微程序控制器

1、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,2,7.5.1 微程序控制基本原理,基本思想： 計算機(jī)操作可以歸結(jié)為信息傳遞，而信息傳遞的關(guān)鍵是控制門。控制門可以用存儲器中的信息來控制，從而可用類似于程序設(shè)計的方法來設(shè)計復(fù)雜的控制邏輯，這就是微程序控制的基本思想。 硬件設(shè)計簡單、規(guī)整； 靈活性好，便于擴(kuò)充指令。 執(zhí)行速度慢,3,7.5.1 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(guān)閉信息控制門的控制命令稱為微命令，由微命令控制實現(xiàn)的最基本操作稱作微操作。 微指令： 若干個

2、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(xiàn)一條機(jī)器指令。,4,微程序控制器的基本組成,5,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。,6,微程序控制器的基本組成,7,微程序控制器的基本組成,微指令寄存器IR 標(biāo)志微指令執(zhí)行的開始 微操作控制部分 以編碼的形式存在，經(jīng)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(zhí)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。,8,微程

3、序控制器的基本組成,9,微程序控制器的基本組成,微地址形成電路AG。有三個輸入 IR的順序控制部分 IR 主要用于產(chǎn)生微程序的入口地址，比如依據(jù)指令的操作碼形成對應(yīng)各指令執(zhí)行階段的微程序入口地址。 PSW 在某些場合，需要根據(jù)PSW中的狀態(tài)標(biāo)志決定分支轉(zhuǎn)移的微地址。,10,微程序控制器的基本組成,11,微程序控制器的基本組成,微地址寄存器AR 接收AG形成的微地址 標(biāo)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(tǒng)復(fù)位時初始化,RESET,12,微程序控制的基本工作過程,13,7.5.2 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(chǎn)生較多的微命

4、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,14,7.5.2 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(yīng)一個微命令，微命令的產(chǎn)生不必經(jīng)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(jìn)行組合 特點 直觀、硬件實現(xiàn)簡單，執(zhí)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(jīng)濟(jì)， 缺乏實用價值。 是典型的水平型微指令,15,7.5.2 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

5、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(dǎo)致微程序變長，仍然屬于水平型微指令格式,16,7.5.2 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(yīng)該或者不可能同時出現(xiàn)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(xiàn)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,17,7.5.2 微指令編碼方式,字段間接編碼方式 微命令的產(chǎn)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(nèi)的

6、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。,18,7.5.3 微程序的順序控制,Microprogram Sequence Control 當(dāng)前微指令執(zhí)行完畢后，如何產(chǎn)生下一條微指令的地址。 實質(zhì)上就是微地址形成問題。,19,7.5.3 微程序的順序控制,增量計數(shù)器法 在順序執(zhí)行時，AR+1 AR也稱為PC，即微程序計數(shù)器 需要轉(zhuǎn)移時，由微轉(zhuǎn)移指令給出轉(zhuǎn)移微地址，更新AR 兩種微指令格式 微命令 微轉(zhuǎn)移 缺點 微轉(zhuǎn)移指令將耗費一個微周期。由于微程序中的轉(zhuǎn)移是頻繁發(fā)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(jī)采用。,20,7.5.

7、3 微程序的順序控制,下一地址字段法 設(shè)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(chǎn)生分支轉(zhuǎn)移 增加轉(zhuǎn)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(qū)域內(nèi)。 轉(zhuǎn)移方式字段控制硬件邏輯測試相關(guān)狀態(tài)條件，產(chǎn)生后繼微地址的低位部分。狀態(tài)條件的不同，將產(chǎn)生不同的微地址，實現(xiàn)兩分支或多分支轉(zhuǎn)移。,21,7.5.4 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(zhí)行微指令（CP2）,22,7.5.4 微程序控制的時序,串行執(zhí)行方式 取微指令和執(zhí)行微指令按順序進(jìn)行，在一條微指令執(zhí)行完成后，才去取下一條微指令。 CP1的上升沿： 將下地址打入

8、AR，啟動一次讀操作。 CP2上升沿： 將CM中讀出的微指令打入IR，開始執(zhí)行微指令。,23,7.5.4 微程序控制的時序,CP1周期內(nèi)CM輸出不變,CP2周期內(nèi)IR輸出不變,24,7.5.4 微程序控制的時序,CP1上升沿的第二個作用： 將操作結(jié)果打入某個寄存器，結(jié)束當(dāng)前微周期。 CP1的上升沿既是當(dāng)前微周期的結(jié)束，又是下一個微周期的開始。,25,7.5.4 微程序控制的時序,26,7.5.4 微程序控制的時序,串行執(zhí)行方式 取微指令時間tcm：從CP1的上升沿到CP2的上升沿 執(zhí)行微指令時間top: 從CP2的上升沿至下一個CP1的上升沿 top與組合邏輯控制方式的節(jié)拍周期的時間大體相當(dāng) 所以組合邏輯控制比微程序控制速度更快 微周期 T = tcm + top,27,7.5.4 微程序控制的時序,并行執(zhí)行方式 按時間重疊的原則將執(zhí)行微指令和取微指令操作并行執(zhí)行 在一條微指令執(zhí)行結(jié)束前，下一條微指令提前從控存中取出,28,7.5.4 微程序控制的時序,并行執(zhí)行方式 CP1的上升沿： 將下地址打入AR，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IR，開始執(zhí)行微指令。 將當(dāng)前微指令執(zhí)行的結(jié)果打入某個寄存器。,