第6章中央處理器(1)-控制器和微程序

1、第六章第六章 中央處理器中央處理器6.1 6.1 控制器的組成控制器的組成6.2 6.2 微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理6.3 6.3 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)微程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.4 6.4 硬布線控制的計(jì)算機(jī)硬布線控制的計(jì)算機(jī)6.5 6.5 流水線工作原理流水線工作原理6.6 CPU6.6 CPU舉例舉例6.7 6.7 計(jì)算機(jī)的供電計(jì)算機(jī)的供電本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)從兩個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)從兩個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)CPUCPU：lCPUCPU的結(jié)構(gòu)組成的結(jié)構(gòu)組成lCPUCPU如何工作如何工作計(jì)算機(jī)組成：計(jì)算機(jī)組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出運(yùn)算器、控制器

2、、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備設(shè)備五大部件五大部件 微處理器微處理器: :運(yùn)算器運(yùn)算器+ +控制器控制器集成在一個(gè)芯片上，通常稱之為集成在一個(gè)芯片上，通常稱之為中央處理部件中央處理部件( (CPUCPU) )?？刂破鞯慕M成和功能控制器的組成和功能: :（6.16.1節(jié)節(jié)） 協(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件執(zhí)行程序的指令序列。協(xié)調(diào)并控制計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件執(zhí)行程序的指令序列?？刂破鞣譃槲⒊绦蚩刂破鳎刂破鞣譃槲⒊绦蚩刂破鳎?.26.2節(jié)、節(jié)、6.36.3節(jié)）和硬布線控節(jié)）和硬布線控制器（制器（6.46.4節(jié)）。節(jié)）。機(jī)器加電和機(jī)器加電和resetreset：（1 1）可以利用可以利用resetreset信號(hào)

3、將某值信號(hào)將某值( (例如全例如全 “0 0”) )置于程序計(jì)數(shù)器置于程序計(jì)數(shù)器PCPC中，此即為中，此即為開(kāi)機(jī)后執(zhí)行的第一條指令的地址，也就是固定程序入口地址。開(kāi)機(jī)后執(zhí)行的第一條指令的地址，也就是固定程序入口地址。（2 2）也可以直接在指令寄存器中置入一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令）也可以直接在指令寄存器中置入一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令( (轉(zhuǎn)移到固定程序入轉(zhuǎn)移到固定程序入口口) )，然后開(kāi)始執(zhí)行程序。，然后開(kāi)始執(zhí)行程序。執(zhí)行程序：執(zhí)行程序：固定程序固定程序: :先對(duì)計(jì)算機(jī)各部件進(jìn)行測(cè)試，然后引導(dǎo)進(jìn)入操作系統(tǒng)環(huán)境，先對(duì)計(jì)算機(jī)各部件進(jìn)行測(cè)試，然后引導(dǎo)進(jìn)入操作系統(tǒng)環(huán)境，等候從鍵盤、鼠標(biāo)等送入的命令。等候從鍵盤、鼠標(biāo)

4、等送入的命令。( (一般放在一般放在ROMROM中中) ) 程序執(zhí)行過(guò)程：程序執(zhí)行過(guò)程：計(jì)算機(jī)從計(jì)算機(jī)從程序入口地址開(kāi)始程序入口地址開(kāi)始執(zhí)行該程序的指令序列，執(zhí)行該程序的指令序列，是不斷地是不斷地取指令、分析指令取指令、分析指令和和執(zhí)行指令執(zhí)行指令這樣一個(gè)周而復(fù)始的過(guò)程。這樣一個(gè)周而復(fù)始的過(guò)程。 當(dāng)前當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址是放在控制器的程序計(jì)數(shù)器正在執(zhí)行的指令地址是放在控制器的程序計(jì)數(shù)器(PC)(PC)中的。中的。停機(jī)和停電：停機(jī)和停電：（P129P129）停機(jī)：停機(jī)：一般停機(jī)時(shí)電壓任維持正常（晶振停振），寄存器與存儲(chǔ)器仍一般停機(jī)時(shí)電壓任維持正常（晶振停振），寄存器與存儲(chǔ)器仍保持信息不變。重啟

5、后從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。保持信息不變。重啟后從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。停電：停電：寄存器與存儲(chǔ)器內(nèi)容消失，加電后產(chǎn)生的寄存器與存儲(chǔ)器內(nèi)容消失，加電后產(chǎn)生的resetreset信號(hào)使機(jī)器從固信號(hào)使機(jī)器從固定入口重新開(kāi)始運(yùn)行。定入口重新開(kāi)始運(yùn)行。斷電觸發(fā)的中斷保護(hù)斷電觸發(fā)的中斷保護(hù)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程： 加電加電產(chǎn)生產(chǎn)生resetreset信號(hào)信號(hào)執(zhí)行程序執(zhí)行程序停機(jī)停機(jī)停電停電6 61 1 控制器的組成控制器的組成6.1.1 6.1.1 控制器的功能控制器的功能 計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理( (或計(jì)算或計(jì)算) )是通過(guò)是通過(guò)程序的程序的執(zhí)行執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)的，程序是完成某個(gè)確定算法的而實(shí)

6、現(xiàn)的，程序是完成某個(gè)確定算法的指令指令序列序列，要，要預(yù)先存放在存儲(chǔ)器預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中。中?？刂破鞯淖饔每刂破鞯淖饔? :控控制程序的執(zhí)行制程序的執(zhí)行，它必須具有以下基本功能：，它必須具有以下基本功能： 1 1取指令取指令 當(dāng)程序已在存儲(chǔ)器中時(shí)，首先根據(jù)程序入口取出第一當(dāng)程序已在存儲(chǔ)器中時(shí)，首先根據(jù)程序入口取出第一條指令，為此要發(fā)出條指令，為此要發(fā)出指令地址及控制信號(hào)指令地址及控制信號(hào)。然后不斷取出。然后不斷取出第第2 2，3 3，條指令。條指令。 2 2分析指令分析指令 或叫解釋指令、指令譯碼等。是對(duì)當(dāng)前取得的指令進(jìn)行分析，指出它要求作什么操作，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制命令，如果參與操作的數(shù)據(jù)

