第6章中央處理器(1)-控制器和微程序

第六章中央處理器6.1控制器的組成6.2微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理6.3微程序設(shè)計(jì)技術(shù)6.4硬布線控制的計(jì)算機(jī)6.5流水線工作原理6.6CPU舉例6.7計(jì)算機(jī)的供電本章教學(xué)內(nèi)容本章學(xué)習(xí)目標(biāo)從兩個(gè)方面來(lái)認(rèn)識(shí)CPU：CPU的結(jié)構(gòu)組成CPU如何工作計(jì)算機(jī)組成：運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部件

微處理器:運(yùn)算器+控制器集成在一個(gè)芯片上，通常稱之為中央處理部件(CPU)?？刂破鞯慕M成和功能:（6.1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。

控制器分為微程序控制器（6.2節(jié)、6.3節(jié)）和硬布線控制器（6.4節(jié)）。機(jī)器加電和reset：（1）可以利用reset信號(hào)將某值(例如全“0”)置于程序計(jì)數(shù)器PC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。（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(轉(zhuǎn)移到固定程序入口)，然后開(kāi)始執(zhí)行程序。執(zhí)行程序： 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，等候從鍵盤、鼠標(biāo)等送入的命令。(一般放在ROM中)

程序執(zhí)行過(guò)程：計(jì)算機(jī)從程序入口地址開(kāi)始執(zhí)行該程序的指令序列，是不斷地取指令、分析指令和執(zhí)行指令這樣一個(gè)周而復(fù)始的過(guò)程。

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(PC)中的。停機(jī)和停電：（P129）

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)器仍保持信息不變。重啟后從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。

停電：寄存器與存儲(chǔ)器內(nèi)容消失，加電后產(chǎn)生的reset信號(hào)使機(jī)器從固定入口重新開(kāi)始運(yùn)行。

斷電觸發(fā)的中斷保護(hù)計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程：

加電→產(chǎn)生reset信號(hào)→執(zhí)行程序→停機(jī)→停電6．1控制器的組成6.1.1控制器的功能

計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處理(或計(jì)算)是通過(guò)程序的執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)的，程序是完成某個(gè)確定算法的指令序列，要預(yù)先存放在存儲(chǔ)器中?？刂破鞯淖饔?控制程序的執(zhí)行，它必須具有以下基本功能：

1．取指令

當(dāng)程序已在存儲(chǔ)器中時(shí)，首先根據(jù)程序入口取出第一條指令，為此要發(fā)出指令地址及控制信號(hào)。然后不斷取出第2，3，…條指令。

2．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)在存儲(chǔ)器中，還需要形成操作數(shù)地址。

3．執(zhí)行指令

根據(jù)分析指令時(shí)產(chǎn)生的“操作命令”和“操作數(shù)地址”形成相應(yīng)的操作控制信號(hào)序列，通過(guò)CPU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：取指、分析、執(zhí)行；再取指、再分析、再執(zhí)行……，如此循環(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：

(1)“中斷請(qǐng)求”信號(hào)待CPU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，再返回原程序繼續(xù)運(yùn)行下去。

(2)DMA請(qǐng)求信號(hào)等CPU完成當(dāng)前機(jī)器周期操作后，暫停工作，讓出總線給I／O設(shè)備，在完成I／O設(shè)備與存儲(chǔ)器之間的傳送數(shù)據(jù)操作后，CPU從暫時(shí)中止的機(jī)器周期開(kāi)始繼續(xù)執(zhí)行指令。4．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)備發(fā)出一些相應(yīng)的命令來(lái)完成I／O功能，這實(shí)際上也是通過(guò)執(zhí)行程序來(lái)完成的。5．對(duì)異常情況和某些請(qǐng)求的處理6.1.2控制器的組成1．程序計(jì)數(shù)器(PC) 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。2．指令寄存器（IR） 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。3．指令譯碼器或操作碼譯碼器（ID）

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)。

4．脈沖源及啟停線路（CLK） 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)器剛加電時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)總清信號(hào)(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．時(shí)序控制信號(hào)形成部件（CON）

當(dāng)機(jī)器啟動(dòng)后，在CLK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。存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令地址或下一條指令地址。指令地址形成:(PC)+1->PC?；?轉(zhuǎn)移指令修改其內(nèi)容用以存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令對(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)。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)。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)圖6.1控制器基本組成框圖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？2、控制器需要向哪些邏輯電路發(fā)送控制信號(hào)？各發(fā)送哪些控制信號(hào)？1.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。

一類是具有記憶功能的觸發(fā)器以及由它組成的寄存器、計(jì)數(shù)器和存儲(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、算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)和各種邏輯電路等。6.1.3指令執(zhí)行過(guò)程圖6.2記憶電路2．指令執(zhí)行過(guò)程舉例數(shù)據(jù)通路：控制器組成:圖6.1

