考研必備：計算機(jī)組成原理第9章微程序控制計算機(jī)的設(shè)計課件

1、第9章 微程序控制計算機(jī)的設(shè)計計算機(jī)組成原理2007.7.21計算機(jī)組成原理第9章 微程序控制計算機(jī)的設(shè)計本章主要是為配合前面各章節(jié)理論教學(xué)而設(shè)計的，是理論與應(yīng)用相結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的一部分。通過講述微程序控制計算機(jī)的設(shè)計方法和過程，加深讀者對計算機(jī)存儲器、微程序控制器、指令系統(tǒng)等內(nèi)容的理解 2007.7.22計算機(jī)組成原理本章要點：計算機(jī)整機(jī)框圖設(shè)計指令系統(tǒng)設(shè)計微操作信號設(shè)計指令微程序設(shè)計編寫應(yīng)用程序2007.7.23計算機(jī)組成原理第9章 微程序控制計算機(jī)的設(shè)計 9.1 微程序控制計算機(jī)概述 9.2 指令系統(tǒng)設(shè)計 9.3 微程序設(shè)計 9.4 編寫源程序2007.7.24計算機(jī)組成原理9.1 微程序

2、控制計算機(jī)概述 控制計算機(jī)工作的微命令信號主要通過兩種方法實現(xiàn)，一種是由設(shè)計的微程序產(chǎn)生，另外一種是通過組合邏輯電路產(chǎn)生。計算機(jī)控制器構(gòu)成電路主要是圍繞這兩種方法進(jìn)行設(shè)計的，二者各有優(yōu)缺點，詳細(xì)知識第6章已經(jīng)講述，在此通過設(shè)計實例主要介紹微程序控制計算機(jī)的應(yīng)用情況 。2007.7.25計算機(jī)組成原理9.1 微程序控制計算機(jī)概述9.1.1 設(shè)計要求與目標(biāo) 9.1.2 計算機(jī)硬件設(shè)計2007.7.26計算機(jī)組成原理設(shè)計一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)不僅要考慮計算機(jī)硬件設(shè)計，還要考慮機(jī)器字長、指令系統(tǒng)規(guī)模、外部設(shè)備規(guī)模等。詳細(xì)分析主要包括如下幾個方面：（1）機(jī)器字長采用8位還是16位。即運算器、數(shù)據(jù)總線是采用

3、8位還是16位。（2）地址總線的位數(shù)。確定計算機(jī)尋址空間的大小。（3）計算機(jī)運算器采用什么結(jié)構(gòu)(如多通用寄存器結(jié)構(gòu)、多累加器結(jié)構(gòu)等)。1. 設(shè)計要求2007.7.27計算機(jī)組成原理（4）計算機(jī)指令系統(tǒng)規(guī)模(共有多少條指令，多少種尋址方式，指令功能等)。（5）計算機(jī)是否使用外設(shè)（鍵盤和打印機(jī)），以什么方式使用外設(shè)（程序查詢I/O方式還是中斷I/O方式）。2007.7.28計算機(jī)組成原理計算機(jī)系統(tǒng)采用8位字長，計算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成應(yīng)該完備，運算器、控制器、主存、I/O接口及總線等應(yīng)有一定的典型性，并能驅(qū)動簡單的I/O設(shè)備。此外該計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具備一定規(guī)模的指令系統(tǒng)，能夠完成基本的算術(shù)邏輯運算以及數(shù)據(jù)