7、在存儲(chǔ)器中，還需要形成操作數(shù)地址。 3 3執(zhí)行指令執(zhí)行指令 根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的“操作命令操作命令”和和“操作數(shù)地址操作數(shù)地址”形形成相應(yīng)的成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列操作控制信號(hào)序列，通過(guò)通過(guò)CPUCPU及輸入輸出設(shè)備的執(zhí)行，及輸入輸出設(shè)備的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，其中還包括對(duì)運(yùn)算結(jié)果的處理以及下條實(shí)現(xiàn)每條指令的功能，其中還包括對(duì)運(yùn)算結(jié)果的處理以及下條指令地址的形成指令地址的形成。 計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)順序執(zhí)行上述三種基本操作：取計(jì)算機(jī)不斷重復(fù)順序執(zhí)行上述三種基本操作：取指、分析、執(zhí)行；再取指、再分析、再執(zhí)行指、分析、執(zhí)行；再取指、再分析、再執(zhí)行，如，如此循環(huán)，直到遇到停機(jī)指令或

8、外來(lái)的干預(yù)為止。此循環(huán)，直到遇到停機(jī)指令或外來(lái)的干預(yù)為止。部件或設(shè)備發(fā)出：部件或設(shè)備發(fā)出： (1)(1)“中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求”信號(hào)信號(hào) 待待CPUCPU執(zhí)行完當(dāng)前指令后，響應(yīng)該請(qǐng)求，中止當(dāng)前執(zhí)行執(zhí)行完當(dāng)前指令后，響應(yīng)該請(qǐng)求，中止當(dāng)前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序。當(dāng)處理完畢后，再返回原程序的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷程序。當(dāng)處理完畢后，再返回原程序繼續(xù)運(yùn)行下去。繼續(xù)運(yùn)行下去。 (2)DMA(2)DMA請(qǐng)求信號(hào)請(qǐng)求信號(hào) 等等CPUCPU完成當(dāng)前機(jī)器周期操作后，暫停工作，讓出總線完成當(dāng)前機(jī)器周期操作后，暫停工作，讓出總線給給I IO O設(shè)備，在完成設(shè)備，在完成I IO O設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的傳送數(shù)據(jù)操作設(shè)備與存

9、儲(chǔ)器之間的傳送數(shù)據(jù)操作后，后，CPUCPU從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行指令。從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行指令。4 4控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果輸出控制程序和數(shù)據(jù)的輸入與結(jié)果輸出根據(jù)程序的安排或人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向輸入輸出設(shè)根據(jù)程序的安排或人的干預(yù)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候向輸入輸出設(shè)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來(lái)完成備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來(lái)完成I IO O功能，這實(shí)際上也是通過(guò)執(zhí)功能，這實(shí)際上也是通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)完成的。行程序來(lái)完成的。5 5對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理6.1.2 6.1.2 控制器的組成控制器的組成1程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器(PC)(PC)即指令地址寄存器。在某些計(jì)算

10、機(jī)中用來(lái)存即指令地址寄存器。在某些計(jì)算機(jī)中用來(lái)存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址；而在另一些計(jì)算放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址；而在另一些計(jì)算機(jī)中則用來(lái)存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址機(jī)中則用來(lái)存放即將要執(zhí)行的下一條指令地址；而在有指令預(yù)取功能的計(jì)算機(jī)中，一般還需；而在有指令預(yù)取功能的計(jì)算機(jī)中，一般還需要增加一個(gè)程序計(jì)數(shù)器用來(lái)存放下一條要取出要增加一個(gè)程序計(jì)數(shù)器用來(lái)存放下一條要取出的指令地址。的指令地址。2 2指令寄存器（指令寄存器（IRIR）用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，以便在指令用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令，以便在指令執(zhí)行過(guò)程中，控制完成一條指令的全部功能。執(zhí)行過(guò)程中，控制完成一條指令的全部功能。3 3指令譯

11、碼器或操作碼譯碼器（指令譯碼器或操作碼譯碼器（IDID）對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。生相應(yīng)的控制信號(hào)。 4 4脈沖源及啟停線路（脈沖源及啟停線路（CLKCLK）脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)，作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖，是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)。在機(jī)器剛加鐘脈沖，是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)。在機(jī)器剛加電時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)電時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)(reset)(reset)。啟停線路保證可靠地送出或封鎖時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序啟停線路保證可靠地送出或封鎖時(shí)鐘脈沖，控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)

12、生或停止，從而啟動(dòng)機(jī)器工作或使之停機(jī)。信號(hào)的發(fā)生或停止，從而啟動(dòng)機(jī)器工作或使之停機(jī)。5 5時(shí)序控制信號(hào)形成部件（時(shí)序控制信號(hào)形成部件（C CONON）當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在CLKCLK時(shí)鐘作用下，根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行時(shí)鐘作用下，根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)，并根據(jù)被控功的指令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)，并根據(jù)被控功能部件的反饋信號(hào)調(diào)整時(shí)序控制信號(hào)。能部件的反饋信號(hào)調(diào)整時(shí)序控制信號(hào)。 即指令地址寄存器。即指令地址寄存器。存放當(dāng)前正在執(zhí)行存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址或下一的指令地址或下一條指令地址。條指令地址。指 令 地 址 形 成指 令 地 址 形 成 : : (

13、PC)+1-PC(PC)+1-PC?；??；? :轉(zhuǎn)移指令修改其內(nèi)轉(zhuǎn)移指令修改其內(nèi)容容用以存放當(dāng)前正用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令在執(zhí)行的指令對(duì)指令寄存器中對(duì)指令寄存器中的操作碼進(jìn)行分的操作碼進(jìn)行分析解釋，產(chǎn)生相析解釋，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)。應(yīng)的控制信號(hào)。脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作脈沖源產(chǎn)生一定頻率的脈沖信號(hào)作為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖，是機(jī)器周為整個(gè)機(jī)器的時(shí)鐘脈沖，是機(jī)器周期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)。期和工作脈沖的基準(zhǔn)信號(hào)。根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的需根據(jù)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令的需要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)要，產(chǎn)生相應(yīng)的時(shí)序控制信號(hào)圖6.1控制器基本組成框圖1 1、控制器包括哪幾個(gè)組成部分，各個(gè)部分的功能是什么

14、？、控制器包括哪幾個(gè)組成部分，各個(gè)部分的功能是什么？2 2、控制器需要向哪些邏輯電路發(fā)送控制信號(hào)？各發(fā)送哪些控、控制器需要向哪些邏輯電路發(fā)送控制信號(hào)？各發(fā)送哪些控制信號(hào)？制信號(hào)？1.1.組成控制器的基本電路組成控制器的基本電路計(jì)算機(jī)中采用的電路，基本上分為兩種類型。計(jì)算機(jī)中采用的電路，基本上分為兩種類型。 一類是具有記憶功能一類是具有記憶功能的觸發(fā)器以及由它組成的觸發(fā)器以及由它組成的寄存器、計(jì)數(shù)器和存的寄存器、計(jì)數(shù)器和存儲(chǔ)單元等。儲(chǔ)單元等。 一類是沒(méi)有記憶功能的門電路及由它組成的加法器、一類是沒(méi)有記憶功能的門電路及由它組成的加法器、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元算術(shù)邏輯運(yùn)算單元( (ALU)ALU)和各種邏

