西電計(jì)算機(jī)組成原理26

1、1CPU的功能與結(jié)構(gòu)n簡化的單總線結(jié)構(gòu)的簡化的單總線結(jié)構(gòu)的CPU內(nèi)部控制信號內(nèi)部控制信號圖圖6.2 單總線數(shù)據(jù)通路單總線數(shù)據(jù)通路CPU內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖寄存器組寄存器組R0Rn-1SPDRARPCIRCPU內(nèi)部總線內(nèi)部總線ALUPSW移位寄存器移位寄存器求補(bǔ)器求補(bǔ)器算術(shù)、布爾算術(shù)、布爾邏輯邏輯暫存器暫存器Y暫存器暫存器ZABCBDB控制器控制器CU2微操作 二、微操作流程二、微操作流程1. 時(shí)序信號的產(chǎn)生時(shí)序信號的產(chǎn)生 ( (1) )節(jié)拍周期信號的產(chǎn)生節(jié)拍周期信號的產(chǎn)生n狀態(tài)利用率高狀態(tài)利用率高n需要采取措施消除競爭冒險(xiǎn)需要采取措施消除競爭冒險(xiǎn)3微操作 二、微操作流程二、微操作流程1. 時(shí)序

2、信號的產(chǎn)生時(shí)序信號的產(chǎn)生 ( (1) )節(jié)拍周期信號的產(chǎn)生節(jié)拍周期信號的產(chǎn)生n沒有競爭冒險(xiǎn)問題沒有競爭冒險(xiǎn)問題n狀態(tài)利用率低狀態(tài)利用率低4微操作 二、微操作流程二、微操作流程5微操作6微操作西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)中央處理器(CPU)微程序控制器設(shè)計(jì)微程序控制器設(shè)計(jì)8微程序控制原理n指導(dǎo)思想：用軟件方法組織和控制數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的指導(dǎo)思想：用軟件方法組織和控制數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的信息傳送，并最終用硬件實(shí)現(xiàn)。信息傳送，并最終用硬件實(shí)現(xiàn)。n基本思想：依據(jù)基本思想：依據(jù)微程序微程序順序產(chǎn)生一條指令執(zhí)行時(shí)所順序產(chǎn)生一條指令執(zhí)行時(shí)所需的全部控制信號。需的全部控制信號。n相當(dāng)于把控制信號存儲起

3、來，因此又稱相當(dāng)于把控制信號存儲起來，因此又稱存儲控制邏存儲控制邏輯方法輯方法。一、微程序控制基本思想一、微程序控制基本思想9微程序控制原理n對在一個(gè)時(shí)間單位（節(jié)拍）內(nèi)出現(xiàn)的一組對在一個(gè)時(shí)間單位（節(jié)拍）內(nèi)出現(xiàn)的一組微操作微操作進(jìn)進(jìn)行行描述描述的語句稱作的語句稱作微指令微指令（microinstruction）。）。n一個(gè)一個(gè)微指令序列微指令序列稱作稱作微程序微程序（microprogram）或）或固固件件（firmware）。）。n通過一組通過一組微指令微指令產(chǎn)生的產(chǎn)生的控制信號控制信號，使一條指令中的，使一條指令中的所有所有微操作微操作得以實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)一條得以實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)一條指令指令的功

4、能。的功能。n指令、微程序、微指令的關(guān)系：指令、微程序、微指令的關(guān)系：二、微指令二、微指令T1： 微操作微操作1（命令（命令1，命令，命令2，） 微操作微操作2（命令（命令1，命令，命令2） Tj： 微操作微操作i（命令（命令1，命令，命令2，） Tm：微操作：微操作n（命令（命令1）一一條條機(jī)機(jī)器器指指令令一一個(gè)個(gè)微微程程序序微指令微指令j微指令微指令m微指令微指令110微程序控制原理n一條（機(jī)器）指令對應(yīng)一個(gè)一條（機(jī)器）指令對應(yīng)一個(gè)微程序微程序，該微程序包含，該微程序包含從取指令到執(zhí)行指令一個(gè)從取指令到執(zhí)行指令一個(gè)完整微操作序列完整微操作序列對應(yīng)的全對應(yīng)的全部部微指令微指令，它被存入一個(gè)稱