運(yùn)算器組成:圖6.4

中央處理器組成：圖6.6一條加法指令的執(zhí)行過(guò)程:指令格式:rs，rd，rs1為通用寄存器地址；imm(或disp)為立即數(shù)(或位移量)。加法指令功能：(rs)+[(rs1)+disp]->rd取指令計(jì)算地址取數(shù)運(yùn)算送結(jié)果劃分機(jī)器周期的原則:總線不沖突.(時(shí)序圖)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)行圖6.4運(yùn)算器框圖返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行取指令:PC→ABW／R=0，M／IO=1；DB→IR；PC+1計(jì)算地址rsl→GR，(rsl)→ALU，disp→ALU；“+”；ALU→AR返回指令執(zhí)行返回指令執(zhí)行取數(shù):

AR→ABW／R=0M／IO=1DB→DR返回指令執(zhí)行運(yùn)算送結(jié)果:

rs→GR(rs)→ALUDR→ALU“+”：rd→GRALU→rd置N，Z，V，C返回指令執(zhí)行取指令:PC→ABW／R=0，M／IO=1；DB→IR；PC+1計(jì)算地址rsl→GR，(rsl)→ALU，disp→ALU；“+”；ALU→AR取數(shù):

AR→ABW／R=0M／IO=1DB→DR運(yùn)算送結(jié)果:

rs→GR(rs)→ALUDR→ALU“+”：rd→GRALU→rd置N，Z，V，C2)條件轉(zhuǎn)移指令的執(zhí)行過(guò)程指令功能：根據(jù)N，Z，V，C的狀態(tài)，決定是否轉(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。

指令執(zhí)行步驟：

(1)從存儲(chǔ)器取指令，送入指令寄存器，并進(jìn)行操作碼譯碼。程序計(jì)數(shù)器加1，如不轉(zhuǎn)移，即為下一條要執(zhí)行的指令地址。本操作對(duì)所有指令都是相同的。

(2)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)尋址方式，此時(shí)轉(zhuǎn)移地址=PC+disp。此處PC是指本條指令的地址，而在上一機(jī)器周期已執(zhí)行PC+1操作，因此計(jì)算時(shí)應(yīng)取原PC值，或?qū)\(yùn)算進(jìn)行適當(dāng)修正。最后將轉(zhuǎn)移地址送PC。控制信號(hào): PC→ALU disp→ALU

“+” ALU→PC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)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(shū)。

產(chǎn)生控制信號(hào)一般有微程序控制和硬布線控制兩種方法。6.2微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理6.2.1微程序控制的基本概念1.微操作(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，這些基本操作稱為~。微操作是指不可再分解的操作，進(jìn)行微操作需要相應(yīng)的控制信號(hào)(稱為微操作控制信號(hào)或微操作命令)

例如，前面講到的加法指令，分成四步(取指令、計(jì)算地址、取數(shù)、加法運(yùn)算)完成，每一步實(shí)現(xiàn)若干個(gè)微操作。2.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(信號(hào))與下一條執(zhí)行的微指令地址。

將一條機(jī)器指令分成若干條微指令，按次序執(zhí)行這些微指令，就可以實(shí)現(xiàn)指令的功能。3.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“addrd/rs，imm[rs1]”所對(duì)應(yīng)的微程序由以下四條微指令組成一段微程序：

取指微指令 計(jì)算有效地址微指令 取數(shù)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)、也可分散存儲(chǔ)。4、控制存儲(chǔ)器（CS：ControlStore）控制字段下一條微指令地址字段 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)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實(shí)現(xiàn)微程序控制的基本原理1．控制信號(hào)返回控制信號(hào)

以執(zhí)行一條加法指令為例，它由四條微指令解釋執(zhí)行，一條微指令中的所有控制信號(hào)是同時(shí)發(fā)出的。每條微指令所需的控制信號(hào)如下：

(2)計(jì)算地址微指令

①取兩個(gè)源操作數(shù)(計(jì)算地址用)：

rsl→GR(8)，(rsl)→ALU(10)，disp→ALU(4)。②加法運(yùn)算：“+”(13)。③有效地址送地址寄存器：ALU→AR(19)。(1)取指微指令

①指令地址送地址總線：PC→AB(1)②發(fā)訪存控制命令，ADS(21)，M／IO=1(22)，

W／R=0(23)。從存儲(chǔ)器取指令送數(shù)據(jù)總線。③指令送指令寄存器：DB→IR(5)④程序計(jì)數(shù)器+1：PC+1(3)

(3)取數(shù)微指令①數(shù)據(jù)地址送地址總線：AR→AB(20)。②發(fā)訪存控制命令：ADS(21)，M／IO(22)，W／R(23)。由存儲(chǔ)器將數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線DB。③數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)寄存器：DB→DR(6)(4)加法運(yùn)算和送結(jié)果微指令

