江西財(cái)經(jīng)大學(xué)第6章 中央處理器NEW

計(jì)算機(jī)組成原理朱華貴2017年10月26日計(jì)算機(jī)組成原理第6章中央處理器朱華貴2017年10月26日計(jì)算機(jī)組成原理中央處理器（CPU）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器和控制器。CPU的功能和組成控制器的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法微程序控制原理基本控制單元的設(shè)計(jì)流水線(xiàn)技術(shù)RISC技術(shù)。本章學(xué)習(xí)內(nèi)容6.1中央處理器的功能和組成6.2控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法6.3時(shí)序系統(tǒng)與控制方式6.4微程序控制原理6.5控制單元的設(shè)計(jì)6.6流水線(xiàn)技術(shù)6.7精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算機(jī)RISC6.1中央處理器的功能和組成CPU的功能內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要技術(shù)參數(shù)6.1.1CPU的功能在程序運(yùn)行過(guò)程中，在計(jì)算機(jī)的各部件之間流動(dòng)的指令和數(shù)據(jù)形成了指令流和數(shù)據(jù)流。指令流：CPU執(zhí)行的指令序列數(shù)據(jù)流：根據(jù)指令要求依次存取數(shù)據(jù)的序列數(shù)據(jù)流是由指令流來(lái)驅(qū)動(dòng)的CPU的基本功能：對(duì)指令流和數(shù)據(jù)流在時(shí)間與空間上實(shí)施正確的控制。6.1.2CPU中的主要寄存器1.通用寄存器用來(lái)存放原始數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果（變址寄存器、程序計(jì)數(shù)器、地址指針）。累加寄存器（Acc）用來(lái)暫時(shí)存放ALU運(yùn)算的結(jié)果信息。⑴

程序計(jì)數(shù)器（PC）存放正在執(zhí)行或接著要執(zhí)行的指令地址順序執(zhí)行：PC加“1”。非順序執(zhí)行：將轉(zhuǎn)移的目標(biāo)地址送往PC。⑵

指令寄存器（IR）存放從存儲(chǔ)器中取出的指令。⑶

存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寄存器（MDR）暫存讀出或存入主存的一條指令或數(shù)據(jù)字。

2.專(zhuān)用寄存器⑷

存儲(chǔ)器地址寄存器（MAR）保存當(dāng)前CPU所訪問(wèn)的主存單元的地址。CPU對(duì)主存存取數(shù)據(jù)和指令時(shí)，都要使用MAR和MDR。⑸