5、為，它被存入一個(gè)稱為控制存儲器控制存儲器（control memory）的）的ROM中。中。n在控制存儲器中存放著指令系統(tǒng)中定義的所有指令在控制存儲器中存放著指令系統(tǒng)中定義的所有指令的微程序。的微程序。n微指令周期微指令周期：一條微指令執(zhí)行的時(shí)間（包括從控制：一條微指令執(zhí)行的時(shí)間（包括從控制存儲器中存儲器中取得微指令取得微指令和和執(zhí)行微指令執(zhí)行微指令所用時(shí)間）。所用時(shí)間）。n微指令的一般格式：微指令的一般格式：二、微指令二、微指令地址域地址域控制域控制域生成下條微指令地址生成下條微指令地址產(chǎn)生控制信號產(chǎn)生控制信號11下一地址及控制下一地址及控制read指令寄存器指令寄存器譯碼器譯碼器1微地址寄

6、存器微地址寄存器微指令寄存器微指令寄存器控制存儲器控制存儲器譯碼器譯碼器2時(shí)序時(shí)序邏輯邏輯狀態(tài)狀態(tài)時(shí)鐘時(shí)鐘控制單元控制單元CPU內(nèi)部內(nèi)部控制信號控制信號到系統(tǒng)總到系統(tǒng)總線的控制線的控制信號信號圖圖6.11 微程序控制器的一般結(jié)構(gòu)微程序控制器的一般結(jié)構(gòu)微程序控制原理三、三、微程序控制器微程序控制器的的 一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)和和 工作原理工作原理12微程序控制原理n控制存儲器（控制存儲器（CM）l指令長度指令長度l微程序占用的存儲單元數(shù)微程序占用的存儲單元數(shù)n微指令寄存器微指令寄存器 IR、微地址寄存器、微地址寄存器 ARn時(shí)序邏輯時(shí)序邏輯l依據(jù)時(shí)鐘按節(jié)拍為控制存儲器提供讀出控制信號。依據(jù)時(shí)鐘按節(jié)拍為

7、控制存儲器提供讀出控制信號。l在微程序運(yùn)行時(shí)依據(jù)在微程序運(yùn)行時(shí)依據(jù)CPU內(nèi)外狀態(tài)（內(nèi)外狀態(tài)（ALU標(biāo)志、中斷請標(biāo)志、中斷請求、求、DMA請求等）和當(dāng)前微指令地址域的信息生成下一請求等）和當(dāng)前微指令地址域的信息生成下一條微指令地址，并將其裝入到微地址寄存器中。條微指令地址，并將其裝入到微地址寄存器中。三、三、微程序控制器微程序控制器的的一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)和和工作原理工作原理13微程序控制原理n微程序控制器微程序控制器在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成如下工作：在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成如下工作：l時(shí)序邏輯電路時(shí)序邏輯電路給給控制存儲器控制存儲器發(fā)出發(fā)出read命令；命令；l從微地址寄存器從微地址寄存器 AR指定的控存

8、單元指定的控存單元讀出微指讀出微指令令，送入微指令寄存器，送入微指令寄存器 IR；l根據(jù)微指令寄存器的內(nèi)容，產(chǎn)生根據(jù)微指令寄存器的內(nèi)容，產(chǎn)生控制信號控制信號，給，給時(shí)序邏輯提供下條時(shí)序邏輯提供下條微地址信息微地址信息；時(shí)序邏輯根據(jù)來自微指令寄存器的下條微地址時(shí)序邏輯根據(jù)來自微指令寄存器的下條微地址信息和信息和CPU內(nèi)外狀態(tài)，給微地址寄存器加載一內(nèi)外狀態(tài)，給微地址寄存器加載一個(gè)新的個(gè)新的微地址微地址。三、三、微程序控制器微程序控制器的的一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)和和工作原理工作原理14微指令設(shè)計(jì)n微指令的一般格式：微指令的一般格式：l地址域：決定如何取得微指令地址域：決定如何取得微指令l控制域：微指令的執(zhí)