15、輯電路等和各種邏輯電路等。6.1.36.1.3指令執(zhí)行過(guò)程指令執(zhí)行過(guò)程圖6.2記憶電路2 2指令執(zhí)行過(guò)程舉例指令執(zhí)行過(guò)程舉例數(shù)據(jù)通路：數(shù)據(jù)通路：控制器組成控制器組成: :圖圖6.16.1 運(yùn)算器組成運(yùn)算器組成: :圖6.4 4 中央處理器組成：中央處理器組成：圖圖6 6. .6 6u一條加法指令的執(zhí)行過(guò)程一條加法指令的執(zhí)行過(guò)程: : 指令格式指令格式: :rsrs，rdrd，rsrs1 1為通用寄存器地址；為通用寄存器地址；imm(imm(或或disp)disp)為立即數(shù)為立即數(shù)( (或位移量或位移量) )。加法指令功能：加法指令功能：(rs)+(rs1)+disp- rd(rs)+(rs1)

16、+disp- rd取指令取指令計(jì)算地址取數(shù)取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果運(yùn)算送結(jié)果劃分機(jī)器周期劃分機(jī)器周期的原則的原則: :總線總線不沖突不沖突. .( (時(shí)序圖時(shí)序圖) )返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行圖6.1控制器基本組成框圖返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行圖6.4運(yùn)算器框圖返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行取指令取指令: : PCABWR=0，M I O = 1 ；DBIR；PC+1計(jì)算地址計(jì)算地址rslGR，(rsl) ALU，dispALU；“+” ；ALUAR返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行取數(shù)取數(shù): : AR ABWR=0MIO=1DB DR返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行運(yùn)算送結(jié)果運(yùn)算

17、送結(jié)果: : rs GR (rs) ALUDR ALU“+” ：rd GRALU rd 置置N，Z，V，C返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行取指令取指令: : PCABWR=0，M I O = 1 ；DBIR；PC+1計(jì)算地址計(jì)算地址rslGR，(rsl) ALU，dispALU；“+” ；ALUAR取數(shù)取數(shù): : AR ABWR=0MIO=1DB DR運(yùn)算送結(jié)果運(yùn)算送結(jié)果: : rs GR (rs) ALUDR ALU“+” ：rd GRALU rd 置置N，Z，V，C2)2)條件轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行過(guò)程條件轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行過(guò)程 指令功能：指令功能：根據(jù)根據(jù)N N，Z Z，V V，C C的狀態(tài)，決定的狀態(tài)，決

18、定是否轉(zhuǎn)換。如轉(zhuǎn)移條件成立，則轉(zhuǎn)移到本條指是否轉(zhuǎn)換。如轉(zhuǎn)移條件成立，則轉(zhuǎn)移到本條指令所指定的地址，否則順序執(zhí)行下一條指令。令所指定的地址，否則順序執(zhí)行下一條指令。 指令執(zhí)行步驟：指令執(zhí)行步驟： (1)(1)從存儲(chǔ)器取指令，送入指令寄存器，并進(jìn)從存儲(chǔ)器取指令，送入指令寄存器，并進(jìn)行操作碼譯碼。行操作碼譯碼。 程序計(jì)數(shù)器加程序計(jì)數(shù)器加1 1，如不轉(zhuǎn)移，即為下一條要執(zhí)，如不轉(zhuǎn)移，即為下一條要執(zhí)行的指令地址。行的指令地址。 本操作對(duì)所有指令都是相同的。本操作對(duì)所有指令都是相同的。 (2)(2)如轉(zhuǎn)移條件成立，根據(jù)指令規(guī)定的尋址方如轉(zhuǎn)移條件成立，根據(jù)指令規(guī)定的尋址方式計(jì)算有效地址，轉(zhuǎn)移指令經(jīng)常采用相對(duì)尋

19、址方式，式計(jì)算有效地址，轉(zhuǎn)移指令經(jīng)常采用相對(duì)尋址方式，此時(shí)此時(shí)轉(zhuǎn)移地址轉(zhuǎn)移地址=PC+disp=PC+disp。此處。此處PCPC是指本條指令的地址，是指本條指令的地址，而在上一機(jī)器周期已執(zhí)行而在上一機(jī)器周期已執(zhí)行PC+1PC+1操作，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)取操作，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)取原原PCPC值，或?qū)\(yùn)算進(jìn)行適當(dāng)修正。最后將轉(zhuǎn)移地址送值，或?qū)\(yùn)算進(jìn)行適當(dāng)修正。最后將轉(zhuǎn)移地址送PCPC?？刂菩盘?hào)控制信號(hào): :PC ALUPC ALUdispALUdispALU “+ +” ALUPCALUPC 其他指令的控制信號(hào)也按同樣方法分析，根據(jù)每條指令的功能確定所需的機(jī)器周期數(shù)，并得出每個(gè)機(jī)器周期所需要的控制信號(hào)，最

20、后將所有的控制信號(hào)進(jìn)行綜合簡(jiǎn)化。 控制器的功能就是按每條指令的要求產(chǎn)每條指令的要求產(chǎn)生所需的控制信號(hào)生所需的控制信號(hào)。因此在設(shè)計(jì)控制器時(shí)要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供一個(gè)完整的無(wú)二義性的指令系統(tǒng)說(shuō)明書。 產(chǎn)生控制信號(hào)一般有產(chǎn)生控制信號(hào)一般有微程序控制微程序控制和和硬布線控制硬布線控制兩種方法。兩種方法。6.6.2 2 微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理6.2.1 6.2.1 微程序控制的基本概念微程序控制的基本概念1.1.微操作微操作( (微命令微命令) ) 實(shí)現(xiàn)一條指令的功能按一定次序執(zhí)行一系列基本操作，這實(shí)現(xiàn)一條指令的功能按一定次序執(zhí)行一系列基本操作，這些基本操作稱為些基本操

21、作稱為。微操作是指微操作是指不可再分解的操作不可再分解的操作，進(jìn)行微操，進(jìn)行微操作需要相應(yīng)的控制信號(hào)作需要相應(yīng)的控制信號(hào)(稱為微操作控制信號(hào)或微操作命令稱為微操作控制信號(hào)或微操作命令) 例如，前面講到的加法指令，分成四步例如，前面講到的加法指令，分成四步( (取指令、計(jì)算地址、取指令、計(jì)算地址、取數(shù)、加法運(yùn)算取數(shù)、加法運(yùn)算) )完成，每一步實(shí)現(xiàn)若干個(gè)微操作。完成，每一步實(shí)現(xiàn)若干個(gè)微操作。2.2.微指令微指令 由同時(shí)發(fā)出的控制信號(hào)所執(zhí)行的一組微操作稱為微指令，由同時(shí)發(fā)出的控制信號(hào)所執(zhí)行的一組微操作稱為微指令，它含控制命令它含控制命令( (信號(hào)信號(hào)) )與下一條執(zhí)行的微指令地址。與下一條執(zhí)行的微指