狀態(tài)標(biāo)志寄存器（PSWR）程序狀態(tài)字（PSW）：記錄程序和機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)，參與控制程序執(zhí)行狀態(tài)標(biāo)志，如進(jìn)位標(biāo)志、溢出標(biāo)志等；控制標(biāo)志，如中斷允許標(biāo)志等。位數(shù)等于機(jī)器字長(zhǎng)。2.專(zhuān)用寄存器（續(xù)）6.1.3CPU的組成CPU由運(yùn)算器和控制器兩大部分組成?？刂破鞯闹饕δ苡校孩艔闹鞔嬷腥〕鲆粭l指令，并指出下一條指令在主存中的位置。⑵對(duì)指令進(jìn)行譯碼或測(cè)試，產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便啟動(dòng)規(guī)定的動(dòng)作。⑶指揮并控制CPU、主存和輸入輸出設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。運(yùn)算器的主要功能有：⑴執(zhí)行所有的算術(shù)運(yùn)算；⑵執(zhí)行所有的邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試。CPU的模型6.1.4CPU的主要技術(shù)參數(shù)1.字長(zhǎng)2.內(nèi)部工作頻率內(nèi)頻（主頻）：衡量CPU速度的重要參數(shù)。其倒數(shù)是時(shí)鐘周期（CPU中最小的時(shí)間元素）3.外部工作頻率由主板為CPU提供的基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率。它標(biāo)識(shí)著CPU與外界溝通的頻率。外頻跟內(nèi)頻不是一比一的同步關(guān)系（倍頻）4.前端總線(xiàn)（FSB）頻率它標(biāo)識(shí)著CPU與主存交換數(shù)據(jù)的頻率。跟不上主存、顯卡的發(fā)展5.QPI數(shù)據(jù)傳輸速率快速通道互聯(lián)：基于包傳輸?shù)母咚冱c(diǎn)到點(diǎn)連接技術(shù)。6.片內(nèi)Cache的容量和速率Cache的容量和工作速率影響計(jì)算機(jī)的速度運(yùn)行速度與內(nèi)頻相同或接近容量可達(dá)幾十KB～幾百KB7.工作電壓CPU正常工作所需的電壓。工作電壓大，則機(jī)器穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，但功耗大，發(fā)熱量太大，壽命縮短。8.地址總線(xiàn)寬度決定了CPU能夠使用多大容量的主存。9.數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度決定了CPU與外部Cache、主存以及IO設(shè)備之間進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔⒘俊?0.制造工藝線(xiàn)寬是指芯片上的門(mén)電路的寬度。線(xiàn)寬越小，芯片上包括的晶體管數(shù)目越多?？刂破魇怯?jì)算機(jī)系統(tǒng)的指揮中心把運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、IO設(shè)備等部件組成一個(gè)有機(jī)的整體，然后根據(jù)指令的要求指揮全機(jī)的工作。6.2控制器的組成和實(shí)現(xiàn)方法控制器的基本組成1.指令部件主要任務(wù)：完成取指令并分析指令⑴程序計(jì)數(shù)器⑵指令寄存器⑶指令譯碼器對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)給CU。⑷地址形成部件根據(jù)指令的不同尋址方式，形成操作數(shù)的有效地址6.2.1控制器的基本組成2.時(shí)序部件主要任務(wù)：產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)，讓各功能部件有節(jié)奏地進(jìn)行信息傳送、加工及信息存儲(chǔ)。⑴脈沖源產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，為整個(gè)機(jī)器提供基準(zhǔn)信號(hào)。⑵啟?？刂七壿嫺鶕?jù)需要開(kāi)放或封鎖脈沖，來(lái)控制時(shí)序信號(hào)的發(fā)生或停止，以啟動(dòng)或停止硬件⑶節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器（脈沖分配器）脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)節(jié)拍信號(hào)發(fā)生器后產(chǎn)生出各個(gè)機(jī)器周期中的節(jié)拍信號(hào)，用以控制計(jì)算機(jī)完成每一步微操作。微操作：一條指令的取出和執(zhí)行可以分解成很多最基本的不可再分割的操作不同的機(jī)器指令具有不同的微操作序列。4.中斷控制邏輯用來(lái)控制中斷處理的硬件邏輯。3.微操作信號(hào)發(fā)生器（控制單元CU）1.取指令PCPC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼…...

PSW時(shí)序

IR地址形成來(lái)自M送MAR或ALU+1送MAR微操作信號(hào)發(fā)生器PC

IR

PSW節(jié)拍發(fā)生器☆控制器工作過(guò)程地址M指令I(lǐng)R、譯碼(θ、尋址方式)PC+1PC2.取數(shù)PC微命令發(fā)生器微命令序列I/O狀態(tài)控制臺(tái)信息運(yùn)行狀態(tài)譯碼…...