9、行控制域：微指令的執(zhí)行n設(shè)計(jì)微指令需要從兩方面考慮：設(shè)計(jì)微指令需要從兩方面考慮：l微指令的微指令的長度長度 減少控制器占減少控制器占CPU集成芯片的面積集成芯片的面積l微指令的微指令的執(zhí)行時(shí)間執(zhí)行時(shí)間 提高提高CPU的工作速度的工作速度15微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成n下一條微指令的地址有三種可能：下一條微指令的地址有三種可能：l由由指令寄存器指令寄存器確定的微程序首地址：確定的微程序首地址：每一個(gè)指令周期僅出現(xiàn)一次，且僅出現(xiàn)在剛剛獲每一個(gè)指令周期僅出現(xiàn)一次，且僅出現(xiàn)在剛剛獲取一條指令之后。取一條指令之后。l下一條下一條順序順序地址地址下一條微指令地址下一條微指令地址當(dāng)

10、前微指令地址當(dāng)前微指令地址1l分支跳轉(zhuǎn)分支跳轉(zhuǎn)地址地址u無條件無條件和和條件條件跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)兩分支兩分支和和多分支多分支跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)l兩地址格式（斷定方式）兩地址格式（斷定方式）l單地址格式（計(jì)數(shù)方式，增量方式）單地址格式（計(jì)數(shù)方式，增量方式）l可變格式可變格式16微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成圖圖6.12 兩地址格式的分支控制邏輯兩地址格式的分支控制邏輯條件選擇條件選擇CM AR控制域控制域地址地址1 地址地址2AC IR分支分支邏輯邏輯多路選擇器多路選擇器KIR狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志地址地址選擇選擇微程序首地址微程序首地址跳轉(zhuǎn)地址跳轉(zhuǎn)地址順序地址順序地址1. 兩地址格式兩地址格式（

11、斷定方式）（斷定方式）17微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成圖圖6.13 單地址格式的分支控制邏輯單地址格式的分支控制邏輯分支控制分支控制CM PC控制域控制域地址地址AC IR分支分支邏輯邏輯多路選擇器多路選擇器KIR狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志加載加載分支分支地址地址微程序首地址微程序首地址跳轉(zhuǎn)地址跳轉(zhuǎn)地址加加1復(fù)位復(fù)位2. 單地址格式單地址格式（計(jì)數(shù)方式，（計(jì)數(shù)方式，增量方式）增量方式）l硬件代價(jià)極低硬件代價(jià)極低l PC利用率高利用率高l微指令長度被有效地縮短微指令長度被有效地縮短18微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成3. 可變格式可變格式n使任何微指令執(zhí)行時(shí)不存

12、在無用信息：讓微指令在使任何微指令執(zhí)行時(shí)不存在無用信息：讓微指令在順序執(zhí)行時(shí)只提供控制信號的產(chǎn)生，需要分支時(shí)再順序執(zhí)行時(shí)只提供控制信號的產(chǎn)生，需要分支時(shí)再提供跳轉(zhuǎn)地址。提供跳轉(zhuǎn)地址。 可變格式可變格式微指令微指令n兩種微指令格式兩種微指令格式l控制微指令控制微指令S0l轉(zhuǎn)移微指令轉(zhuǎn)移微指令S1n控制存儲器存儲單元的位數(shù)控制存儲器存儲單元的位數(shù)L應(yīng)設(shè)計(jì)為：應(yīng)設(shè)計(jì)為：LmaxLc，LjLc 控制微指令長度，控制微指令長度，Lj轉(zhuǎn)移微指令長度轉(zhuǎn)移微指令長度標(biāo)識標(biāo)識S控制域控制域標(biāo)識標(biāo)識S分支控制分支控制地址字段地址字段19微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成圖圖6.14 可變格式的分