22、令地址。 將一條機(jī)器指令分成若干條微指令，按次序執(zhí)行這些微將一條機(jī)器指令分成若干條微指令，按次序執(zhí)行這些微指令，就可以實(shí)現(xiàn)指令的功能。指令，就可以實(shí)現(xiàn)指令的功能。3.3.微程序微程序 執(zhí)行一條機(jī)器指令所對(duì)應(yīng)的多條微指令構(gòu)成一段微程序。執(zhí)行一條機(jī)器指令所對(duì)應(yīng)的多條微指令構(gòu)成一段微程序。 如：加法指令如：加法指令“add rd/rsadd rd/rs，immrs1immrs1”所對(duì)應(yīng)的微程序由所對(duì)應(yīng)的微程序由以下四條微指令組成一段微程序：以下四條微指令組成一段微程序：取指微指令取指微指令計(jì)算有效地址微指令計(jì)算有效地址微指令取數(shù)微指令取數(shù)微指令運(yùn)算微指令運(yùn)算微指令 微程序段中各條微指令既可連續(xù)存儲(chǔ)、

23、也可分散存儲(chǔ)。微程序段中各條微指令既可連續(xù)存儲(chǔ)、也可分散存儲(chǔ)。4 4、控制存儲(chǔ)器（、控制存儲(chǔ)器（CSCS：Control StoreControl Store）控制字段控制字段下下一條微指令一條微指令地地址字段址字段控制存儲(chǔ)器的工作原理控制存儲(chǔ)器的工作原理依據(jù)從內(nèi)存中讀取的指令的操作碼，找到與該條機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)依據(jù)從內(nèi)存中讀取的指令的操作碼，找到與該條機(jī)器指令相對(duì)應(yīng)的一段微程序的入口地址，并按下址字段提供的微地址逐條從控的一段微程序的入口地址，并按下址字段提供的微地址逐條從控制存儲(chǔ)器中讀出微指令，由控制字段提供的微命令控制計(jì)算機(jī)各制存儲(chǔ)器中讀出微指令，由控制字段提供的微命令控制計(jì)算機(jī)各功能部件

24、工作（接收、輸出、執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算）功能部件工作（接收、輸出、執(zhí)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算）。執(zhí)行機(jī)器指令的實(shí)質(zhì)是什么？執(zhí)行機(jī)器指令的實(shí)質(zhì)是什么？ 執(zhí)行一段微程序執(zhí)行一段微程序微程序微指令微操作（微命令）控制信號(hào)微指令的格式微指令的格式存放所有微程序的存儲(chǔ)器。它可以用只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)存放所有微程序的存儲(chǔ)器。它可以用只讀存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。6.2.2 6.2.2 實(shí)現(xiàn)微程序控制的基本原理實(shí)現(xiàn)微程序控制的基本原理1 1控制信號(hào)控制信號(hào)返回控制信號(hào)返回控制信號(hào) 以執(zhí)行以執(zhí)行一條加法指令一條加法指令為例，它由為例，它由四條微指令四條微指令解解釋執(zhí)行，一條微指令中的所有控制信號(hào)是同時(shí)發(fā)出釋執(zhí)行，一條微指令中的所有控制信號(hào)

25、是同時(shí)發(fā)出的。每條微指令所需的控制信號(hào)如下：的。每條微指令所需的控制信號(hào)如下： (2)(2)計(jì)算地址微指令計(jì)算地址微指令 取兩個(gè)源操作數(shù)取兩個(gè)源操作數(shù)( (計(jì)算地址用計(jì)算地址用) )： rslGR(8)rslGR(8)，(rsl) ALU(10)(rsl) ALU(10)，dispALU(4)dispALU(4)。 加法運(yùn)算加法運(yùn)算：“+ +”(13)(13)。 有效地址送地址寄存器：有效地址送地址寄存器：ALUAR(19)ALUAR(19)。(1)(1)取指微指令取指微指令 指令地址送地址總線：指令地址送地址總線：PCAB(1)PCAB(1) 發(fā)訪存控制命令，發(fā)訪存控制命令，ADS(21)A

26、DS(21)，M MIO=1(22)IO=1(22)， W WR=0(23)R=0(23)。從存儲(chǔ)器取指令送數(shù)據(jù)總線。從存儲(chǔ)器取指令送數(shù)據(jù)總線。 指令送指令寄存器：指令送指令寄存器：DBIR(5)DBIR(5) 程序計(jì)數(shù)器程序計(jì)數(shù)器+1+1：PC+1(3)PC+1(3) (3)(3)取數(shù)微指令取數(shù)微指令 數(shù)據(jù)地址送地址總線：數(shù)據(jù)地址送地址總線：ARAB(20)ARAB(20)。 發(fā)訪存控制命令：發(fā)訪存控制命令：ADS(21)ADS(21)，M MIO(22)IO(22)，W WR(23)R(23)。由存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線由存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線DBDB。 數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)寄存器：數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)寄存器：

27、DBDR(6)DBDR(6)(4)(4)加法運(yùn)算和送結(jié)果微指令加法運(yùn)算和送結(jié)果微指令 兩源操作數(shù)送兩源操作數(shù)送ALUALU：rsGR(9)rsGR(9)，(rs) ALU(11)(rs) ALU(11)；DRALU(12)DRALU(12)。 加法運(yùn)算加法運(yùn)算：“+ +”(13) (13) 送結(jié)果；送結(jié)果；ALUGR(17)微指令如何產(chǎn)生控制信號(hào)微指令如何產(chǎn)生控制信號(hào)? ? 微指令最簡(jiǎn)單的組成形式： 將每個(gè)控制信號(hào)用一個(gè)控制將每個(gè)控制信號(hào)用一個(gè)控制位來(lái)表示，當(dāng)該位為位來(lái)表示，當(dāng)該位為“1 1”時(shí)，時(shí)，定義為有控制信號(hào)，當(dāng)該位定義為有控制信號(hào)，當(dāng)該位為為“0 0”時(shí)，沒(méi)有控制信號(hào)。時(shí)，沒(méi)有控制信