PSW時(shí)序

IR地址形成θD尋來(lái)自M送MAR或ALU+1送MAR微操作信號(hào)發(fā)生器PC

IR

PSW時(shí)序按尋址方式，或從寄存器取數(shù)，或從存儲(chǔ)器取數(shù)。3.執(zhí)行按操作碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。核心是微操作信號(hào)發(fā)生器（CU）控制器三種類(lèi)型：組合邏輯型存儲(chǔ)邏輯型組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型它們的控制單元的實(shí)現(xiàn)方法不同。6.2.2控制器的硬件實(shí)現(xiàn)方法控制單元是由門(mén)電路組成的復(fù)雜樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)將產(chǎn)生微命令的條件綜合起來(lái)，組成一個(gè)邏輯表達(dá)式然后用組合邏輯電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。把實(shí)現(xiàn)所有微命令的邏輯表達(dá)式的邏輯電路結(jié)合起來(lái)可得到微命令發(fā)生器。優(yōu)點(diǎn)：速度快。缺點(diǎn)：控制單元構(gòu)成后無(wú)法增加新功能。1.組合邏輯型微程序控制器：把微操作信號(hào)代碼化，使每條機(jī)器指令轉(zhuǎn)化成為一段微程序存放在控制存儲(chǔ)器中，微操作控制信號(hào)由微程序中的指令產(chǎn)生。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)規(guī)整，調(diào)試、維修以及更改、擴(kuò)充指令方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化設(shè)計(jì)。缺點(diǎn)：指令的執(zhí)行速度相對(duì)較慢。2.存儲(chǔ)邏輯型PLA（可編程邏輯陣列）控制器：一種可編程的組合邏輯控制器；某一微操作控制信號(hào)由PLA的某一輸出函數(shù)產(chǎn)生。PLA控制器前兩種技術(shù)，克服了兩者的缺點(diǎn)3.組合邏輯和存儲(chǔ)邏輯結(jié)合型6.3時(shí)序系統(tǒng)與控制方式時(shí)序系統(tǒng)是控制器的心臟，其功能是為指令的執(zhí)行提供各種定時(shí)信號(hào)。時(shí)序系統(tǒng)控制每一階段在什么時(shí)間段完成，每一步在什么時(shí)刻進(jìn)行。1.指令周期和機(jī)器周期指令周期是指從取指令、分析取數(shù)到執(zhí)行完該指令所需的全部時(shí)間。不同指令的指令周期不盡相同。機(jī)器周期(CPU周期)：1指令周期

N機(jī)器周期(每個(gè)機(jī)器周期完成一個(gè)基本操作)。取指周期、取數(shù)周期、執(zhí)行周期、中斷周期等。6.3.1時(shí)序系統(tǒng)不同的指令周期中所包含的機(jī)器周期數(shù)也不盡相同。一條指令所需的最短時(shí)間為兩個(gè)機(jī)器周期：取指周期和執(zhí)行周期。1.指令周期和機(jī)器周期（續(xù)）1機(jī)器周期----N微操作，微操作有些可并行有些需串行。1機(jī)器周期----N個(gè)相等時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)一個(gè)節(jié)拍電位信號(hào)。