13、支控制邏輯可變格式的分支控制邏輯（設(shè)（設(shè)S=0，控制指令；，控制指令；S=1，跳轉(zhuǎn)指令），跳轉(zhuǎn)指令）S=1CM PC控制域控制域/地址域地址域S IR分支分支邏輯邏輯多路選擇器多路選擇器KIR狀態(tài)標(biāo)志狀態(tài)標(biāo)志加載加載分支分支地址地址微程序首地址微程序首地址跳轉(zhuǎn)地址跳轉(zhuǎn)地址加加1復(fù)位復(fù)位門門譯碼器譯碼器分支控制分支控制ACS=03. 可變格式可變格式20微指令設(shè)計(jì) 一、微指令一、微指令地址地址的生成的生成4. 三種地址域格式的比較三種地址域格式的比較n兩地址格式兩地址格式l分支邏輯較簡單，下條微指令地址可以快速生成分支邏輯較簡單，下條微指令地址可以快速生成l地址域較長，微指令較長，控存單元需要較

14、多的位數(shù)地址域較長，微指令較長，控存單元需要較多的位數(shù)n單地址格式單地址格式l減少了指令的長度，控制存儲器的容量大為減小減少了指令的長度，控制存儲器的容量大為減小l微程序計(jì)數(shù)器加微程序計(jì)數(shù)器加1的速度決定了順序地址產(chǎn)生的時(shí)間的速度決定了順序地址產(chǎn)生的時(shí)間n可變格式可變格式l長度最短，要求控存單元的位數(shù)最少長度最短，要求控存單元的位數(shù)最少l專用的跳轉(zhuǎn)微指令：微程序的長度增加，控存單元數(shù)量增專用的跳轉(zhuǎn)微指令：微程序的長度增加，控存單元數(shù)量增加，機(jī)器指令執(zhí)行時(shí)間增長加，機(jī)器指令執(zhí)行時(shí)間增長l下條微指令地址的生成時(shí)間與單地址格式基本一致下條微指令地址的生成時(shí)間與單地址格式基本一致21微指令設(shè)計(jì) 二、微

15、指令二、微指令控制域控制域編碼編碼n水平型微指令（水平型微指令（horizontal microinstruction）多個(gè)控制信號同時(shí)有效多個(gè)控制信號同時(shí)有效 多個(gè)微操作同時(shí)發(fā)生。多個(gè)微操作同時(shí)發(fā)生。n垂直型微指令（垂直型微指令（vertical microinstruction）類似于機(jī)器指令，利用微操作碼的不同編碼來表示類似于機(jī)器指令，利用微操作碼的不同編碼來表示不同的微操作功能。不同的微操作功能。22微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼( (1) ) 直接表示法直接表示法l可以在同一個(gè)時(shí)間有效的控制信號稱為可以在同一個(gè)時(shí)間有效的控制信號稱為相容信號相容信號，具有具有相容

16、性相容性；l不能在同一個(gè)時(shí)間有效的控制信號稱為不能在同一個(gè)時(shí)間有效的控制信號稱為互斥信號互斥信號，具有具有互斥性互斥性。1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼下一微地址下一微地址控制信號控制信號控制域控制域圖圖6.15 直接表示法直接表示法23微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼( (2) ) 譯碼法譯碼法l采用編碼的方法表示控制信號。采用編碼的方法表示控制信號。l可以極大地縮短可以極大地縮短微指令控制域微指令控制域的長度。的長度。l各控制信號需要通過不同的各控制信號需要通過不同的微指令微指令在不同在不同時(shí)間時(shí)間來來產(chǎn)生，所以各控制信號是產(chǎn)生，所以各控制信號是相

17、斥相斥的，這也被稱為的，這也被稱為垂垂直編碼直編碼。l不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)拍提供多個(gè)控制信號的任務(wù)，從不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)拍提供多個(gè)控制信號的任務(wù)，從而使指令周期的節(jié)拍數(shù)增多，微程序中包含的微而使指令周期的節(jié)拍數(shù)增多，微程序中包含的微指令數(shù)量增多，（機(jī)器）指令執(zhí)行時(shí)間增長。指令數(shù)量增多，（機(jī)器）指令執(zhí)行時(shí)間增長。1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼24微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼( (3) ) 字段譯碼法（字段編碼）字段譯碼法（字段編碼）將控制域分為若干字段，將控制域分為若干字段，字段內(nèi)字段內(nèi)垂直編碼垂直編碼，

