微程序控制器原理解析

1、第二節(jié),微程序控制器原理,4.2.1,微程序控制的基本思想,若干微命令編制成一條微指令，控制實現(xiàn),一步操作,若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一,條機器指令,3,微程序事先存放在控制存儲器中，執(zhí)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(xiàn),一步操作,2,若干微指令組成,一段微程序,解釋執(zhí)行,一,條機器指令,CPU,的構成,引入了程序技術，使設計規(guī)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,IR,PSW,PC,微地址寄存器,AR,控制存儲器,CM,譯碼器,微命令序列,微命令字段,微地址字段,IR,存放

2、微程序,CM,屬于,CPU,不屬于主存儲器,2,微指令寄存器,IR,功能,微地址,形成電路,IR,PSW,PC,微地址寄存器,AR,控制存儲器,CM,譯碼器,微命令序列,微命令字段,微地址字段,IR,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,IR,PSW,PC,微地址寄存器,AR,控制存儲器,CM,譯碼器,微命令序列,微命令字段,微地址字段,IR,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(xù)微地址,由,微地址字段,現(xiàn)行微地,址,運行

3、狀態(tài),等形成,2,工作過程,微地址,形成電路,PSW,PC,微地址寄存器,AR,CM,IR,取指微指令,1,取機器指令,CM,取指,微指令,IR,微地址字段,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,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,AR,微命令字段,CM,首條微指令,PSW,PC,AR,CM,IR,取指微指令,微地址,IR,微地址寄存器,形成電路,微地址字段,3,執(zhí)行首條微指令,控制存儲器,譯碼器,IR,IR,譯碼器,微命令字段,微命令序列,微命令,操作部件,IR,PC,AR,CM,譯碼器,微命令序列,IR,4,

4、取后續(xù)微指令,微地址字段,現(xiàn)行微地址,運行狀態(tài),微地址形,成電路,微地址,微地址字段,PSW,微地址寄存器,后續(xù)微地址,AR,形成電路,控制存儲器,CM,后續(xù)微指令,IR,微命令字段,5,執(zhí)行后續(xù)微指令,同,3,IR,PC,AR,控制存儲器,CM,譯碼器,微命令序列,IR,微地址,微地址字段,PSW,微地址寄存器,形成電路,微命令字段,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,4.2.3,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,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,微程序長，執(zhí)行速度慢；工作效率低,2

5、,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,缺點：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,在垂直型的基礎上增加一些不太復雜的并行,操作,例,長城,203,微指令,AI BI ZO AOP MOP KK ST,3 3 3 3 4 4 4,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(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,C,0,R W,1 1 1,C,0,0,進位初值為,0,1,進位初值

6、為,1,R,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(fā)命令,微指令中設置,AI,字段，控制,加法器的輸入選擇,加法器,A,B,R,C,D,E,R,C,F,AI,3,100 F B,001 R A,010 C A,011 D B,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),D,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,A,B,R,D,E,R,C,D,F,000,不發(fā)命令,100 E A,001

7、 R A,011 D A,C,AI BI,3 3,010 C A,000,不發(fā)命令,010 C B,100 F B,001 R B,011 D B,AI,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,C A,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(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，并設置區(qū)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(fā)器,C=0,I/O,方式,觸發(fā)器,C=1,1,微指令譯碼與

8、機器指令譯碼復合控制,全加器運算方式控制,C = 0,QC,15 16 17,C = 1,QC,JCC,15 16 17,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,001,R A,R1,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,011,4.2.4,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,機器指令,1,0F(8,位,入口地址,00,0FH,CM,機器指令,2,10(8,位,入口地址,00,10H,000F,001

9、0,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)指令類型標志,加法指令,00,01(4,位,CM,減法指令,00,10(4,位,無條件轉(zhuǎn),100000,100000,0001,無條件轉(zhuǎn),1000,功,能,轉(zhuǎn),移

10、,功,能,轉(zhuǎn),移,求補指令,01,1100(6,位,1K,分類轉(zhuǎn)移,給定入口高,6,位,100000,0010,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,1000,011100,無條件轉(zhuǎn),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(xiàn)功能轉(zhuǎn)移,入口地址,1,PLA,IR,入口地址,2,2,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,CM,A,A+1,A+2,B,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,C,條件滿足,條

11、件不滿足,轉(zhuǎn)微子程序,現(xiàn)行微指令,給出微子程序入口,C,D,D,微子程序,返回微主程序,現(xiàn)行微指,令給出寄存器號,A+1,R,R,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合形成微地址,給定部分,斷定條件,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,01,10,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,6,7,11,編碼,D,給定高,位,編碼,D,給定高,位,7,16,路,分支,8,路分支,8,路分支,例,2,微指

12、令,設微地址,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,D A B,后續(xù)微地址,00001010,D(8,位,A(2,位,B(2,位,條件,A,低位地址,00,0,01,1,10,T1,11,T2,B,最低位地址,00,0,01,1,10,T3,11,T4,00,01,00001010,01,01,10,T3,0,1,00001010,10,00001010,11,10,11,T1,T4,00,01,10,11,00001010,00,00001010,01,00001010,10,00001010,11,同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指,令執(zhí)行,P,4.2.5,微程序時序安排,微指令周期,微指令,打入,IR,二級時序,控制數(shù),據(jù)通路,操作,結果打,入目