第三節微程序控制器原理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；3.微程序事先存放在控制存儲器中，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。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)（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。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（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（5）執行后續微指令同（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）返回微程序執行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。3.基本概念和術語1.微命令與微操作微命令：構成控制信號序列的最小單位。由控制信號向有關的部件發出。微操作：由微命令控制實現的最基本操作。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，控制實現一步操作。微周期：從CM中讀取一條微指令并執行相應的微操作所需的時間。3.微程序與微程序設計微程序：一系列微指令的有序集合。微程序設計：將傳統的程序設計方法運用到控制邏輯的設計中，因此也有微子程序、分支、循環等形態。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。（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，產生微命令的速度快；信息的表示效率低。

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。（2）分段直接編譯法例.對加法器輸入端進行控制。微命令由字段編碼直接給出。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；（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)設置解釋位或解釋字段解釋位1A為某類命令0A為常數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。

（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通道專用例.機器指令

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

取指標志

變址標志

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

入口地址=000FHCM機器指令2

10(8位)

入口地址=0010H000F0010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（2）二級功能轉移各類指令操作碼的位置、位數不固定，分類轉：需兩次轉換。指令類型標志區分指令類型功能轉：指令操作碼區分操作類型例.某指令系統：雙操作數指令的操作碼占4位，其中高兩位為00，即雙操作數指令類型標志；單操作數指令的操作碼占6位，其中高兩位為01，即單操作數指令類型標志。加法指令0001(4位)

CM減法指令0010(4位)

無條件轉1000001000000001無條件轉1000

功能轉移

功能轉移求補指令011100(6位)

(1K)分類轉移給定入口高6位1000000010無條件轉加法地址無條件轉減法地址分類轉移給定入口高4位1000011100無條件轉求補地址加法地址加法微程序（3）用可編程邏輯陣列PLA實現功能轉移入口地址1PLAIR入口地址22.后續微地址的形成

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

給定部分斷定條件指明后續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位為機器指令目的尋址方式微地址低3位為機器指令源尋址方式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.微指令設微地址10位，4個狀態觸發器T1～T4，微程序可按它們的狀態轉移。給定

DAB

后續微地址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微程序控制方式優缺點及應用1.優點

（1）設計規整，設計效率高；（2）易于修改、擴展指令系統功能；（3）結構規整、簡潔，可靠性高；（4）性價比高。2.缺點

（1）速度慢訪存頻繁轉移較多（2）執行效率不高3.應用范圍

用于速度要求不高、功能較復雜的機器中。特別適用于系列機未充分發揮數據通路本身具有的并行能力同步控制，用統一微指令周期控制各條微指令執行。P4.4.1微程