4、的輸入輸出控制。2. 設(shè)計目標(biāo)2007.7.29計算機(jī)組成原理 計算機(jī)的工作過程，實質(zhì)上是不同的數(shù)據(jù)流在控制信號作用下在限定的數(shù)據(jù)通路中進(jìn)行傳送。數(shù)據(jù)通路不同，指令所經(jīng)過的操作過程也不同，機(jī)器的結(jié)構(gòu)也就不樣，因此數(shù)據(jù)通路的設(shè)計是至關(guān)重要的。所謂數(shù)據(jù)通路的設(shè)計，也就是確定機(jī)器各邏輯部件相對位置的總框圖。9.1.2 計算機(jī)硬件設(shè)計1設(shè)計整機(jī)邏輯框圖2007.7.210計算機(jī)組成原理數(shù)據(jù)通路的設(shè)計，目前還沒有非常標(biāo)準(zhǔn)的方法。主要是依據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗，并參考現(xiàn)有機(jī)器的幾種典型形式（比如單總線、雙總線或三總線結(jié)構(gòu)），根據(jù)指令系統(tǒng)的要求，可采用試探方法來完成。其主要步驟如下：（1）對指令系統(tǒng)中的各條指令進(jìn)行

5、分析，得出所需要的指令周期與操作序列，以便決定各器件的類型和數(shù)量。2007.7.211計算機(jī)組成原理（2）構(gòu)成一個總框圖草圖，進(jìn)行各邏輯部件之間的互相連接，即初步確定數(shù)據(jù)通路，使得由指令系統(tǒng)所包涵的數(shù)據(jù)通路都能實現(xiàn)，并滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。（3）檢驗全部指令周期的操作序列，確定所需要的控制點和控制信號。（4）檢查所設(shè)計的數(shù)據(jù)通路，盡可能降低成本，簡化線路。 注：以上過程可以反復(fù)進(jìn)行，以便得到一個較好的方案。2007.7.212計算機(jī)組成原理根據(jù)設(shè)計要求，對計算機(jī)模塊的硬件資源進(jìn)行邏輯剪輯組合，便可設(shè)計出該計算機(jī)的整機(jī)數(shù)據(jù)通路邏輯框圖，如圖9-1所示。為利于調(diào)試，在通路框圖上標(biāo)明了各器件的控制信號

6、及必要的輸出信號。圖9-1中設(shè)計了運算器ALU、移位發(fā)生器 （74299）、數(shù)據(jù)寄存器（DR1、DR2等）、寄存器組（R0、R1、R2）、內(nèi)存RAM、微程序控制器單元CU、地址加法器、指令寄存器IR、程序計數(shù)器PC以及輸入/輸出設(shè)備等單元模塊。2007.7.213計算機(jī)組成原理 圖9-1 計算機(jī)整機(jī)邏輯框圖2007.7.214計算機(jī)組成原理（1）移位發(fā)生器單元如圖9-2所示，該電路使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其中8位輸入輸出和8位數(shù)據(jù)總線連接。299-B信號控制其使能端（0有效），T4為時序節(jié)拍脈沖。由S0、S1、M控制信號設(shè)置其運行狀態(tài)，其控制特性見表9-1所示。2單元模塊詳細(xì)設(shè)

7、計2007.7.215計算機(jī)組成原理表9-1 移位發(fā)生器控制狀態(tài)表299-BUSS1S2M功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)2007.7.216計算機(jī)組成原理 圖9-2 移位發(fā)生器電路圖2007.7.217計算機(jī)組成原理受設(shè)計復(fù)雜度的限制，在計算機(jī)整機(jī)框圖中時序啟停模塊并沒有畫出，但對于計算機(jī)系統(tǒng)來說，控制計算機(jī)工作的時序信號是極為重要的。如圖9-3時序啟停電路原理所，其中時序電路由1/2片74LS74、1片74LS175及6個二輸入與門、2個二輸入與非門和3個反向器構(gòu)成。可產(chǎn)生4個等間隔的時序信號T1T4，其中“時鐘”信號由“脈沖源

8、”提供。為了便于控制程序的運行，時序電路發(fā)生器也設(shè)置了一個啟停控制觸發(fā)器CR，使T1T4信號輸出可控。 （2）時序啟停電路單元2007.7.218計算機(jī)組成原理 圖中給出了“運行方式”、“停機(jī)”和啟動控制位，用來分別管理時序信號T1T4將周而復(fù)始地發(fā)送或單步發(fā)送。時序信號T1T4連續(xù)發(fā)送，機(jī)器就可以連續(xù)執(zhí)行微程序；機(jī)器僅發(fā)送單周期4拍制時序信號，便單步運行狀態(tài)，機(jī)器每次只執(zhí)行一條微指令，這樣，可以觀察微控制狀態(tài)與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。2007.7.219計算機(jī)組成原理圖9-3 時序啟停電路圖2007.7.220計算機(jī)組成原理用示波器觀察時序波形，可看到時序信號T1T4的波形，如圖9-4所示。圖