①兩源操作數(shù)送ALU：rs→GR(9)，(rs)→ALU(11)；DR→ALU(12)。②加法運(yùn)算：“+”(13)③送結(jié)果；ALU→GR(17)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)控制位來(lái)表示，當(dāng)該位為“1”時(shí)，定義為有控制信號(hào)，當(dāng)該位為“0”時(shí)，沒(méi)有控制信號(hào)。W/R(寫(xiě)：1；讀：0)控制存儲(chǔ)器容量為4K字，則每條微指令還需要12位來(lái)表示下址?？刂拼鎯?chǔ)器的容量取決于實(shí)現(xiàn)指令系統(tǒng)所需的微程序長(zhǎng)度。

圖6.7為加法指令的四條微指令編碼，每一小格表示一位(二進(jìn)制)，空格表示0，第24位到第35位為下址。假設(shè)四條微指令的地址如下：（取指微指令下址XXX為微程序入口地址）取指微指令：1000Q 計(jì)算有效地址微指令：1001Q（加法指令入口地址）取數(shù)微指令：1002Q 計(jì)算并存數(shù)微指令：1003Q圖6.7加法指令的微指令編碼微程序用流程圖來(lái)表示方框：表示微指令右下角的數(shù)字：表示下址上方的數(shù)字：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：

當(dāng)指令取入IR中以后，根據(jù)操作碼進(jìn)行譯碼，得到相應(yīng)指令的第一條微指令的地址。指令譯碼部件可用只讀存儲(chǔ)器組成，將操作碼作為只讀存儲(chǔ)器的輸入地址，該單元的內(nèi)容即為相應(yīng)的微指令在控制存儲(chǔ)器中的地址。據(jù)根控制存儲(chǔ)器中的地址從控制存儲(chǔ)器取出微指令，并將它存放在微指令寄存器中。控制字段各位的輸出通過(guò)連接線直接與受控制的門相連，于是就提供了在本節(jié)所提出的控制信號(hào)。2．微程序控制器時(shí)序控制信號(hào)形成部件圖6.9微程序控制器簡(jiǎn)化框圖3、時(shí)序信號(hào)及工作脈沖的形成分析(P126）圖6.10中輸出與輸入波形之間的關(guān)系結(jié)論：CLK2二分頻－－－得到CLKCLK二分頻－－－得到T1T1反相－－－得到T2時(shí)序圖兩個(gè)工作脈沖的疊加信號(hào)T2的末尾產(chǎn)生一個(gè)CP，用來(lái)保存計(jì)算結(jié)果或接收傳送的數(shù)據(jù)及指令等。T1的末尾產(chǎn)生另一個(gè)工作脈沖。4．電路配合中的常見(jiàn)問(wèn)題1）電路延遲引起的波形畸變

圖6.11符合電路及波形F/F無(wú)延遲CLK無(wú)畸變F/F有延遲CLK有畸變圖6.12延遲引起的毛刺2）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。圖6.13觸發(fā)器之間傳送信息的電路3）時(shí)鐘脈沖CLK和工作脈沖CP的標(biāo)準(zhǔn)性當(dāng)滿足cond條件時(shí)，才產(chǎn)生CP—B和CP-C信號(hào)。CP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)，使觸發(fā)器處于保持狀態(tài),而當(dāng)條件成立時(shí)，接受新?tīng)顟B(tài)。打入脈沖的同時(shí)性:在控制打入脈沖的機(jī)器中，總是盡量將CP信號(hào)送到控制門的最后一級(jí)。以免延遲造成失真和不同步。圖6.14CP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)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)。6.3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：(1)如何縮短微指令字長(zhǎng)；(2)如何減少微程序長(zhǎng)度；(3)如何提高微程序的執(zhí)行速度。

6.3.1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。1．直接控制法(不譯碼法)操作控制字段中的每一位代表一個(gè)微命令。

“1”－有效，“0”－無(wú)效。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。2．字段直接編譯法（使用較普遍）

微周期：是一條微指令所需的執(zhí)行時(shí)間。如果有若干個(gè)(一組)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)微命令是互斥的。選擇互斥的微命令入同組分組編碼，用微命令譯碼器譯碼控制。如：PC-G、ALU-G、R0-G、R1-G、R2-G