18、字段間字段間水水平編碼平編碼。F互斥互斥的信號放在的信號放在同一字段同一字段F相容相容的信號放在的信號放在不同字段不同字段l若各字段的編碼相互獨(dú)立，則通過各字段獨(dú)立譯若各字段的編碼相互獨(dú)立，則通過各字段獨(dú)立譯碼就可以獲得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部控制信號，這被碼就可以獲得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的全部控制信號，這被稱作稱作直接譯碼直接譯碼方式。方式。l若某些字段的編碼相互關(guān)聯(lián)，則關(guān)聯(lián)字段要通過若某些字段的編碼相互關(guān)聯(lián)，則關(guān)聯(lián)字段要通過兩級譯碼才能獲得相關(guān)的控制信號，這被稱作兩級譯碼才能獲得相關(guān)的控制信號，這被稱作間間接譯碼接譯碼方式。方式。25 字段字段 字段字段 字段字段譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器控制信號

19、控制信號（a）直接譯碼）直接譯碼 字段字段 字段字段 字段字段譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器譯碼器控制信號控制信號（b）間接譯碼）間接譯碼圖圖6.16 字段譯碼法字段譯碼法微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼( (3) ) 字段譯碼法字段譯碼法（字段編碼）（字段編碼）26微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼( (3) ) 字段譯碼法（字段編碼）字段譯碼法（字段編碼）l每個(gè)字段中要設(shè)計(jì)一個(gè)無效控制信號的編碼每個(gè)字段中要設(shè)計(jì)一個(gè)無效控制信號的編碼l

20、若控制域的某字段有若控制域的某字段有m位，則可以提供位，則可以提供2m-1個(gè)控個(gè)控制信號的編碼制信號的編碼l字段組織的有效方法：字段組織的有效方法：p按按功能功能組織：把功能類同的各控制信號放在同組織：把功能類同的各控制信號放在同一字段中。一字段中。p按按資源資源組織：把加載到同一部件上的各控制信組織：把加載到同一部件上的各控制信號放在同一字段中。號放在同一字段中。27微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼按功能按功能按功能按功能按資源按資源按資源按資源按功能按功能/資源資源按資源按資源按資源按資源字段字段1(4位位)字段字段

21、2(4位位)字段字段3(2位位)字段字段4(3位位)字段字段5(4位位)字段字段6(2位位)字段字段7(2位位)字段字段8NOP 0000R0in 0001R1in 0010R7in 1000IR in 1001Yin 1010ARin 1011DRIin 1100DRSin 1101NOP 0000R0out 0001R1out 0010R7out 1000IRout 1001Zout 1010ARout 1011DRIout 1100DRSout 1101NOP 00PCin 01PCout 10PC+1 11NOP 000SPin 001SPout 010SP+1 011SP-1 100

22、NOP 0000ADD 0001SUB 0010AND 0011OR 0100SHL 0101SHR 0110ROL 0111ROR 1000NOP 00Mread 01Mwrite 10NOP 00IOread 01IOwrite 10其他其他信號信號*NOP為無效控制信號為無效控制信號表表6.1 一種控制域一種控制域字段的組織和編碼字段的組織和編碼 (3) 字段譯碼法（字段編碼）字段譯碼法（字段編碼）28微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼按功能按功能按功能按功能按功能按功能/資源資源按資源按資源字段字段1( (4位位)

23、 )字段字段2( (4位位) )字段字段3( (4位位) )字段字段4( (3位位) )字段字段5NOP 0000R0in 0001R1in 0010R7in 1000IR in 1001Yin 1010ARin 1011DRIin 1100DRSin 1101PCin 1110SPin 1111NOP 0000R0out 0001R1out 0010R7out 1000IRout 1001Zout 1010ARout 1011DRIout 1100DRSout 1101PCout 1110SPout 1111NOP 0000ADD 0001SUB 0010AND 0011OR 0100SHL