9、9-4 時序信號T1T4的波形圖2007.7.221計算機(jī)組成原理在計算機(jī)進(jìn)行算術(shù)運算、邏輯運算或移位運算時，運算結(jié)果的狀態(tài)主要依靠標(biāo)志寄存器來顯示，因此設(shè)計計算機(jī)系統(tǒng)時，設(shè)計合理的標(biāo)志位鎖存電路十分必要。如電路圖9-5所示，其中181的8位輸出端邏輯或非后進(jìn)入74LS74鎖存器D端，該端的狀態(tài)由AR和T4信號控制，當(dāng)AR=1時，在時序T1T4處于單步執(zhí)行狀態(tài)下，在T4節(jié)拍把當(dāng)前零（ZQ）狀態(tài)鎖存到零標(biāo)志鎖存器中。（3）標(biāo)志位鎖存單元2007.7.222計算機(jī)組成原理圖9-5 標(biāo)志位鎖存電路圖2007.7.223計算機(jī)組成原理如電路圖9-6所示，使用2片74LS163組成8位程序計數(shù)器PC，其

10、8位輸入/輸出公用端與總線(BUS) 接口相連接。通過LDPC、LOAD信號和脈沖T3來控制對程序計數(shù)器PC裝載數(shù)據(jù)和加1操作。當(dāng)LOAD=1、LDPC=1時，在時序T3上升沿把數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容裝入PC。當(dāng)LOAD=0、LDPC=1時，在單周期四節(jié)拍時序的T2時刻打開PC-B三態(tài)門，在T3時刻PC值通過總線打入地址寄存器、同時PC值加1。（4）程序計數(shù)器單元2007.7.224計算機(jī)組成原理圖9-6 程序計數(shù)器電路圖2007.7.225計算機(jī)組成原理（5）指令寄存器單元 如圖9-7所示，1片74LS273作為指令寄存器單元，其8位輸入端與BUS總線已作連接，其輸出端與微程序存儲器地址（SE5SE

11、0）接口連接。 指令數(shù)據(jù)寄存器IR（74LS273）的LDIR為電平正跳變時，把來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)打入寄存器IR，IR的輸出就作為本系統(tǒng)內(nèi)的8位指令I(lǐng)7I0。在本系統(tǒng)內(nèi)由這8位指令（可最多譯碼256條不同的指令），通過編碼可對應(yīng)這些指令在微程序存儲器中的入口地址，并且輸出相應(yīng)的微控制指令。2007.7.226計算機(jī)組成原理圖9-7 指令寄存器電路圖2007.7.227計算機(jī)組成原理（6）輸入/輸出單元計算機(jī)系統(tǒng)中所用的輸入/輸出設(shè)備如電路圖9-8、9-9所示。其中輸入設(shè)備有8位帶顯示數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一個三態(tài)門（74LS245）8位數(shù)據(jù)總線相連。輸出設(shè)備經(jīng)一鎖存器（74LS273）實現(xiàn)，該鎖存器的8位

12、輸入端和8位數(shù)據(jù)總線相連，其鎖存輸出端與8個發(fā)光二極管的顯示接口相連，該顯示接口以二進(jìn)制方式顯示輸出結(jié)果（燈亮表示該輸出位為1，燈滅表示該輸出位為0）。2007.7.228計算機(jī)組成原理說明:在本設(shè)計中8位數(shù)據(jù)開關(guān)就是簡單的輸入設(shè)備，一次只能向計算機(jī)輸入8位 二進(jìn)制；8個發(fā)光二極管是簡單的輸出設(shè)備，一次能顯示一個字節(jié)的結(jié)果。圖9-8 輸入設(shè)備電路圖2007.7.229計算機(jī)組成原理圖9-9 輸出設(shè)備電路圖2007.7.230計算機(jī)組成原理說明：運算器、存儲器及微程序控制器工作原理分別在前面第2章、第4章 和第6章已講述，它們設(shè)計及應(yīng)用內(nèi)容在第10章實訓(xùn)部分還會詳細(xì)介紹，此處不再重點講述。 思考