28、號(hào)。W/R (W/R (寫：寫：1 1；讀：；讀：0)0)控制存儲(chǔ)器容量為控制存儲(chǔ)器容量為4K4K字，字，則每條微指令還需要?jiǎng)t每條微指令還需要1212位位來(lái)表示下址。來(lái)表示下址?？刂拼鎯?chǔ)器控制存儲(chǔ)器的容量取決于實(shí)現(xiàn)指令系的容量取決于實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)所需的微程序長(zhǎng)度。統(tǒng)所需的微程序長(zhǎng)度。 圖圖6.76.7為加法指令的四條微指令編碼，每一小為加法指令的四條微指令編碼，每一小格表示一位格表示一位( (二進(jìn)制二進(jìn)制) )，空格表示，空格表示0 0，第，第2424位到第位到第3535位為下址。位為下址。假設(shè)四條微指令的地址如下：（取指微指令下址假設(shè)四條微指令的地址如下：（取指微指令下址XXXXXX為微程序入

29、口地址）為微程序入口地址）取指微指令：取指微指令：10001000Q Q計(jì)算有效地址微指令：計(jì)算有效地址微指令：10011001Q Q（加法指令入口地址）（加法指令入口地址）取數(shù)微指令：取數(shù)微指令：10021002Q Q計(jì)算并存數(shù)微指令：計(jì)算并存數(shù)微指令： 1003 1003Q Q圖6.7加法指令的微指令編碼微程序用流程圖來(lái)表示微程序用流程圖來(lái)表示方框：方框：表示微表示微指令指令右下角的右下角的數(shù)字：表數(shù)字：表示下址示下址上方的數(shù)字：上方的數(shù)字：微指令的地址微指令的地址圖6.8微程序流程圖舉例微程序控制器的基本工作原理：微程序控制器的基本工作原理： 當(dāng)指令取入當(dāng)指令取入IRIR中以后，中以后，

30、根據(jù)操作碼進(jìn)行譯碼，根據(jù)操作碼進(jìn)行譯碼，得到相應(yīng)指令的第一得到相應(yīng)指令的第一條微指令的地址。條微指令的地址。指令譯碼部件可用指令譯碼部件可用只讀存儲(chǔ)器組成，只讀存儲(chǔ)器組成，將操作碼作為只讀將操作碼作為只讀存儲(chǔ)器的輸入地址，存儲(chǔ)器的輸入地址，該單元的內(nèi)容即為該單元的內(nèi)容即為相應(yīng)的微指令在控相應(yīng)的微指令在控制存儲(chǔ)器中的地址。制存儲(chǔ)器中的地址。據(jù)根控制存儲(chǔ)器中的據(jù)根控制存儲(chǔ)器中的地址從控制存儲(chǔ)器取地址從控制存儲(chǔ)器取出微指令，并將它存出微指令，并將它存放在微指令寄存器中。放在微指令寄存器中?？刂谱侄胃魑坏妮敵隹刂谱侄胃魑坏妮敵鐾ㄟ^(guò)連接線直接與受通過(guò)連接線直接與受控制的門相連，于是控制的門相連，于是就提

31、供了在本節(jié)所提就提供了在本節(jié)所提出的控制信號(hào)。出的控制信號(hào)。2 2微程序控制器微程序控制器時(shí)序時(shí)序控制控制信號(hào)信號(hào)形成形成部件部件圖6.9微程序控制器簡(jiǎn)化框圖3、時(shí)序信號(hào)及工作脈沖的形成、時(shí)序信號(hào)及工作脈沖的形成分析分析(P126(P126）圖）圖6.106.10中輸出與輸入波形之間的關(guān)系中輸出與輸入波形之間的關(guān)系結(jié)論：結(jié)論：CLKCLK2 2二分頻得到二分頻得到CLKCLKCLKCLK二分頻二分頻 得到得到T T1 1T T1 1反相反相 得到得到T T2 2時(shí)序圖時(shí)序圖CLKTCLKCP22CLKTCPCLK211CLKCPCLKCP21兩個(gè)工作脈沖的疊加信號(hào)兩個(gè)工作脈沖的疊加信號(hào)T T2

32、 2的末尾產(chǎn)的末尾產(chǎn)生一個(gè)生一個(gè)CPCP，用來(lái)保存計(jì)算用來(lái)保存計(jì)算結(jié)果或接收傳結(jié)果或接收傳送的數(shù)據(jù)及指送的數(shù)據(jù)及指令等。令等。T T1 1的末尾產(chǎn)的末尾產(chǎn)生另一個(gè)工作生另一個(gè)工作脈沖。脈沖。4電路配合中的常見(jiàn)問(wèn)題電路配合中的常見(jiàn)問(wèn)題1 1）電路延遲引起的波形畸變電路延遲引起的波形畸變 圖6.11符合電路及波形F/FF/F無(wú)無(wú)延遲延遲CLKCLK無(wú)無(wú)畸變畸變F/FF/F有延有延遲遲CLKCLK有有畸變畸變圖6.12延遲引起的毛刺2 2）機(jī)器周期的確定）機(jī)器周期的確定 (1)機(jī)器周期 應(yīng)大于等于一條微指令中執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的微操作。 主要考慮存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)間和一次算術(shù)運(yùn)算所需的時(shí)間。 (2)機(jī)器周期的延

33、長(zhǎng)如圖6.5， 信號(hào)來(lái)自存儲(chǔ)器，若無(wú) 信號(hào)時(shí)，CPU在將插入等待脈沖，延長(zhǎng)一個(gè)或一個(gè)以上T2節(jié)拍信號(hào)，等待存儲(chǔ)器訪問(wèn)的完成。readyready圖6.13觸發(fā)器之間傳送信息的電路3）時(shí)鐘脈沖時(shí)鐘脈沖CLKCLK和工作脈沖和工作脈沖CPCP的標(biāo)準(zhǔn)性的標(biāo)準(zhǔn)性當(dāng)滿足當(dāng)滿足condcond條件時(shí)，才產(chǎn)條件時(shí)，才產(chǎn)生生CPCPB B和和CP-CCP-C信號(hào)。信號(hào)。CPCP脈沖不受控制，總是作用在觸脈沖不受控制，總是作用在觸發(fā)器上，但當(dāng)條件不成立時(shí)，使發(fā)器上，但當(dāng)條件不成立時(shí)，使觸發(fā)器處于保持狀態(tài)觸發(fā)器處于保持狀態(tài), ,而當(dāng)條件而當(dāng)條件成立時(shí)，接受新?tīng)顟B(tài)。成立時(shí)，接受新?tīng)顟B(tài)。打入脈沖的同時(shí)性:在控制打入脈