24、 0101SHR 0110ROL 0111ROR 1000PC+1 1001SP+1 1010SP-1 1011NOP 000Mread 001Mwrite 010IOread 011IOwrite 100其他信號其他信號*NOP為無效控制信號為無效控制信號表表6.2 優(yōu)化后的優(yōu)化后的字段組織和編碼字段組織和編碼 (3) 字段譯碼法（字段編碼）字段譯碼法（字段編碼）29微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼1. 水平型微指令控制域的編碼水平型微指令控制域的編碼( (3) ) 字段譯碼法（字段編碼）字段譯碼法（字段編碼）也可以對也可以對字段字段進(jìn)行進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，使一個(gè)域用于

25、解釋另，使一個(gè)域用于解釋另一個(gè)域。一個(gè)域。字段字段i( (2位位) )字段字段i+1( (2位位) )NOP 00算術(shù)算術(shù) 01邏輯邏輯 10移位移位 11ADD 00SUB 01AND 00OR 01SHL 00SHR 01ROL 10ROR 11表表6.3 采用間接譯碼方式的字段編碼采用間接譯碼方式的字段編碼 30微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼n采用與機(jī)器指令相似的格式采用與機(jī)器指令相似的格式l微操作碼：指示作何種微操作微操作碼：指示作何種微操作固定長度、可變長度固定長度、可變長度l微操作對象：微操作對象：為微操作提供所需的操作數(shù)（常量或地址）為微操作提供所需的操作數(shù)

26、（常量或地址）一個(gè)、多個(gè)一個(gè)、多個(gè)n特點(diǎn)：特點(diǎn)：l控制域緊湊、短小控制域緊湊、短小l并行能力差，微程序長，執(zhí)行速度減慢并行能力差，微程序長，執(zhí)行速度減慢在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中大量引入并行機(jī)制，使得少量的控制信在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中大量引入并行機(jī)制，使得少量的控制信號就可以引起較多的微操作同時(shí)完成號就可以引起較多的微操作同時(shí)完成三總線結(jié)構(gòu)的三總線結(jié)構(gòu)的ALU2. 垂直型垂直型微指令控制域的編碼微指令控制域的編碼微操作碼微操作碼微操作對象微操作對象31微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼n水平型水平型微指令特性：微指令特性：l需要較需要較長長的微指令的微指令控制域控制域；l可以表示可以表示高度并行

27、高度并行的控制信號；的控制信號；l對控制域提供的控制信息只需對控制域提供的控制信息只需較少較少的的譯碼電路譯碼電路，甚至不需要譯碼。甚至不需要譯碼。n垂直型垂直型微指令特性：微指令特性：l需要較需要較短短的微指令的微指令控制域控制域；l并行并行微操作的表示微操作的表示能力有限能力有限；l對控制信息必須對控制信息必須譯碼譯碼。3. 水平型與垂直型微指令的比較水平型與垂直型微指令的比較32微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼nIBM system/360 Model 50的微指令：由的微指令：由90位構(gòu)成，位構(gòu)成，其中有其中有21個(gè)字段的控制域、個(gè)字段的控制域、5個(gè)字段的地址域和個(gè)

28、字段的地址域和3個(gè)個(gè)校驗(yàn)位。校驗(yàn)位。4. 微指令控制域編碼設(shè)計(jì)實(shí)例微指令控制域編碼設(shè)計(jì)實(shí)例01 6 1924253132P132643533P23542 1 1 1 3 2 2*控制域控制域CM尋址信息尋址信息控制域控制域未用未用控制域控制域*控制域控制域*P1：130位的校驗(yàn)；位的校驗(yàn)； P2：3255位的校驗(yàn)位的校驗(yàn)5657728389P343134656*控制域控制域CM尋址信息尋址信息未用未用控制域控制域*P3：5789位的校驗(yàn)位的校驗(yàn)圖圖6.17 IBM system/360 Model 50的微指令格式的微指令格式 33微指令設(shè)計(jì) 二、微指令二、微指令控制域控制域編碼編碼nIBM