13、： 結(jié)合數(shù)字電路知識，請查閱資料分析74LS245、74LS 74、74LS175、74LS299、74LS273芯片的作用及特性。2007.7.231計算機(jī)組成原理9.2 指令系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計一個計算機(jī)系統(tǒng)需確定計算機(jī)的指令系統(tǒng)具體由哪些指令組成，包括哪幾種類型指令，指令操作數(shù)有哪幾種尋址方式，以及指令編碼等，要兼顧必要性（編程方便）和可行性（硬件條件）兩個條件。2007.7.232計算機(jī)組成原理9.2 指令系統(tǒng)設(shè)計 9.2.1 指令類型 9.2.2 設(shè)計指令執(zhí)行流程2007.7.233計算機(jī)組成原理1. 算術(shù)邏輯指令系統(tǒng)共設(shè)計9條算術(shù)邏輯指令，分別是：寄存器清零指令（CLR）、數(shù)據(jù)傳送指令（M

14、OV）、帶進(jìn)位加法指令（ADC）、借位減法指令（SUC）、自增運算指令I(lǐng)NC）、與運算指令（AND）、取反運算指令（COM）、帶進(jìn)位循環(huán)右移指令（RRC）和帶進(jìn)位循環(huán)左移指令RLC）。這些指令全部用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下： 微程序控制計算機(jī)設(shè)計四大類指令共十六條，其中包括算術(shù)邏輯指令、I/O指令、訪問及轉(zhuǎn)移指令和停機(jī)指令。2007.7.234計算機(jī)組成原理D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP-CODErsrd 其中，OPCODE為操作碼占用4位二進(jìn)制（D7D4），rs為源寄存器占用2位二進(jìn)制（D3、D2），rd為目的寄存器占用2位二進(jìn)制（D1、D0），并規(guī)

15、定：rs或rd 選定的寄存器00R001R110R2 9條算術(shù)邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表9-1所示。2007.7.235計算機(jī)組成原理2. 訪存指令及轉(zhuǎn)移指令系統(tǒng)共設(shè)計2條訪存指令存數(shù)（STA）和取數(shù)（LAD），2條轉(zhuǎn)移指令無條件轉(zhuǎn)移 ( JMP )和結(jié)果為零或有進(jìn)位轉(zhuǎn)移指令（JZC），這4條指令長度為2個字節(jié)，其指令格式為：D7 D6D5 D4D3 D2D1 D00 0M OP-CODErdD2007.7.236計算機(jī)組成原理 其中，OPCODE為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。D為偏移量（正負(fù)均可），M為尋址模式，其定義如下：尋址模式M有效地址E說明0001

16、1011E=DE=(D)E=(RI)+DE=(PC)+D直接尋址間接尋址RI變址尋址相對尋址本計算機(jī)規(guī)定變址寄存器RI指定為寄存器R2。2007.7.237計算機(jī)組成原理3. I/O指令I(lǐng)/O指令共兩個，分別是輸入（IN）和輸出(OUT)。指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：D7 D6 D5 D4D3 D2D1 D0OP-CODEaddrrd 其中，addr01時，選中“輸入設(shè)備”中的開關(guān)組作為輸入設(shè)備，addr10時，選中“輸出設(shè)備”中的數(shù)碼顯示單元作為輸出設(shè)備。2007.7.238計算機(jī)組成原理4. 停機(jī)指令設(shè)計一個停機(jī)指令HLT，該指令用于實現(xiàn)停機(jī)操作。指令格式如下：D7 D6 D5 D4D

