7.5微程序控制器7.5.1 微程序控制基本原理7.5.2 微指令編碼方式7.5.3 微程序的順序控制7.5.4 微程序控制的時序第1頁，共30頁。7.5.1微程序控制基本原理基本思想：計算機操作可以歸結為信息傳遞，而信息傳遞的關鍵是控制門?？刂崎T可以用存儲器中的信息來控制，從而可用類似于程序設計的方法來設計復雜的控制邏輯，這就是微程序控制的基本思想。硬件設計簡單、規整；靈活性好，便于擴充指令。執行速度慢2第2頁，共30頁。7.5.1微程序控制基本原理微程序控制的基本概念微命令與微操作：用來打開或關閉信息控制門的控制命令稱為微命令，由微命令控制實現的最基本操作稱作微操作。微指令：若干個微命令的組合。通常以編碼的形式存放在控存中。微程序：微指令的有序組合。一段微程序控制實現一條機器指令。3第3頁，共30頁。微程序控制器的基本組成4第4頁，共30頁。微程序控制器的基本組成控制存儲器和微地址用來存放微程序的存儲器稱為控制存儲器，簡稱控存（CM）。每個控存單元存放一條微指令。控存單元的地址稱為微地址，即微指令的地址。5第5頁，共30頁。微程序控制器的基本組成6第6頁，共30頁。微程序控制器的基本組成微指令寄存器μIR標志微指令執行的開始微操作控制部分以編碼的形式存在，經過微指令譯碼后形成微操作控制信號，即微命令。順序控制部分控制微指令的執行順序，包含了下一條微指令地址的信息，用于形成后繼微指令的微地址。7第7頁，共30頁。微程序控制器的基本組成8第8頁，共30頁。微程序控制器的基本組成微地址形成電路μAG。有三個輸入μIR的順序控制部分IR主要用于產生微程序的入口地址，比如依據指令的操作碼形成對應各指令執行階段的微程序入口地址。PSW在某些場合，需要根據PSW中的狀態標志決定分支轉移的微地址。9第9頁，共30頁。微程序控制器的基本組成10第10頁，共30頁。微程序控制器的基本組成微地址寄存器μAR接收μAG形成的微地址標志從控存中讀取下一條微指令的開始初始值取指令微程序的入口地址在系統復位時初始化RESET11第11頁，共30頁。微程序控制的基本工作過程12第12頁，共30頁。7.5.2微指令編碼方式水平型微指令微指令的字長比較長在一條微指令中可以產生較多的微命令操作的并行性較高。垂直型微指令微指令的字長比較短操作的并行性不高微程序比水平型的要長13第13頁，共30頁。7.5.2微指令編碼方式直接控制方式微指令中微操作控制部分的每一位對應一個微命令，微命令的產生不必經過譯碼，輸出后直接作為微操作控制信號。因此又稱不譯法。例如將ALU和移位寄存器的控制信號用直接控制法進行組合特點直觀、硬件實現簡單，執行速度快，

具有高度的并行操作能力。編碼效率低，微指令字長很長，

對控存容量的需求較大，不經濟，

缺乏實用價值。是典型的水平型微指令SLSRSVADDADDCSUBSUBBANDORNOT14第14頁，共30頁。7.5.2微指令編碼方式字段直接編碼方式將微指令分為若干個字段，每個字段獨立編碼，每種編碼表示一個微命令既可以縮短微指令字長，又保持了一定的并行操作能力并沒有導致微程序變長，仍然屬于水平型微指令格式2位3位移位控制字段運算控制字段00:NOP000：NOP01:SL001：ADD10:SR010：ADDC11:SV011：SUB100：SUBB101：AND110：OR111：NOT15第15頁，共30頁。7.5.2微指令編碼方式字段直接編碼方式相斥性微命令在一個微周期中不應該或者不可能同時出現的微命令例如ALU的運算控制微命令存儲器的讀和寫相容性微命令可以同時出現的微命令例如，ALU和存儲器之間的微命令分段原則相斥性的微命令安排在同一字段，而相容性的、尤其是那些必須同時操作的相容性微命令安排在不同字段16第16頁，共30頁。7.5.2微指令編碼方式字段間接編碼方式微命令的產生并不是直接從一個字段譯碼得到，而是需要另一個字段的編碼加以解釋有效地壓縮了微指令字長，不僅組內的微命令是相斥的，組與組之間也成為互斥的，降低了微指令的并行操作能力，接近于垂直型微指令格式。17第17頁，共30頁。7.5.3微程序的順序控制MicroprogramSequenceControl當前微指令執行完畢后，如何產生下一條微指令的地址。實質上就是微地址形成問題。18第18頁，共30頁。7.5.3微程序的順序控制增量計數器法在順序執行時，μAR+1μAR也稱為μPC，即微程序計數器需要轉移時，由微轉移指令給出轉移微地址，更新μAR兩種微指令格式微命令微轉移缺點微轉移指令將耗費一個微周期。由于微程序中的轉移是頻繁發生的，這就制約了微程序的運行速度。適合速度要求不高的計算機采用。0微操作控制部分1微轉移地址19第19頁，共30頁。7.5.3微程序的順序控制下一地址字段法設置一個專門的字段，用來指明下一條微指令的地址純粹的下址字段法不能產生分支轉移增加轉移方式字段下址字段作為后繼微地址的高位部分，指定了后繼微地址在某個區域內。轉移方式字段控制硬件邏輯測試相關狀態條件，產生后繼微地址的低位部分。狀態條件的不同，將產生不同的微地址，實現兩分支或多分支轉移。微操作控制部分下址字段微操作控制部分轉移方式字段下址字段20第20頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序完成一條微指令分為兩個階段：取微指令（CP1）和執行微指令（CP2）21第21頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序串行執行方式取微指令和執行微指令按順序進行，在一條微指令執行完成后，才去取下一條微指令。CP1的上升沿：將下地址打入μAR，啟動一次讀操作。CP2上升沿：將CM中讀出的微指令打入μIR，開始執行微指令。22第22頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序CP1周期內CM輸出不變CP2周期內μIR輸出不變23第23頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序CP1上升沿的第二個作用：將操作結果打入某個寄存器，結束當前微周期。CP1的上升沿既是當前微周期的結束，又是下一個微周期的開始。24第24頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序25第25頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序串行執行方式取微指令時間tcm：從CP1的上升沿到CP2的上升沿執行微指令時間tμop:從CP2的上升沿至下一個CP1的上升沿tμop與組合邏輯控制方式的節拍周期的時間大體相當

所以組合邏輯控制比微程序控制速度更快微周期Tμ=tcm+tμop

26第26頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序并行執行方式按時間重疊的原則將執行微指令和取微指令操作并行執行在一條微指令執行結束前，下一條微指令提前從控存中取出27第27頁，共30頁。7.5.4微程序控制的時序并行執行方式CP1的上升沿：將下地址打入μAR，啟動一次讀操作。CP2上升沿的作用有兩個：將CM中讀出的微指令打入μIR，開始執行微指令。將當前微指令執行的結果打入某個寄存器。28第28頁，共30頁。7.5.4