例：字段長(zhǎng)度為3位時(shí)，最多只能表示7個(gè)互斥的微命令，通常代碼000表示不發(fā)微命令。字段長(zhǎng)度n與所能表示的微命令數(shù)m的關(guān)系：m=2n-1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、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)字段的某些微命令，要兼由另一字段中的某些微命令來(lái)解釋，稱為字段間接編譯法。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。A受B控制，B發(fā)b1微命令時(shí)，字段A發(fā)出a1,1～a7,1中的一個(gè)微命令。B發(fā)b2微命令時(shí)，字段A發(fā)出a1,2～a7,2中的一個(gè)微命令。4.常數(shù)源字段供設(shè)計(jì)者在填寫(xiě)微指令時(shí)作為要使用的常數(shù)E；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。6.3.2微程序流的控制基本概念現(xiàn)行微指令:當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令?，F(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。后繼微指令：下一條要執(zhí)行的微指令。后繼微地址：后繼微指令所在的控制存儲(chǔ)器單元地址。微程序流控制：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。1、增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微指令地址的方法

A）微程序入口：首條微指令，由專門硬件電路產(chǎn)生B）順序執(zhí)行：后繼微地址＝現(xiàn)行微地址＋1C）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）D）由操作碼產(chǎn)生后繼地址在圖中，μPC兼作控制存儲(chǔ)器的地址寄存器，輸入有四個(gè)來(lái)源。下址字段僅有兩位，其功能是選擇三個(gè)輸入源中的一個(gè)作為μPC的輸入，而微程序入口是由專門的硬件產(chǎn)生的，不受下址字段控制。優(yōu)點(diǎn)：可使微指令的下址字段很短，僅起選擇作用。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空間分配相當(dāng)困難。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)生后繼微地址微指令的下址字段分成兩部分：

轉(zhuǎn)移控制字段BCF和轉(zhuǎn)移地址字段BAF，

BCF控制轉(zhuǎn)移條件，BAF控制轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址。當(dāng)條件成立時(shí)，微程序要轉(zhuǎn)移，將BAF送μPC，否則順序執(zhí)行下一條微指令(μPC+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BCF定義的八個(gè)微命令見(jiàn)表6．2。BCF=0，順序執(zhí)行微命令，μPC+1為后繼微地址。BCF=4；測(cè)試循環(huán)微命令，假如CT≠0，表示需要繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)微命令，將循環(huán)人口微地址從BAF送μPC。假如CT=0，表示循環(huán)結(jié)束，后繼微地址為μPC+1。本條微命令同時(shí)完成CT-1操作。BCF=5，轉(zhuǎn)微子程序微命令，把微子程序入口地址從BAF送μPC，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移之前要把該條微指令的下一地址(μPC+1)送入返回寄存器RR之中。BCF=6，返回微命令，把RR中的返回微地址送入μPC，從而實(shí)現(xiàn)從微子程序返回到原來(lái)的微程序。BCF=7，操作碼產(chǎn)生后繼微地址的微命令，這是取指后，按現(xiàn)行指令執(zhí)行的第一條微指令。圖6.18“增量與下址字段”方式的原理圖BCF=1，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，將BAF送μPC，否則μPC+l→μPCBCF=3，無(wú)條件轉(zhuǎn)移微命令，將BAF送μPC。BCF=2，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，將BAF送μPC，否則μPC+1→μPC

BAF的長(zhǎng)度有兩種情況：①與μPC的位數(shù)相等；可以從控制存儲(chǔ)器的任一單元取微指令。

特點(diǎn):轉(zhuǎn)移靈活，但增加了微指令的長(zhǎng)度.②比μPC短；考慮到轉(zhuǎn)移點(diǎn)在μPC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μPC的若干位與BAF組合成轉(zhuǎn)移微地址。

特點(diǎn):轉(zhuǎn)移地址受到限制，但可縮短微指令長(zhǎng)度。

2.多路轉(zhuǎn)移方式

一條微指令存在多個(gè)轉(zhuǎn)移分支的情況稱為多路轉(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N、Z、V、C等，計(jì)數(shù)器狀態(tài)，通據(jù)通路狀態(tài)。

例如:根據(jù)某些硬件狀態(tài)來(lái)決定后繼微地址。根據(jù)一種狀態(tài)(非0即1)來(lái)決定微地址可以有兩種情況，即兩路轉(zhuǎn)移；而根據(jù)兩種狀態(tài)來(lái)決定微地址可以有四種情況，即四路轉(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，僅是最低兩位不同。優(yōu)點(diǎn):實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)移可減少微程序的長(zhǎng)度。

3.微中斷

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)，CPU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。該微程序的入口地址（硬件產(chǎn)生）即為剛剛執(zhí)行的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)CPU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：水平型微指令和垂直型微指令。

1.水平型微指令特點(diǎn):在一條微指令中定義并執(zhí)行多個(gè)并行操作微命令。一般格式為：

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(直接、間接編譯法)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，所以會(huì)增加一些延遲時(shí)間。6.3.3微指令的格式2.垂直型微指令

在微指令中設(shè)置有微操作碼字段，采用微操作碼編譯法，由微操作碼規(guī)定微指令的功能，稱為垂直型微指令。微操作碼微操