17、3 D2D1 D0OP-CODE0000 根據(jù)上面介紹，表9-1列出了本計算機(jī)系統(tǒng)16條基本指令的格式、匯編符號和指令功能，其中算術(shù)邏輯指令9條，訪存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，停機(jī)指令1條。2007.7.239計算機(jī)組成原理 表9-1 指令詳細(xì)信息表 匯編指令指令格式指令功能CLR rd0111 00 rd0 rdMOV rs, rd1000 rs rdrs rdADC rs, rd1001 rs rdrs+rd+cy rd(cy是進(jìn)位值)SUC rs rd1010 rs rdrs-rd-cy rdINC rd1011 rs rdrs+1 rdAND rs, rd1100 rs

18、 rdrs&rd rdCOM rd1101 rs rd求反RRC rs, rd1110 rs rd 帶進(jìn)位的循環(huán)右移RLC rs, rd1111 rs rd帶進(jìn)位的循環(huán)左移LAD M, D, rd00 M 00 rdE(有效地址單元數(shù)據(jù))rdDSTA M, D, rd00 M 01 rdrd E(有效地址單元)DJMP M, D00 M 11 rdE PCDJZC M, D00 M 11 rd當(dāng)CY=1時或Z=1時E PCDIN addr, rd0100 01 rdaddr rdOUT addr, rd0101 10 rdrd addrHLT0110 00 00停機(jī)2007.7.240計算機(jī)組

19、成原理9.2.2 設(shè)計指令執(zhí)行流程指令類型和數(shù)量確定后，還需結(jié)合計算機(jī)整機(jī)通路邏輯圖（見圖9-1）設(shè)計出每條指令的執(zhí)行流程。 我們知道，一條指令從內(nèi)存取出到執(zhí)行完畢，需要若干個機(jī)器周期（節(jié)拍）。任何指令的第一個機(jī)器周期都是“取指令周期”，或稱為公共操作周期。而條指令共需幾個機(jī)器周期取決于指令在計算機(jī)系統(tǒng)中實現(xiàn)的復(fù)雜程度。對于微程序控制的計算機(jī)設(shè)計指令執(zhí)行流程時，要保證每條微指令所含微操作的必要性和合理性，防止微操作之間有時序沖突，為此要分析：2007.7.241計算機(jī)組成原理（1）哪些微操作信息可以安排在同一條微指令中；（2）哪些微操作信息必須安排在同一條微指令中；（3）哪些微操作信息不能安排

20、在同條微指令中。 另外，還應(yīng)記住：總線（數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB）僅是傳輸信息的通路而已，無寄存信息的功能；利用總線傳輸信息時要保證信息的唯一性（即不能有個以上器件向總線發(fā)送信息）；ALU的輸出緩沖器僅是三態(tài)傳輸門電路，無寄存功能。2007.7.242計算機(jī)組成原理 下面我們舉幾個例子說明如何設(shè)計指令流程。說明：箭頭表示數(shù)據(jù)信息流向，括號中的T1，T2，T3為工作脈沖?！纠?-1】單字節(jié)指令 ADC rs,rd（rd是目的寄存器，rs是源寄存器，硬件見圖（9-1)該指令功能為rs+rd+cy rd（cy是進(jìn)位值），需執(zhí)行的微操作和所需的微操作信號如下：（1）(PC) （AR）

21、RAM ；根據(jù)PC訪問內(nèi)存 所需的微操作信號：LDPC，LDAR(T3)（2）RAM DB IR（DB為數(shù)據(jù)總線） ；讀出指令字節(jié)送IR 所需的微操作信號： WE，CE ,LDIR（T3）（3）(PC)+1 PC ；PC加l計數(shù)，為取下條指令字節(jié)準(zhǔn)備 所需的微操作信號：PC+1（T3）（4）R0 DR1；R1DR2 ；取兩個操作數(shù)送數(shù)據(jù)寄存器為ALU準(zhǔn)備好被加數(shù) 所需的微操作信號：R0-B，R1-B，RS-BUS，LDDR1，LDDR2（5）（DR1+DR2）+ cy R1 ；ALU執(zhí)行加法，結(jié)果暫存目的寄存器 所需的微操作信號：M，CN，S0，S1，S2，S3，ALU-BUS，LDRi（T2

