PC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μIR1.主要部件（1）控制存儲器CM功能：存放微程序。CM屬于CPU，不屬于主存儲器。55.5微程序控制器原理微地址IRPSWPC微地址寄存器μA51（2）微指令寄存器μIR功能：

微地址形成電路

IR

PSW

PC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)65.5微程序控制器原理（2）微指令寄存器μIR功能：微地址IRP52（3）微地址形成電路功能：

微地址形成電路

IR

PSW

PC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：由機器指令操作碼形成。后續微地址：由微地址字段、現行微地址、運行狀態等形成。75.5微程序控制器原理（3）微地址形成電路功能：微地址IRPSW532.工作過程

微地址形成電路IR

PSW

PC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器指令微命令字段微地址字段IR

譯碼器微命令序列85.5微程序控制器原理2.工作過程微地址IRPSWPC微地址54（2）轉微程序入口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IR

PSW

PC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95.5微程序控制器原理（2）轉微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口μAR微命令字55微地址形成電路

IRPSW

PC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）取后續微指令微地址字段現行微地址運行狀態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微地址μAR

微地址形成電路控制存儲器CM后續微指令μIR微地址寄存器微命令字段微地址字段105.5微程序控制器原理微地址IRPSWPC微地址寄存器μA56（5）執行后續微指令同（3）微地址形成電路

IRPSW

PC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）返回微程序執行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。115.5微程序控制器原理（5）執行后續微指令同（3）微地址IRPSW575.5微程序控制器原理微命令：構成控制信號序列的最小單位。微操作：由微命令控制實現的最基本操作。微指令：若干個微命令的組合。微周期：指從控制存儲器中讀取一條微指令并執行相應的微操作所需的時間。微程序：一系列微指令的有序集合。控制存儲器：存放微程序的只讀存儲器。5.5.2微程序控制器的基本概念結論：執行一條指令實際上就是執行一段存放在控制存儲器中的微程序。5.5微程序控制器原理微命令：構成控制信號序列的最小單585.5微程序控制器原理微程序控制的設計思想：

將機器指令分解為基本的微命令序列，用二進制代碼表示這些微命令，并編成微指令，再形成微程序；每種機器指令對應一段微程序，存放到固定的控制存儲器中；執行一條機器指令時只需從控制存儲器中逐條取出與之對應的一段微程序，就可以產生各種微操作信號，實現機器指令的功能。一條機器指令＝一段微程序＝若干條有序的微指令一條微指令＝若干條微命令5.5微程序控制器原理微程序控制的設計思想：595.5微程序控制器原理微指令的基本結構5.5微程序控制器原理微指令的基本結構605.5微程序控制器原理微程序控制器的組成框圖5.5微程序控制器原理微程序控制器的組成框圖615.5微程序控制器原理操作碼地址碼指令譯碼控制存儲器控制字段下址微程序控制器的工作原理圖指令寄存器IR形成本條指令的微程序入口地址微指令寄存器5.5微程序控制器原理操作碼地址碼指令譯碼控制625.5微程序控制器原理?指令的OP與微程序入口的可能映射方式及比較a)OP就是指令微程序的入口地址010001000111001OP01000..10001..110015.5微程序控制器原理?指令的OP與微程序入口的可能映63125.5.3微程序舉例例“十進制加法”指令←→一段微程序P1755.5微程序控制器原理①②③④125.5.3微程序舉例5.5微程序控制器原理645.5微程序控制器原理微程序在控存中的存放及微程序控制器的工作過程0000000000001111110

00000100010010010000000

00000000000110100101001001000000000

100110010100010011000000001

0010控制存儲器取指R2－R3→R2R2+R3→R2R1+R2→R2…….…….5.5微程序控制器原理微程序在控存中的存放及微程序控655.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5微程序控制器原理

微指令周期：讀出微指令到執行完該條微指令的時間在串行方式的微程序控制器中:微指令周期=讀出微指令的時間+執行該條微指令的時間為了保持整個機器控制信號的同步，可將一個微指令周期設計與CPU周期時間相等。5.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5665.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.5微程序控制器原理5.5.4CPU周期與微指令周期的關系135.567145.5.5機器指令與微指令的關系5.5微程序控制器原理一條機器指令對應一段微程序，由微指令解釋執行機器指令與內存M有關，微指令與控制存儲器CM有關每個CPU周期對應一條微指令145.5.5機器指令與微指令的關系5.5微68155.5.6微指令格式和微命令編碼方法格式分類5.5微程序控制器原理水平型微指令垂直型微指令(1)水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則較差。(2)水平型微指令執行一條指令的時間短，垂直型微指令執行時間長。(3)由水平型微指令解釋指令的微程序，有微指令字較長而微程序短的特點。垂直型微指令則相反。(4)水平型微指令用戶難以掌握，而垂直型微指令與指令比較相似，相對來說，比較容易掌握?；旌闲臀⒅噶?55.5.6微指令格式和微命令編碼方法5.569165.5微程序控制器原理（1）垂直型微指令優點：一條微指令定義并執行幾種并行的基本操作。微指令短、簡單、規整，便于編寫微程序。缺點：微程序長，執行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一條微指令定義并執行一種基本操作。優點：缺點：微指令長，編寫微程序較麻煩。微程序短，執行速度快。165.5微程序控制器原理（1）垂直型微指令優點：一條70（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執行速度加快。在垂直型的基礎上增加一些不太復雜的并行操作。例.長城203微指令

