計算機組成與體系結(jié)構(gòu)-翻譯課件微程序控制-zhaohuan

WilliamStallings

計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)

第八版第16章微程序控制控制器組織微程序控制指令序列(見之前注釋)控制復(fù)雜的操作被稱為微程序(microinstruction)或固件(firmware)實現(xiàn)(1)控制器會產(chǎn)生一組控制信號每個控制信號或開或關(guān)每根控制線由一位二進制數(shù)表示每個微操作有一個控制字每個機器代碼指令有控制字序列添加地址字段，根據(jù)條件的真假指定下一條微指令實現(xiàn)(2)現(xiàn)今的大型微處理器很多指令和相關(guān)寄存器層次的硬件操作眾多控制點這導(dǎo)致微程序內(nèi)存包含大量的控制字指令數(shù)量的共同響應(yīng)將被執(zhí)行具有一個寬的控制字位數(shù)因為大量的控制點將被操作微程序控制字位數(shù)基于三個因素支持同時進行的最多微操作的個數(shù)控制信息表示或編碼方式下一條微指令地址指定方式微指令類型每個微指令指定將被執(zhí)行的一個(或幾個)微操作(垂直微程序)每個微指令指定并行執(zhí)行的不同微操作Eachmicro-instructionspecifiesmanydifferentmicro-operationstobeperformedinparallel(水平微程序)水平微程序字段位數(shù)少N個控制信號編碼成log2n位表示并行的能力有限相當多的控制信息編碼需要額外的內(nèi)存字譯碼來確定操作的準確控制線垂直微程序?qū)拑?nèi)存字位數(shù)高度的并行操作可能性控制信號編碼位數(shù)少典型的微指令格式折中方法將控制信號劃分為不相交的組在內(nèi)存字中作為單獨字段實現(xiàn)各組在沒有太復(fù)雜的情況下支持合理的并行操作控制存儲器組織控制器微結(jié)構(gòu)控制器功能定序邏輯發(fā)出一個讀命令控制地址寄存器指定的一個字讀入到控制緩沖寄存器控制緩沖寄存器的內(nèi)容生成控制信號和下一條地址信息根據(jù)控制緩沖寄存器和ALU標志，定序邏輯裝載新的地址到控制地址寄存器下一個地址決策根據(jù)ALU標志和控制緩沖寄存器順序獲取下一條指令控制地址寄存器加1基于跳轉(zhuǎn)微指令轉(zhuǎn)移到一個新程序?qū)⒖刂凭彌_寄存器的地址字段裝載到控制地址寄存器轉(zhuǎn)移到機器指令程序根據(jù)IR中的操作碼裝載控制地址寄存器微程序控制器運作Wilkes控制1951陣列部分連接著二極管在一個機器周期內(nèi)，陣列的一行被激活連接二極管的部分產(chǎn)生信號每行的前一部分產(chǎn)生控制后一部分產(chǎn)生下一周期的行地址Wilkes‘s微序列控制器微程序設(shè)計的優(yōu)缺點簡化控制單元設(shè)計實現(xiàn)成本低減少出錯機會速度變慢微程序控制單元完成的任務(wù)微指令序列微指令執(zhí)行必須同時考慮兩者設(shè)計考慮微指令大小地址生成時間由指令寄存器確定每指令周期只出現(xiàn)一次，在指令剛剛?cè)碇笙乱豁樞虻刂吩诖蠖鄶?shù)設(shè)計情況下是相同的轉(zhuǎn)移有條件的和無條件的定序技術(shù)根據(jù)當前的微指令、條件標識和指令寄存器,產(chǎn)生控制存儲器地址根據(jù)地址信息的格式雙地址字段單地址字段可變格式轉(zhuǎn)移控制邏輯,雙地址字段轉(zhuǎn)移控制邏輯,單地址字段轉(zhuǎn)移控制邏輯,可變格式地址生成顯式隱式雙地址字段映射（mapping）無條件轉(zhuǎn)移加（addition）條件轉(zhuǎn)移剩余控制（residualcontrol）執(zhí)行微指令周期是最基本的事件每個周期由兩部分組成取指由微指令地址的生成時間所確定執(zhí)行執(zhí)行作用在于產(chǎn)生控制信號一些控制信號發(fā)至CPU內(nèi)部另一些送至其他外部接口的外部控制總線控制器組織微指令的分類垂直/水平(vertical/horizontal)成組/非成組(packed/unpacked)硬/軟微程序設(shè)計(hard/softmicroprogramming)直接/間接編碼(Direct/indirectencoding)Wilkes策略的實現(xiàn)在Wilkes中,微指令的每一位直接產(chǎn)生一個控制信號或一位下一條微指令地址越復(fù)雜的地址定序方式,就可能使用越少的微指令位數(shù)需要更多復(fù)雜的定序邏輯模塊通過有序的編碼和解碼控制信息，以減少控制字位數(shù)如何實現(xiàn)編碼？K個不同的內(nèi)部和外部的控制信號在Wilkes設(shè)計策略中:分配k位在任一指令周期產(chǎn)生2K

個控制信號不是所有組合都用到兩個源不能向同一個目的打開一個寄存器不能同時作為源和目的一次只能向ALU提交一種信號模式一次只能向外部控制信號提交一種信號樣式需要能以log2Q<K進行編碼Q<2K

種信號組合樣式?jīng)]有完成純譯碼(Wilkes)策略編程困難要求更復(fù)雜的控制邏輯模塊折中方式使用比最低要求的位數(shù)更多的位來編碼某些物理上允許的組合卻是不可能編碼的微指令編碼技術(shù)微指令由一組字段組成每個字段包含一個代碼激活一個或多個控制信號格式由獨立的字段組成每個字段描述這樣一組