34、沖的機(jī)器中，總是盡量將總是盡量將CPCP信號(hào)送到信號(hào)送到控制門的最后一級(jí)控制門的最后一級(jí)。以免延遲造成失真和不同步。圖6.14 CP脈沖在電路中的安排5. 微程序控制計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程簡(jiǎn)單的總結(jié)微程序控制計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程簡(jiǎn)單的總結(jié)1)機(jī)器加電后，首先由reset信號(hào)在PC內(nèi)置入開(kāi)機(jī)后執(zhí)行的第一條指令的地址，同時(shí)在微指令寄存器內(nèi)置入一條“取指”微指令，并將其他一些有關(guān)的狀態(tài)位或寄存器置于初始狀態(tài)。當(dāng)電壓達(dá)到穩(wěn)定值后，自動(dòng)啟動(dòng)機(jī)器工作，產(chǎn)生節(jié)拍電位T1，T2和CP。2)機(jī)器開(kāi)始執(zhí)行程序，不斷地取出指令、分析指令、執(zhí)行指令。程序可以存放在固定存儲(chǔ)器中，也可以利用一小段引導(dǎo)程序(在固存中)將要執(zhí)行的程序

35、和數(shù)據(jù)從外部設(shè)備調(diào)入主存。3)實(shí)現(xiàn)各條指令的微程序存放在微程序控制器中當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令從微程序控制器中取出后放在微指令寄存器中，由微指令的控制字段中的各位直接控制信息和數(shù)據(jù)的傳送，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。當(dāng)遇到停機(jī)指令或外來(lái)停機(jī)命令時(shí)，應(yīng)該待當(dāng)前這條指令執(zhí)行完再停機(jī)或至少在本機(jī)器周期結(jié)束時(shí)再停機(jī)。6.6.3 3 微程序設(shè)計(jì)技術(shù)微程序設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮下面三個(gè)問(wèn)題：在實(shí)際進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮下面三個(gè)問(wèn)題： (1) (1)如何縮短微指令字長(zhǎng)；如何縮短微指令字長(zhǎng)； (2) (2)如何減少微程序長(zhǎng)度；如何減少微程序長(zhǎng)度； (3) (3)如何提高微程序的執(zhí)行速度。如何提高微程序的執(zhí)

36、行速度。 6.3.1 6.3.1 微指令控制字段的編譯法微指令控制字段的編譯法微指令的編碼，就是對(duì)微指令的控制字段采用的表示方法。微指令的編碼，就是對(duì)微指令的控制字段采用的表示方法。1 1直接控制法直接控制法( (不譯碼法不譯碼法 ) ) 操作控制字段中的每一位代表一個(gè)微命令。操作控制字段中的每一位代表一個(gè)微命令。“1 1”有效，有效，“0 0”無(wú)效。無(wú)效。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，輸出直接用于控制優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單直觀，輸出直接用于控制 缺點(diǎn)：微指令字較長(zhǎng)，因而使控制存儲(chǔ)器容量較大。缺點(diǎn)：微指令字較長(zhǎng)，因而使控制存儲(chǔ)器容量較大。2 2字段直接編譯法（使用較普遍）字段直接編譯法（使用較普遍） 微周期：微周期：

37、是一條微指令所需的執(zhí)行時(shí)間。是一條微指令所需的執(zhí)行時(shí)間。 如果有若干個(gè)如果有若干個(gè)( (一組一組) )微命令，在每次選擇使用它們的微微命令，在每次選擇使用它們的微周期內(nèi)，只有一個(gè)微命令起作用，那么這若干個(gè)微命令是周期內(nèi)，只有一個(gè)微命令起作用，那么這若干個(gè)微命令是互互斥的斥的。 選擇互斥的微命令入同組分組編碼，用微命令譯碼器譯選擇互斥的微命令入同組分組編碼，用微命令譯碼器譯碼控制。碼控制。 如：如：PC-GPC-G、ALU-GALU-G、R0-GR0-G、R1-GR1-G、R2-GR2-G 例：字段長(zhǎng)度為例：字段長(zhǎng)度為3 3位時(shí)，最多只能表示位時(shí)，最多只能表示7 7個(gè)互斥的微命令，個(gè)互斥的微命令

38、，通常代碼通常代碼000000表示不發(fā)微命令表示不發(fā)微命令。 字段長(zhǎng)度字段長(zhǎng)度n n與所能表示的微命令數(shù)與所能表示的微命令數(shù)m m的關(guān)系：的關(guān)系：m=2m=2n n-1-1 優(yōu)點(diǎn)：縮短了微指令長(zhǎng)度。優(yōu)點(diǎn)：縮短了微指令長(zhǎng)度。 代價(jià)：在微指令寄存器的輸出端，為該字段增加一個(gè)譯代價(jià)：在微指令寄存器的輸出端，為該字段增加一個(gè)譯碼器，該譯碼器的輸出即為原來(lái)的微命令。碼器，該譯碼器的輸出即為原來(lái)的微命令。圖6.16字段直接編譯法3 3、字段間接編譯法、字段間接編譯法 如果在字段直接編譯法中，還規(guī)定一個(gè)字段的某些微命如果在字段直接編譯法中，還規(guī)定一個(gè)字段的某些微命令，要兼由另一字段中的某些微命令來(lái)解釋，稱為

39、令，要兼由另一字段中的某些微命令來(lái)解釋，稱為字段間字段間接編譯法接編譯法。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)一步減少了指令長(zhǎng)度。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)一步減少了指令長(zhǎng)度。缺點(diǎn)：削弱微指令的并行控制能力。缺點(diǎn)：削弱微指令的并行控制能力。A A受受B B控制，控制，B B發(fā)發(fā)b b1 1微命令時(shí)，微命令時(shí)，字段字段A A發(fā)出發(fā)出a a1,11,1a a7,17,1中的中的一個(gè)微命令。一個(gè)微命令。B B發(fā)發(fā)b b2 2微命令時(shí)，微命令時(shí)，字段字段A A發(fā)出發(fā)出a a1 1, ,2 2a a7 7, ,2 2中中的一個(gè)微命令。的一個(gè)微命令。4.4.常數(shù)源字段常數(shù)源字段供設(shè)計(jì)者在填寫微指令時(shí)作為要使用的常數(shù)供設(shè)計(jì)者在填寫微指令時(shí)作為要使用的常