22、） 2007.7.243計算機(jī)組成原理【例9-2】單字節(jié)指令MOV rs,rd 該指令功能為rs rd ，需執(zhí)行的微操作和所需的微操作信號如下：（1）(PC) （AR） RAM ；根據(jù)PC訪問內(nèi)存 所需的微操作信號：LDPC，LDAR(T3)（2）RAM DB IR（DB為數(shù)據(jù)總線） ；讀出指令字節(jié)送IR 所需的微操作信號： WE，CE ,LDIR（T3）（3）R0 DB ；讀出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)總線 所需的微操作信號：R0-B，RS-BUS（4）DB R1 ；數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)送R1 所需的微操作信號：LDRi（T2）根據(jù)計算機(jī)整機(jī)數(shù)據(jù)通路邏輯框圖（9-1)，參照例9-1和9-2的設(shè)計方法，可以完成對

23、INC、AND、RRC 等其余14條指令的微操作流程和所需的微操作信號的設(shè)計。詳細(xì)設(shè)計留給讀者完成。思考：指令執(zhí)行過程中微操作信號的作用是什么？2007.7.244計算機(jī)組成原理9.3 微程序設(shè)計在微程序控制計算機(jī)中，源程序指令的執(zhí)行是建立在微程序的基礎(chǔ)之上的。計算機(jī)要完成程序執(zhí)行，必須先設(shè)計每條指令的微程序，并且放在微程序控制器的存儲器中，這樣，計算機(jī)就把執(zhí)行源程序指令的工作通過執(zhí)行一個微程序來實現(xiàn)。在計算機(jī)中指令執(zhí)行的效率如何和微程序控制、微指令字長以及微程序設(shè)計情況密切相關(guān)。2007.7.245計算機(jī)組成原理9.3.1 微程序控制器微程序控制計算機(jī)的數(shù)據(jù)通路確定后，下一個設(shè)計重點就集中在

24、控制器的設(shè)計上。控制器邏輯框圖，如圖9-10所示。圖中IR存放的是源程序指令，控制器對源程序指令的操作碼譯碼可以找到該指令的微程序的入口地址，然后送入微程序計數(shù)器Upc中，根據(jù)微程序的入口地址訪問控制存儲器就可以讀取微程序的第一條微指令，從而開始執(zhí)行一個微程序完成指令的工作。圖中微程序每一條微指令的執(zhí)行都是在微指令寄存器中完成的。2007.7.246計算機(jī)組成原理 圖9-10微程序控制邏輯框圖 2007.7.247計算機(jī)組成原理9.3.2 微程序設(shè)計將機(jī)器的全部指令系統(tǒng)采用微指令序列實現(xiàn)的過程，叫做微程序設(shè)計。一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序，本系統(tǒng)共有16條機(jī)器指令就應(yīng)當(dāng)對應(yīng)有16個微程序。計算機(jī)

25、中微程序控制器的強(qiáng)大與否，機(jī)器性能如何，取決于如何設(shè)計控制流程，并轉(zhuǎn)化為微程序。微程序設(shè)計是以微指令設(shè)計為基礎(chǔ)的。2007.7.248計算機(jī)組成原理1.微指令格式本部分設(shè)計任務(wù)是綜合微程序控制計算機(jī)指令系統(tǒng)各指令執(zhí)行流程中涉及到的微操作控制信號，統(tǒng)計總共需多少個微操作控制信號，決定這些信號中在微指令中產(chǎn)生的方式及格式。微指令設(shè)計分為水平型微指令和垂直微指令兩種。如果計算機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜不高，微指令格式建議采用水平型微指令，微命令編碼采用直接表示法和分段直接譯碼法相結(jié)合的混合表示法，以縮短微指令長度。后繼地址采用下址字段給出的方式。微指令格式如下：2007.7.249計算機(jī)組成原理結(jié)合計算機(jī)指令系統(tǒng)和