節(jié)拍的寬度（節(jié)拍時(shí)間的長(zhǎng)短）取決于CPU完成一次微操作的時(shí)間。不同機(jī)器周期的節(jié)拍數(shù)也不同。2.節(jié)拍一個(gè)機(jī)器周期應(yīng)有多少個(gè)節(jié)拍？一個(gè)機(jī)器周期的節(jié)拍數(shù)的選取方法：⑴統(tǒng)一節(jié)拍法以最復(fù)雜的機(jī)器周期為準(zhǔn)定出節(jié)拍數(shù)。特點(diǎn)：所有的機(jī)器周期長(zhǎng)度都是相等的，稱(chēng)為定長(zhǎng)CPU周期。⑵分散節(jié)拍法按照機(jī)器周期的實(shí)際需要安排節(jié)拍數(shù)，避免浪費(fèi)，提高時(shí)間利用率。各機(jī)器周期長(zhǎng)度不同，稱(chēng)為不定長(zhǎng)CPU周期⑶延長(zhǎng)節(jié)拍法在照顧多數(shù)機(jī)器周期要求的情況下，選取適當(dāng)?shù)墓?jié)拍數(shù)，作為基本節(jié)拍。如果在某個(gè)機(jī)器周期在基本節(jié)拍內(nèi)無(wú)法完成全部微操作，則延長(zhǎng)一或兩個(gè)節(jié)拍。⑷時(shí)鐘周期插入不設(shè)置節(jié)拍，直接使用時(shí)鐘周期信號(hào)。1機(jī)器周期----N時(shí)鐘周期（N取決于機(jī)器周期內(nèi)微操作的數(shù)目及相應(yīng)功能部件的速度）。一個(gè)機(jī)器周期的基本時(shí)鐘周期數(shù)確定之后，還可以不斷插入等待時(shí)鐘周期。節(jié)拍中執(zhí)行的有些微操作有時(shí)會(huì)需要脈沖信號(hào)來(lái)觸發(fā)一些硬件進(jìn)行工作1節(jié)拍----N工作脈沖。3.工作脈沖小型機(jī)常采用機(jī)器周期、節(jié)拍、工作脈沖三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)1機(jī)器周期----N節(jié)拍1節(jié)拍----N脈沖。機(jī)器周期間、節(jié)拍電位間、工作脈沖間是一個(gè)接一個(gè)的準(zhǔn)確連接。4.多級(jí)時(shí)序系統(tǒng)三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)圖6-6三級(jí)時(shí)序系統(tǒng)1.同步控制方式各項(xiàng)操作都由統(tǒng)一的時(shí)序信號(hào)控制，在每個(gè)機(jī)器周期中產(chǎn)生統(tǒng)一數(shù)目的節(jié)拍電位和工作脈沖。以最復(fù)雜指令的操作時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)：對(duì)簡(jiǎn)單指令來(lái)說(shuō)浪費(fèi)時(shí)間，影響執(zhí)行速度時(shí)序由控制器統(tǒng)一發(fā)出，稱(chēng)為集中控制方式或中央控制方式。6.3.2CPU對(duì)時(shí)序的控制方式根據(jù)指令或部件的具體情況決定時(shí)序信號(hào)，需要多少時(shí)間，就占用多少時(shí)間。由“結(jié)束－起始”信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)各操作之間的銜接。前一項(xiàng)操作“結(jié)束”信號(hào)或下一項(xiàng)操作“準(zhǔn)備好”信號(hào)作為下一項(xiàng)操作的起始信號(hào)。2.異步控制方式優(yōu)點(diǎn)：采用不同時(shí)序，沒(méi)有時(shí)間上的浪費(fèi)，因而提高了機(jī)器的效率缺點(diǎn)：控制比較復(fù)雜。沒(méi)有統(tǒng)一的時(shí)鐘，由各功能部件本身產(chǎn)生各自的時(shí)序信號(hào)自我控制，故又稱(chēng)為分散控制方式或局部控制方式。2.異步控制方式（續(xù)）同步控制和異步控制相結(jié)合的方式。在功能部件內(nèi)部采用同步方式，在功能部件之間采用異步方式。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)大多數(shù)是采用聯(lián)合控制方式。3.聯(lián)合控制方式1.取指令階段將現(xiàn)行指令從主存中取出并送至IR中去。①將程序計(jì)數(shù)器（PC）中的內(nèi)容送至MAR，并送地址總線(xiàn)。②由CU向存儲(chǔ)器發(fā)讀命令。③從主存中取出的指令通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)送到MDR。④將MDR的內(nèi)容送至指令寄存器（IR）中。⑤PC+“1”6.3.3指令運(yùn)行的基本過(guò)程取指周期的工作流程IR中的操作碼將被送入指令譯碼器ID，識(shí)別和區(qū)分出指令類(lèi)型分析取數(shù)，以獲取操作數(shù)。由于各指令尋址方式不同，所以分析取數(shù)階段的操作是各不相同的。2.分析取數(shù)階段完成指令規(guī)定的各種操作，形成穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)果，并將其存儲(chǔ)起來(lái)。這段時(shí)間時(shí)間稱(chēng)為執(zhí)行周期?！镉?jì)算機(jī)的基本工作過(guò)程：取指令、取數(shù)、執(zhí)行指令，再取下一條指令……直至遇到停機(jī)指令或外來(lái)的干預(yù)。3.執(zhí)行階段控制器在執(zhí)行一條指令時(shí)，會(huì)把它分解成為一系列時(shí)間上先后有序的最基本、最簡(jiǎn)單的微操作，即微操作序列。微操作序列的形成是與CPU的內(nèi)部數(shù)據(jù)通路密切相關(guān)的，不同的數(shù)據(jù)通路就有不同的微操作序列。6.3.4指令的微操作序列CPU的數(shù)據(jù)通路微操作信號(hào)：各部件名加下標(biāo)in表示該部件的接收控制信號(hào)（輸入開(kāi)門(mén)信號(hào)）；下標(biāo)out即該部件的發(fā)送控制信號(hào)（輸出開(kāi)門(mén)信號(hào)）。用R0中保存的地址在主存中取得一個(gè)操作數(shù)，再與R1中的內(nèi)容相加，最后結(jié)果送回主存：((R0))＋(R1)→(R0)1.加法指令A(yù)DD@R0,R1寄存器間接尋址寄存器尋址⑴取指周期取指周期的微操作序列是公共的操作。①PCout和MARin有效，PC中內(nèi)容送至MAR；②通過(guò)控制總線(xiàn)向主存發(fā)讀命令Read；③存儲(chǔ)器通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將MAR所指單元的內(nèi)容（指令）送至MDR；④MDRout和IRin有效，將MDR的內(nèi)容送至IR。指令操作碼字段開(kāi)始控制CU。⑤PC內(nèi)容加1。1.加法指令A(yù)DD@R0,R1（續(xù)）⑵取數(shù)周期取操作數(shù)：被加數(shù)在主存中，加數(shù)在R1中。①R0out和MARin有效，將被加數(shù)地址送至MAR②向主存發(fā)讀命令，記作Read；③存儲(chǔ)器通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)將MAR所指單元的內(nèi)容送至MDR，同時(shí)MDRout和Yin有效；1.加法指令A(yù)DD@R0,R1（續(xù)）⑶執(zhí)行周期完成加法運(yùn)算，結(jié)果寫(xiě)回主存。①R1out和ALUin有效，同時(shí)CU向ALU發(fā)“ADD”控制信號(hào)，R1的內(nèi)容和Y的內(nèi)容相加，結(jié)果送寄存器Z；②Zout和MDRin有效，將運(yùn)算結(jié)果送MDR。③向主存發(fā)寫(xiě)命令。1.加法指令A(yù)DD@R0,R1（續(xù)）條件轉(zhuǎn)移指令，若上次運(yùn)算結(jié)果有進(jìn)位（C=1），就轉(zhuǎn)移；無(wú)進(jìn)位（C=0），就順序執(zhí)行。設(shè)A為位移量，轉(zhuǎn)移地址等于PC的內(nèi)容加位移量。相應(yīng)的微操作序列如下：⑴取指周期與上條指令的微操作序列完全相同。2.轉(zhuǎn)移指令JCA⑵執(zhí)行周期如果PSWR中的C位為1，則(PC)+A→PC：①PCout和Yin有效，(PC)→Y；②AdIRout和ALUin有效，同時(shí)CU向ALU發(fā)“ADD”信號(hào)，使Ad(IR)+Y→Z；③Zout和PCin有效，將運(yùn)算結(jié)果送寄存器PC。如果PSWR中的C位為0，則PC+“1”2.轉(zhuǎn)移指令JCA（續(xù)）將微操作控制信號(hào)按一定規(guī)則代碼化為微指令，并按時(shí)間先后排列起來(lái)構(gòu)成微程序，存放在控制存儲(chǔ)器（CM）中。6.4微程序控制原理1.微程序設(shè)計(jì)的原理一條機(jī)器指令可以分解為許多基本的微命令。微命令按序列執(zhí)行。6.4.1微程序控制的基本概念⑴微命令和微操作微命令：控制部件向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令(如打開(kāi)某個(gè)控制門(mén))微操作：最基本的、不可再分解的操作。微命令和微操作是一一對(duì)應(yīng)的。兼容性微命令、互斥性微命令。2.基本術(shù)語(yǔ)⑵微指令、微地址微指令(控制字)：控存中的一個(gè)單元的內(nèi)容微地址：存放控制字的控存單元地址一條微指令包含兩部分：①操作控制字段：產(chǎn)生某操作所需的各微操作控制信號(hào)；②順序控制字段：產(chǎn)生下一條微指令地址。垂直型微指令、水平型微指令⑶微周期