40、數(shù)E E；參與其它控制字段的間接編碼。參與其它控制字段的間接編碼。適用于擴(kuò)充定義零星、不常用的微操作。適用于擴(kuò)充定義零星、不常用的微操作。 O C FES C F6.3.2 微程序流的控制微程序流的控制基本概念基本概念現(xiàn)行微指令現(xiàn)行微指令 : :當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令。當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令。現(xiàn)行微地址現(xiàn)行微地址: :現(xiàn)行微指令所在的控制存儲(chǔ)器單元的地址?，F(xiàn)行微指令所在的控制存儲(chǔ)器單元的地址。后繼微指令：后繼微指令：下一條要執(zhí)行的微指令。下一條要執(zhí)行的微指令。后繼微地址：后繼微地址：后繼微指令所在的控制存儲(chǔ)器單元地址。后繼微指令所在的控制存儲(chǔ)器單元地址。微程序流控制：微程序流控制：當(dāng)前微指令執(zhí)行完

41、畢后，產(chǎn)生后繼微指當(dāng)前微指令執(zhí)行完畢后，產(chǎn)生后繼微指令的微地址的方法。令的微地址的方法。1 1、增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微指令地址的方法、增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微指令地址的方法 A A）微程序入口：微程序入口：首條微指令，由專門硬件電路產(chǎn)生首條微指令，由專門硬件電路產(chǎn)生B B）順序執(zhí)行：順序執(zhí)行：后繼微地址現(xiàn)行微地址后繼微地址現(xiàn)行微地址1 1C C）轉(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移：后繼微地址現(xiàn)行微地址轉(zhuǎn)移條件譯碼（相對(duì)轉(zhuǎn)移量）后繼微地址現(xiàn)行微地址轉(zhuǎn)移條件譯碼（相對(duì)轉(zhuǎn)移量）D D）由操作碼產(chǎn)生后繼地址由操作碼產(chǎn)生后繼地址在圖中，在圖中，PCPC兼作控制兼作控制存儲(chǔ)器的地址寄存器，輸入存儲(chǔ)器的地址寄存器，輸入有

42、四個(gè)來(lái)源。下址字段僅有有四個(gè)來(lái)源。下址字段僅有兩位，其功能是選擇三個(gè)輸兩位，其功能是選擇三個(gè)輸入源中的一個(gè)作為入源中的一個(gè)作為PCPC的輸?shù)妮斎耄⒊绦蛉肟谑怯蓪ｉT入，而微程序入口是由專門的硬件產(chǎn)生的，不受下址字的硬件產(chǎn)生的，不受下址字段控制。段控制。優(yōu)點(diǎn)：可使微指令的下址字優(yōu)點(diǎn)：可使微指令的下址字段很短，僅起選擇作用。段很短，僅起選擇作用。缺點(diǎn)：微程序轉(zhuǎn)移很不靈活，缺點(diǎn)：微程序轉(zhuǎn)移很不靈活，使得微程序在控存中的物理使得微程序在控存中的物理空間分配相當(dāng)困難?？臻g分配相當(dāng)困難。 產(chǎn)生后繼微地址的基本方式產(chǎn)生后繼微地址的基本方式增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微地址增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微地址微指

43、令的下址字段分成兩部分：微指令的下址字段分成兩部分： 轉(zhuǎn)移控制字段轉(zhuǎn)移控制字段BCFBCF和轉(zhuǎn)移地址字段和轉(zhuǎn)移地址字段BAFBAF， BCFBCF控制轉(zhuǎn)移條件，控制轉(zhuǎn)移條件，BAFBAF控制轉(zhuǎn)控制轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址。移的目標(biāo)地址。 當(dāng)條件成立時(shí)，微程序要轉(zhuǎn)移，將當(dāng)條件成立時(shí)，微程序要轉(zhuǎn)移，將BAFBAF送送PCPC，否則順序執(zhí)行下一條微，否則順序執(zhí)行下一條微指令指令(PC+1)(PC+1)。 執(zhí)行微程序條件轉(zhuǎn)移時(shí)，決定轉(zhuǎn)移與否的硬件條件有好幾種。由執(zhí)行微程序條件轉(zhuǎn)移時(shí)，決定轉(zhuǎn)移與否的硬件條件有好幾種。由BCFBCF定定義的八個(gè)微命令見(jiàn)表義的八個(gè)微命令見(jiàn)表6 62 2。BCF=0BCF=0，順序執(zhí)，

44、順序執(zhí)行微命令，行微命令，PC+PC+1 1為后繼為后繼微地址。微地址。BCF=4BCF=4；測(cè)試循環(huán)微命；測(cè)試循環(huán)微命令，假如令，假如CTCT0 0，表，表示需要繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)示需要繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)微命令，將循環(huán)人口微命令，將循環(huán)人口微地址從微地址從BAFBAF送送PCPC。假如假如CT=0CT=0，表示循環(huán)，表示循環(huán)結(jié)束，后繼微地址為結(jié)束，后繼微地址為PC+1PC+1。本條微命令。本條微命令同時(shí)完成同時(shí)完成CT-1CT-1操作。操作。BCF=5BCF=5，轉(zhuǎn)微子程序微，轉(zhuǎn)微子程序微命令，把微子程序入命令，把微子程序入口地址從口地址從BAFBAF送送PCPC，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移

45、之前要把該條微指移之前要把該條微指令的下一地址令的下一地址(PC+1)(PC+1)送入返回寄存器送入返回寄存器RRRR之之中。中。BCF=6BCF=6，返回微命令，返回微命令，把把RRRR中的返回微地址中的返回微地址送入送入PCPC，從而實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)從微子程序返回到原從微子程序返回到原來(lái)的微程序。來(lái)的微程序。BCF=7BCF=7，操作碼產(chǎn)生，操作碼產(chǎn)生后繼微地址的微命令，后繼微地址的微命令，這是取指后，按現(xiàn)行這是取指后，按現(xiàn)行指令執(zhí)行的第一條微指令執(zhí)行的第一條微指令。指令。圖6.18“增量與下址字段”方式的原理圖BCF=1BCF=1，條件轉(zhuǎn)，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為運(yùn)算結(jié)果為

46、0 0時(shí)，時(shí)，將將BAFBAF送送PCPC，否則否則PC+lPC+lPCPCBCF=3BCF=3，無(wú)條件，無(wú)條件轉(zhuǎn)移微命令，將轉(zhuǎn)移微命令，將BAFBAF送送PCPC。BCF=2BCF=2，條件轉(zhuǎn)，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，將時(shí)，將BAFBAF送送PCPC，否則，否則PC+1PC+1PCPC BAFBAF的長(zhǎng)度有兩種情況：的長(zhǎng)度有兩種情況：與與PCPC的位數(shù)相等；的位數(shù)相等；可以從控制存儲(chǔ)器的可以從控制存儲(chǔ)器的任一單元取微指令。任一單元取微指令。 特點(diǎn)特點(diǎn): :轉(zhuǎn)移靈活，但增加了微指令的長(zhǎng)度轉(zhuǎn)移靈活，但增加了微指令的長(zhǎng)度. .比比PCPC短；短；考慮到轉(zhuǎn)移點(diǎn)在考慮