29、system/370 Model 145的微指令：由的微指令：由32位構(gòu)成位構(gòu)成l微操作碼：指定應(yīng)完成的微操作微操作碼：指定應(yīng)完成的微操作l微操作數(shù)：如微操作數(shù)：如CPU寄存器的地址寄存器的地址l下一條微指令地址的信息下一條微指令地址的信息4. 微指令控制域編碼設(shè)計(jì)實(shí)例微指令控制域編碼設(shè)計(jì)實(shí)例08162 4 3 1控制域控制域（微操作碼）（微操作碼）微操作數(shù)微操作數(shù)1微操作數(shù)微操作數(shù)2CM尋址信息尋址信息圖圖6.18 IBM system/370 Model 145的微指令格式的微指令格式34微程序設(shè)計(jì) 1. 微程序結(jié)構(gòu)微程序結(jié)構(gòu)( (1) ) 一條指令對應(yīng)一段完整的微程序一條指令對應(yīng)一段完整

30、的微程序35啟動(dòng)地址啟動(dòng)地址 取指微程序段取指微程序段Jump to Opcode Routine 取指微程序段取指微程序段MOV微程序首地址微程序首地址 MOV執(zhí)行微程序段執(zhí)行微程序段 取指微程序段取指微程序段Jump to Opcode Routine MOV指令微程序指令微程序ADD微程序首地址微程序首地址 ADD執(zhí)行微程序段執(zhí)行微程序段 取指微程序段取指微程序段Jump to Opcode Routine ADD指令微程序指令微程序SUB微程序首地址微程序首地址 SUB執(zhí)行微程序段執(zhí)行微程序段 取指微程序段取指微程序段Jump to Opcode Routine SUB指令微程序指令微

31、程序CALL微程序首地址微程序首地址 CALL執(zhí)行微程序段執(zhí)行微程序段 取指微程序段取指微程序段Jump to Opcode Routine CALL指令微程序指令微程序Jump to Opcode Routine表示依據(jù)指令操作碼跳轉(zhuǎn)到表示依據(jù)指令操作碼跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)指令微程序首地址相應(yīng)指令微程序首地址圖圖6.19 控制存儲器控制存儲器組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu)1 36微程序設(shè)計(jì) 1. 微程序結(jié)構(gòu)微程序結(jié)構(gòu)( (2) ) 將微程序中的公共部分設(shè)計(jì)成將微程序中的公共部分設(shè)計(jì)成微子程序微子程序進(jìn)行公共調(diào)用進(jìn)行公共調(diào)用37啟動(dòng)地址啟動(dòng)地址/ Fetch: 獲取指令獲取指令Jump to Operand or E

32、xecute 取指微子程序取指微子程序Interrupt: 中斷響應(yīng)處理中斷響應(yīng)處理Jump to Fetch 中斷處理微子程序中斷處理微子程序 其他微子程序段其他微子程序段Operand: 獲取操作數(shù)獲取操作數(shù)Jump to Execute 取操作數(shù)微子程序取操作數(shù)微子程序Execute:Jump to Opcode Routine 執(zhí)行微子程序執(zhí)行微子程序MOV微程序首地址微程序首地址 MOV執(zhí)行操作執(zhí)行操作Jump to Fetch or Interrupt MOV指令微程序指令微程序ADD微程序首地址微程序首地址 ADD執(zhí)行操作執(zhí)行操作Jump to Fetch or Interrup

33、t ADD指令微程序指令微程序SUB微程序首地址微程序首地址 SUB執(zhí)行操作執(zhí)行操作Jump to Fetch or Interrupt SUB指令微程序指令微程序 其他指令微程序其他指令微程序CALL微程序首地址微程序首地址 CALL執(zhí)行操作執(zhí)行操作Jump to Fetch or Interrupt CALL指令微程序指令微程序Jump to Operand or Execute：有操作數(shù)：有操作數(shù)時(shí)跳轉(zhuǎn)到取操作數(shù)微時(shí)跳轉(zhuǎn)到取操作數(shù)微子程序，無操作數(shù)時(shí)子程序，無操作數(shù)時(shí)跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行微子程序跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行微子程序Jump to Fetch：跳轉(zhuǎn)：跳轉(zhuǎn)到取指令微子程序到取指令微子程序Jump to