讀取并執(zhí)行一條微指令所需的全部時(shí)間。⑷微程序一系列微指令的有序集合就是微程序。每一條機(jī)器指令都對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。微程序和程序的區(qū)別：由計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)者編制，存在控存中不可修改。對(duì)程序員透明。由軟件設(shè)計(jì)人員編制，存在主存或輔存中。操作控制字段的編碼方法。各類(lèi)計(jì)算機(jī)采用不同的微指令編碼法：大型機(jī)強(qiáng)調(diào)速度，要求譯碼快微、小型機(jī)強(qiáng)調(diào)低成本，要求微指令字長(zhǎng)短中型機(jī)介于上兩者之間6.4.2微指令編碼法“操作控制字段”位數(shù)=微命令種類(lèi)。某位為“1”表示相應(yīng)微命令有效，“0”表示無(wú)效。操作控制字段中的各位可直接控制計(jì)算機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并行性強(qiáng)，操作速度快缺點(diǎn)：微指令字太長(zhǎng)。而且許多微命令是不允許并行操作，不必安排在一條微指令中。1.直接控制法（不譯碼法）“操作控制字段”位數(shù)≥log2N(微命令總數(shù))，使微指令字最短。優(yōu)點(diǎn)：微指令字長(zhǎng)最短缺點(diǎn)：需要微命令譯碼器譯碼，只能產(chǎn)生一個(gè)微命令，并行性低，微程序長(zhǎng)2.最短編碼法將操作控制字段分為若干個(gè)小段，段內(nèi)采用最短編碼法，段與段之間采用直接控制法。3.字段編碼法分段原則：①互斥性的微命令分在同一段內(nèi)，兼容性的微命令分在不同段內(nèi)。②控制每段的信息位數(shù)，以簡(jiǎn)化譯碼線(xiàn)路和時(shí)間③全0表示本字段不發(fā)出任何微命令。3.字段編碼法（續(xù)）1.微程序控制器的基本組成6.4.3微程序控制器的組成和工作過(guò)程存放微程序接收微地址，以便找出相應(yīng)的微指令存放從CM中取出的微指令用來(lái)產(chǎn)生初始微地址和后繼微地址①執(zhí)行取指令公共操作(取指微程序)。所有指令的取指令操作都是一樣的步驟：自動(dòng)將取指微程序的入口微地址