26、數(shù)據(jù)通路邏輯框圖，可以分析系統(tǒng)所需的微命令信號的數(shù)目，從而確定微指令中控制字段的長度。比如微指令長24位，若微指令采用全水平不編碼直接控制的格式，那么至多可有24個微命令控制信號直接產(chǎn)生。如果采用分組編碼譯碼，那么n位微指令編碼通過譯碼器譯碼可實現(xiàn)2n個互斥的微命令控制信號（即它們不可能在同一節(jié)拍內(nèi)激活）。系統(tǒng)中微指令格式及微命令信號設(shè)計實例如下：控制字段 判別字段下址字段 2007.7.250計算機(jī)組成原理微指令字長共24位，其控制位順序如下：24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCuA5uA024

27、16為直接控制字段，共給出9個微命令信號；A、B、C為譯碼字段，可以分別送3-8譯碼器，共可以設(shè)計出互斥的24個微命令信號；A5A0為下址字段（微指令后繼微地址），6位地址可以訪問的控制存儲器的空間為26，即系統(tǒng)設(shè)計的微指令最多不超過64條。2007.7.251計算機(jī)組成原理2. 指令流水執(zhí)行時空表設(shè)計指令執(zhí)行流程時空表應(yīng)在設(shè)計數(shù)據(jù)通路之前確定，因為具體的流水線是跟時空表緊密相聯(lián)的。本設(shè)計是在已有的數(shù)據(jù)通路的基礎(chǔ)上（該數(shù)據(jù)通路支持流水），通過改進(jìn)控制來提升系統(tǒng)性能，因此將時空表放在控制器部分進(jìn)行設(shè)計。表9-2給出的是指令執(zhí)行過程時空表，表9-3給出的是指令兩級流水執(zhí)行時空表，表9-4給出的是指

28、令四級流水執(zhí)行時空表。2007.7.252計算機(jī)組成原理表9-2 指令執(zhí)行過程時空表周期 123456789101112131415161718取指12345678執(zhí)行1122334455667788寫回12345678表9-3 指令兩級流水執(zhí)行時空表周期 1234567891011121314151617指令11122334455667788指令211223344556677882007.7.253計算機(jī)組成原理表9-2 指令執(zhí)行過程時空表周期 123456789101112131415指令1123456789101112功能段2123456789101112功能段2123456789101

29、112功能段2123456789101112注意：設(shè)計選用的時空表只要設(shè)計可以實現(xiàn)即可，不同的時空表直接影響系統(tǒng)的性 能。思考：設(shè)計微指令格式時，判別字段的主要作用是什么？2007.7.254計算機(jī)組成原理3. 編寫各指令的微程序根據(jù)指令流程和微指令格式仔細(xì)地逐條編寫每一個指令的微程序，源程序指令對應(yīng)的微程序流程圖及確定微地址，如圖9-11所示。2007.7.255計算機(jī)組成原理 圖9-11 微程序流程圖 2007.7.256計算機(jī)組成原理 根據(jù)流程圖，可以寫成二進(jìn)制表示的微程序，為了書寫方便，在此用十六進(jìn)制書寫。十六進(jìn)制微地址$：表示地址M：表示微指令十六進(jìn)制表示微程序格式說明 微指令代碼：

30、 微指令代碼 十六進(jìn)制微地址$：表示地址M：表示微指令$M 2007.7.257計算機(jī)組成原理$M2205DB81$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B

31、070A08$M3C068A09$M00018108$M0101ED82$M0200C050$M0300A004$M230180E4$M24018001$M2595AAA0$M2600A027$M2701BC28$M2895EA29$M2995AA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M37298838$M38019801$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09$M0400E0A0$M0500E006$M0600A007$M0700E0A0$M0801ED8A$M0901ED8C$M0A00A03B$M0B018001$M0C00203C$M0D00A00E$M0E01B60F$M0F95EA25$M1001ED83$M1101ED85$M1201ED8D$M1301EDA6$M14001001$M15030401$M160