微程序控制器原理

微程序控制器原理第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.4.2組成原理1.主要部件（1）控制存儲器CM功能：微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR存放微程序。CM屬于CPU，不屬于主存儲器。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（2）微指令寄存器μIR功能：微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR存放現(xiàn)行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。(微操作控制字段)(順序控制字段)第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（3）微地址形成電路功能：微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR提供兩類微地址。微程序入口地址：由機器指令操作碼形成。后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運行狀態(tài)等形成。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.工作過程（1）取機器指令CM取指微指令μIR微命令字段譯碼器微命令主存機器指令I(lǐng)R微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令控制存儲器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列控制存儲器微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（2）轉(zhuǎn)微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口μAR微命令字段CM首條微指令（3）執(zhí)行首條微指令μIRμIR譯碼器微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR取指微指令控制存儲器取指微指令微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列

IR控制存儲器微命令字段微地址字段譯碼器微命令序列微地址形成電路

IR微地址寄存器微地址形成電路控制存儲器微地址寄存器微命令字段微地址字段控制存儲器微命令字段微地址字段微命令操作部件第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（4）取后續(xù)微指令微地址字段現(xiàn)行微地址運行狀態(tài)微地址形成電路后續(xù)微地址μARCM后續(xù)微指令μIR微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址形成電路微地址寄存器第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（5）執(zhí)行后續(xù)微指令同（3）微地址形成電路

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PC微地址寄存器

μAR控制存儲器CM譯碼器微命令序列微命令字段微地址字段μIR微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址形成電路微命令字段微地址字段

PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址形成電路微地址寄存器（6）返回微程序執(zhí)行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.4.3微指令格式和編碼方法1.格式分類（1）垂直型微指令優(yōu)點：一條微指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作。微指令短、簡單、規(guī)整，便于編寫微程序。缺點：微程序長，執(zhí)行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一條微指令定義并執(zhí)行一種基本操作。優(yōu)點：缺點：微指令長，編寫微程序較麻煩。微程序短，執(zhí)行速度快。第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（3）混合型微指令微指令不長，便于編寫；微程序不長，執(zhí)行速度加快。在垂直型的基礎(chǔ)上增加一些不太復雜的并行操作。例.長城203微指令

AIBIZOAOPMOPKKST

3333444運算器輸入控制運算器輸出控制操作類型控制訪M、I/O控制常數(shù)輔助操作第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.編碼方法（1）直接控制法例.某微指令微命令按位給出。不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。

C0RW111C0=0進位初值為01進位初值為1R=0不讀1讀0不寫1寫W=微指令中通常只有個別位采用直接控制法。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（2）分段直接編譯法例.對加法器輸入端進行控制。微命令由字段編碼直接給出。000不發(fā)命令微指令中設置AI字段，控制加法器的輸入選擇。加法器

A

BR、CD、ER、CD、FAI3010CA100FB…001RA010CA011DB011DB？微命令分組原則：同類操作中互斥的微命令放同一字段。不能同時出現(xiàn)CD第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四操作唯一；加法器A輸入端的控制命令放AI字段，B輸入端的控制命令放BI字段。加法器

A

BR、CD、ER、CD、F000不發(fā)命令010CA100EA001RA011DACDAIBI33010CA000不發(fā)命令010CB100FB001RB011DB011DBAI：BI：一條微指令能同時提供若干微命令，便于組織各種操作。編碼較簡單；第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（3）分段間接編譯法例.微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。C=

CA1)設置解釋位或解釋字段解釋位1A為某類命令0A為常數(shù)2)分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設置區(qū)分標志。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（4）其他編碼方法1)微指令譯碼與機器指令譯碼復合控制例.機器指令

寄存器號

寄存器傳A微指令譯碼器譯碼器001RA

R1A門第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四例.2)微地址參與解釋004微地址指令操作碼1.微程序入口地址的形成微指令取指標志變址標志0113.4.4微地址形成方式微程序入口功能轉(zhuǎn)移（1）一級功能轉(zhuǎn)移各操作碼的位置、位數(shù)固定，一次轉(zhuǎn)換成功。入口地址=頁號，操作碼第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四例.機器指令1

0F(8位)入口地址=000FHCM機器指令2

10(8位)入口地址=0010H000F0010無條件轉(zhuǎn)微地址1微地址1微程序1無條件轉(zhuǎn)微地址2微地址2微程序2功能轉(zhuǎn)移功能轉(zhuǎn)移0頁第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（2）二級功能轉(zhuǎn)移各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定，分類轉(zhuǎn)：需兩次轉(zhuǎn)換。指令類型標志區(qū)分指令類型功能轉(zhuǎn)：指令操作碼區(qū)分操作類型第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四（3）用可編程邏輯陣列PLA實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址1PLA

IR入口地址22.后續(xù)微地址的形成（1）增量方式以順序執(zhí)行為主，輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四順序：現(xiàn)行微地址+1。跳步：現(xiàn)行微地址+2。無條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。CMAA+1A+2BB條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。B轉(zhuǎn)移條件CC(條件滿足)(條件不滿足)轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。轉(zhuǎn)移條件CDD微子程序返回微主程序：現(xiàn)行微指令給出寄存器號。

A+1RR第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四微指令給定后續(xù)微地址高位部分（2）斷定方式由直接給定和測試斷定相結(jié)合形成微地址。給定部分斷定條件指明后續(xù)微地址低位部分的形成方式例.微指令

D（給定）A（條件）2位位數(shù)可變微地址10位，約定：A=0110微地址低4位為操作碼，D給定高位；微地址低3位為機器指令目的尋址方式微地址低3位為機器指令源尋址方式6711編碼，D給定高位；編碼，D給定高位。716路分支8路分支8路分支第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行。P3.4.5微程序時序安排微指令周期微指令打入μIR二級時序：控制數(shù)據(jù)通路操作結(jié)果打入目的地，讀取后續(xù)微指令后續(xù)微地址打入μAR時鐘周期