34、Execute：跳：跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行微子程序轉(zhuǎn)到執(zhí)行微子程序Jump to Opcode Routine：依據(jù)指令：依據(jù)指令操作碼跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)指操作碼跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)指令微程序首地址令微程序首地址Jump to Fetch or Interrupt：無中斷請：無中斷請求時(shí)跳轉(zhuǎn)到取指令微求時(shí)跳轉(zhuǎn)到取指令微子程序，有中斷請求子程序，有中斷請求時(shí)跳轉(zhuǎn)到中斷處理子時(shí)跳轉(zhuǎn)到中斷處理子程序程序圖圖6.20 控制存儲器組織結(jié)構(gòu)控制存儲器組織結(jié)構(gòu)238微程序設(shè)計(jì) 2. 編寫微程序編寫微程序n編寫微程序要做兩件事：編寫微程序要做兩件事：l按照設(shè)計(jì)好的微指令格式，將指令微操作（微命令）序列按照設(shè)計(jì)好的微指令格式，將指令微操作（

35、微命令）序列按每節(jié)拍一條微指令寫出每條按每節(jié)拍一條微指令寫出每條微指令微指令的具體的具體編碼編碼；l按照選定的微程序結(jié)構(gòu)，將微指令組織成按照選定的微程序結(jié)構(gòu)，將微指令組織成微程序微程序或或微子程微子程序序。1.微指令格式：微指令格式：微程序首地址微程序首地址指令操作碼指令操作碼( (4) ) 指令尋址方式指令尋址方式( (4) )JA( (4) )控存啟動(dòng)地址控存啟動(dòng)地址000MOV R0, X160ADD R1, R0210SUB R0, ( (X) )370表表6.4 微程序首地址的生成微程序首地址的生成 控控 制制 域域地址域地址域字段字段1(4)字段字段2(4)字段字段3(4)字段字段

36、4(3)AC(1)39微程微程序名序名微微地址地址微指令微指令節(jié)節(jié)拍拍微操作微操作微命令微命令取指取指000H001H002H101111011001111010111100000000001001000001000001T1T2T3ARPCDRMemoryARPCPC+I, IRDRPCout ， ARinARout ，Mread ，DRSinPC+1，DRIout ，IRinMOV160H161H162H163H164H165H1011110100011011110110011001101111001110101111000000000000000000000010010000010000

37、00001000000001T1T2T3T4T5T6ARIR( (地址字段地址字段) ) DRMemoryARR0DRARPCDRMemoryARPCPC+I, IRDRIRout ，ARinARout ，Mread ，DRSinDRIout ，R0inPCout ， ARinARout ，Mread ，DRSinPC+1，DRIout ，IRinADD210H211H212H213H214H215H101000000010101111011001000100101010111010111100000000010000000000001001000000000000001000000001T1

38、T2T3T4T5T6YR0ZR1+YR1ZARPCDRMemoryARPCPC+I, IRDRR0out ，YinR1out ，ADDZout ，R1inPCout ， ARinARout ，Mread ，DRSinPC+1，DRIout ，IRin表表6.5 微程序段示例微程序段示例 微程序設(shè)計(jì) 2. 編寫微程序編寫微程序40微程微程序名序名微微地址地址微指令微指令節(jié)節(jié)拍拍微操作微操作微命令微命令SUB370H371H372H373H374H375H376H377H378H379H1011110110111101101000000001101111011001100110111100101100011100101011101011110000000000000000000000001000000000000010010000010000010000000000000010000000000001T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10ARIR( (地址字段地址字段) )DRMemoryARARDRDRMemoryARYR0ZYDRR0ZARPCDRMemoryARPCPC+I，IRDRIRout ，A