MAR

CM,讀出相應(yīng)的微指令

IR。操作控制字段

微命令。取指微程序的入口地址一般為CM的0號(hào)單元執(zhí)行結(jié)果：將機(jī)器指令從主存中取出放入IR中2.微程序控制器的工作過(guò)程②指令的操作碼字段經(jīng)微地址形成部件產(chǎn)生該指令對(duì)應(yīng)的微程序入口地址，送入

MAR。③從CM中逐條取出對(duì)應(yīng)的微指令并執(zhí)行之。④執(zhí)行完該指令對(duì)應(yīng)的微程序后，又重返第①步，執(zhí)行取下一條指令的公共操作。以上便是一條指令的執(zhí)行過(guò)程。2.微程序控制器的工作過(guò)程（續(xù)）一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。公用的微程序：指令執(zhí)行時(shí)的某些操作是相同的，如取指周期、間址周期和中斷周期，可統(tǒng)一編寫(xiě)出相應(yīng)的公共微程序。控制存儲(chǔ)器中的微程序個(gè)數(shù)=機(jī)器指令數(shù)+公用的微程序數(shù)。3.機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微程序入口地址：微程序的初始微地址公用的取指微程序入口地址自動(dòng)可知。各個(gè)微程序的入口地址由機(jī)器指令的操作碼字段指出。6.4.4微程序入口地址的形成1.增量方式（順序－轉(zhuǎn)移型微地址）順序執(zhí)行：+“1”轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)子：由順序控制字段決定。需要微程序計(jì)數(shù)器