47、到轉(zhuǎn)移點(diǎn)在PCPC附近，或附近，或者在控制存儲(chǔ)器的某區(qū)域內(nèi)，所以由原來(lái)的者在控制存儲(chǔ)器的某區(qū)域內(nèi)，所以由原來(lái)的PCPC的若干位與的若干位與BAFBAF組合成轉(zhuǎn)移微地址。組合成轉(zhuǎn)移微地址。 特點(diǎn)特點(diǎn): :轉(zhuǎn)移地址受到限制，但可縮短微指轉(zhuǎn)移地址受到限制，但可縮短微指令長(zhǎng)度。令長(zhǎng)度。 2.2.多路轉(zhuǎn)移方式多路轉(zhuǎn)移方式 一一條微指令存在多個(gè)轉(zhuǎn)移分支的情況稱為條微指令存在多個(gè)轉(zhuǎn)移分支的情況稱為多路轉(zhuǎn)移。多路轉(zhuǎn)移。 后繼微地址的產(chǎn)生條件：運(yùn)算結(jié)果所置的標(biāo)志位后繼微地址的產(chǎn)生條件：運(yùn)算結(jié)果所置的標(biāo)志位N N、Z Z、V V、C C等，計(jì)數(shù)器狀態(tài)，通據(jù)通路狀態(tài)等，計(jì)數(shù)器狀態(tài)，通據(jù)通路狀態(tài)。 例如例如: :根據(jù)

48、某些硬件狀態(tài)來(lái)決定后繼微地址根據(jù)某些硬件狀態(tài)來(lái)決定后繼微地址。根據(jù)根據(jù)一種狀態(tài)一種狀態(tài)( (非非0 0即即1)1)來(lái)決定微地址可以有兩種情況，即來(lái)決定微地址可以有兩種情況，即兩路轉(zhuǎn)移兩路轉(zhuǎn)移；而根據(jù)而根據(jù)兩種狀態(tài)兩種狀態(tài)來(lái)決定微地址可以有四種情況，來(lái)決定微地址可以有四種情況，即即四路轉(zhuǎn)移四路轉(zhuǎn)移。四路轉(zhuǎn)移涉及微地址的兩位，一般就定在微地址的最后兩四路轉(zhuǎn)移涉及微地址的兩位，一般就定在微地址的最后兩位，也就是說(shuō)當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移微指令時(shí)，根據(jù)條件可轉(zhuǎn)移到四個(gè)位，也就是說(shuō)當(dāng)執(zhí)行轉(zhuǎn)移微指令時(shí)，根據(jù)條件可轉(zhuǎn)移到四個(gè)微地址中的一個(gè)，這四個(gè)微地址的高位部分相等，僅是最低微地址中的一個(gè)，這四個(gè)微地址的高位部分相等，僅

49、是最低兩位不同。兩位不同。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): :實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)移可減少微程序的長(zhǎng)度。實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)移可減少微程序的長(zhǎng)度。 3.3.微中斷微中斷 微中斷與程序中斷的概念相似，當(dāng)某一條件滿微中斷與程序中斷的概念相似，當(dāng)某一條件滿足時(shí)，發(fā)出微中斷請(qǐng)求信號(hào)，足時(shí)，發(fā)出微中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPUCPU在完成現(xiàn)行指令在完成現(xiàn)行指令的微程序后響應(yīng)該中斷請(qǐng)求，進(jìn)入微中斷處理程序。的微程序后響應(yīng)該中斷請(qǐng)求，進(jìn)入微中斷處理程序。該微程序的入口地址該微程序的入口地址（硬件產(chǎn)生）（硬件產(chǎn)生）即為剛剛執(zhí)行的即為剛剛執(zhí)行的微程序的后繼微地址。微程序的后繼微地址。 設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，已安排好微中斷處理設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，已安

50、排好微中斷處理程序在控制存儲(chǔ)器的位置，因此該微程序段的入口地址是程序在控制存儲(chǔ)器的位置，因此該微程序段的入口地址是已知的。當(dāng)已知的。當(dāng)CPUCPU響應(yīng)微中斷請(qǐng)求時(shí)，由微中斷程序的入口地響應(yīng)微中斷請(qǐng)求時(shí)，由微中斷程序的入口地址。當(dāng)中斷處理完畢后，再返回到原來(lái)被中斷的程序。這址。當(dāng)中斷處理完畢后，再返回到原來(lái)被中斷的程序。這也是產(chǎn)生后繼微地址的一種情況。也是產(chǎn)生后繼微地址的一種情況。微指令的格式大體上可分成兩類：微指令的格式大體上可分成兩類：水平型微指令和垂直型微指水平型微指令和垂直型微指令。令。 1. 1. 水平型微指令水平型微指令 特點(diǎn)特點(diǎn): :在一條微指令中定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作微命令。在一

51、條微指令中定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作微命令。一般格式為：一般格式為： 控制字段判別測(cè)試字段下地址字段控制字段判別測(cè)試字段下地址字段 在實(shí)際應(yīng)用中，直接控制法、字段編譯法在實(shí)際應(yīng)用中，直接控制法、字段編譯法( (直接、間直接、間接編譯法接編譯法) )經(jīng)常應(yīng)用在同一條水平型微指令中。從速度經(jīng)常應(yīng)用在同一條水平型微指令中。從速度來(lái)看，直接控制法最快，字段編譯法要經(jīng)過(guò)譯碼，所以來(lái)看，直接控制法最快，字段編譯法要經(jīng)過(guò)譯碼，所以會(huì)增加一些延遲時(shí)間。會(huì)增加一些延遲時(shí)間。6.3.3 6.3.3 微指令的格式微指令的格式2. 2. 垂直型微指令垂直型微指令 在微指令中設(shè)置有在微指令中設(shè)置有微操作碼字段微操作碼字段，采用微操，采用微操作碼編譯法，作碼編譯法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能由微操作碼規(guī)定微指令的功能，稱，稱為垂直型微指令。為垂直型微指令。微操作碼微操作碼微操作數(shù)微操作數(shù) 特點(diǎn)：不強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)微指令的并行控制功能，通常一特點(diǎn)：不強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)微指令的并行控制功能，通常一條微指令只要求能控制實(shí)現(xiàn)一二種操作。這種微指令格條微指令只要求能控制實(shí)現(xiàn)一二種操作。這種微指令格式與指令相似；每條指令有一個(gè)操作碼；每條微指令有式與指令相似；每條指令有一個(gè)操作碼；每條微指令有