AIBIZOAOPMOPKKST3333444運算器輸入控制運算器輸出控制操作類型控制訪M、I/O控制常數輔助操作17（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執行在垂71?水平型微指令和垂直型微指令的比較水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則比較差。b.水平型微指令執行一條指令的時間短，垂直型微指令執行執行一條指令的時間長。c.由水平型微指令解釋指令的微程序，具有微指令字較長，微程序短的特點；垂直型微指令則相反，微指令短而微程序長5.5微程序控制器原理?水平型微指令和垂直型微指令的比較水平型微指令并行操作能力強722.微命令編碼方法(如何表示微操作)（1）直接控制法例.某微指令微命令按位給出。不需譯碼，產生微命令的速度快；信息的表示效率低。（微指令長，占CM容量大）。

C0

RW111C0=0進位初值為01進位初值為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。18如何確定微指令的結構，是微程序設計的關鍵。2.微命令編碼方法(如何表示微操作)（1）直接控制法例.某73(1)直接表示法?操作字段的每一位表示一個微命令?優點:簡單、直觀，輸出直接用于控制?缺點:微指令字長、不利于減少控存容量(1)直接表示法?優點:簡單、直觀，輸出直接用于控制7419（2）分段直接編譯法（單重定義編碼）例.對加法器輸入端進行控制。微命令由字段編碼直接給出（顯式編碼）。000不發命令微指令中設置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CD19（2）分段直接編譯法（單重定義編碼）例.對加法器輸入端7520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不發命令010CA100EA001RA011DACDAIBI33010CA000不發命令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；20操作唯一；加法器A輸入端的控制命令放加法器76

微操作是計算機中最基本的操作，由于數據路、邏輯功能的關系，微操作可以分為相容性的和相斥性的微操作：?相容性的微操作能同時并行執行的微操作?相斥性的微操作不能同時并行執行的微操作5.5微程序控制器原理微操作是計算機中最基本的操作，由于數據路、邏輯功能的775.5微程序控制器原理圖中相斥性的微操作有：(+、–、M)(4、6、8)(5、7、9)圖中相容性的微操作有：1、2、3(4、6、8)與(5、7、9)兩組中各取一個任意組合5.5微程序控制器原理圖中相斥性的微操作有：78（3）分段間接編譯法（多重定義編碼，隱式編碼）例.微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。C=

CA

1)設置解釋位或解釋字段解釋位1

A為某類命令0

A為常數/另一類微命令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，并設置區分標志。例.DJS-220微指令分兩類。21（3）分段間接編譯法（多重定義編碼，隱式編碼）例.微命令79（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發器C=0)I/O方式(觸發器C=1)1)微指令譯碼與機器指令譯碼復合控制全加器運算方式控制C=0QC151617C=1QC’

JCC’151617通道專用操作方式控制例.機器指令

寄存器號

寄存器傳A微指令譯碼器譯碼器001RAR1A門22（4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發器C=0)1)微指802)微地址參與解釋004微地址微指令

取指標志

變址標志

0115.5微程序控制器原理23例DJS180系列26個局部性微命令2)微地址參與解釋004微地址微指令取指標志81(2)編碼表示法?把一組互斥的信號組成一個小組，然后通過小組譯碼器譯碼，譯碼輸出將作為操作控制信號。每次每個小組最多只能有一個有效。譯碼譯碼譯碼譯碼字段1字段2字段3P字段下地址字段微命令?若某小組有4個微命令，則微指令中該字段需要多少位？需要3位，為什么？因為每字段經過譯碼后，要有一個狀態表示不使用本組中的微命令。(2)編碼表示法?把一組互斥的信號組成一個小組，然后通過小組825.5.7

微地址形成方式微程序入口地址的形成后續微地址的形成

增量方式（計數器方式）

2）斷定方式（直接給定和測試斷定相結合形成微地址）5.5微程序控制器原理24

后繼微地址由現行微地址加上一個增量來產生

μAR=μPC+15.5.7微地址形成方式5.5微程序控制器原理835.5.7

微地址形成方式5.5微程序控制器原理24多路轉移方式：一條微指令具有多個轉移分支的能力。?取指微指令執行后，下一條微指令由指令操作OP指定?當微程序不出現分支時，直接由微指令的順序控制