PC(

MAR)完成+“1”操作優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，編制微程序容易，每個(gè)微程序一般安排在CM的連續(xù)單元中缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)兩路以上的并行微程序轉(zhuǎn)移。6.4.5后繼微地址的形成后繼微地址可由微程序設(shè)計(jì)者指定，或者根據(jù)微指令所規(guī)定的測(cè)試結(jié)果決定后繼微地址的全部或部分值。順序控制字段一般由兩部分組成：非測(cè)試段由設(shè)計(jì)者指定測(cè)試段通過(guò)判斷其值決定地址。測(cè)試段位數(shù)決定后繼微地址的分支數(shù)。2.斷定方式1.微程序設(shè)計(jì)方法★設(shè)計(jì)宗旨：盡量縮短微指令字長(zhǎng)，減少微程序長(zhǎng)度，提高微程序的執(zhí)行速度。（1）水平型微指令及水平型微程序設(shè)計(jì)水平型微指令可并行執(zhí)行多個(gè)微命令。優(yōu)點(diǎn)：并行度高，執(zhí)行時(shí)間短，微程序長(zhǎng)度短缺點(diǎn)：微指令字較長(zhǎng)，增加了控存的橫向容量，不容易掌握其編程。6.4.6微程序設(shè)計(jì)（2）垂直型微指令及垂直型微程序設(shè)計(jì)垂直型微指令一次只能執(zhí)行一個(gè)微命令。優(yōu)點(diǎn)：微指令字短，容易掌握其編程。缺點(diǎn)：并行能力差，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)，微程序長(zhǎng)度長(zhǎng)（3）混合型微指令綜合垂直型微指令和水平型微指令。字長(zhǎng)不太長(zhǎng)，具有一定得并行操作能力。2.微指令的運(yùn)行方式取微指令，譯碼，執(zhí)行微指令。（1）串行執(zhí)行方式取微指令與執(zhí)行微指令順序進(jìn)行。CM和數(shù)據(jù)通路不并行工作。微周期較長(zhǎng)，控制簡(jiǎn)單，硬件少（后續(xù)地址）（2）并行執(zhí)行方式取微指令與執(zhí)行微指令重疊進(jìn)行。在執(zhí)行本條微指令時(shí)，可預(yù)取下一條微指令。微周期較短，控制較復(fù)雜?？刂浦噶顖?zhí)行的方式：順序方式、重疊方式、先行控制及流水線(xiàn)控制方式。順序方式：各條機(jī)器指令之間順序串行的執(zhí)行，一條指令執(zhí)行完方可取下一條指令。6.6流水線(xiàn)技術(shù)指令的執(zhí)行過(guò)程可以分為3個(gè)階段：取指、分析、執(zhí)行。一次重疊：“取指K+1”和“執(zhí)行K”在時(shí)間上的重疊。二次重疊：使“取指K+2”、“分析K+1”和“執(zhí)行K”重疊起來(lái)。6.6.1重疊控制重疊控制方式不同指令的“分析”與“執(zhí)行”時(shí)間并非始終相等取指取指取指取指取指執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行執(zhí)行分析分析分析分析分析（a）一次重疊（b）二次重疊KKK+1K+1K+2“分析”和“執(zhí)行”需時(shí)各不相等。先行控制的目的：使各部件能連續(xù)地工作。6.6.2先行控制原理流水處理技術(shù)是更高程度上的重疊。1.流水線(xiàn)1復(fù)雜處理過(guò)程

m個(gè)子過(guò)程每個(gè)子過(guò)程由一個(gè)獨(dú)立的功能部件來(lái)完成