微程序控制器设计

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1、EDA第六次实验日志微程序控制器实验实验预习：1.微程序控制器的组成和工作原理是什么？2.微程序、微指令、微命令之间有什么关系？3.微指令、微程序如何设计与调试？预习解答：1.微程序控制器的组成和工作原理是什么？微程序控制器的原理图如图所示。微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成，其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。（1）控制寄存器控制寄存器用来存放实现全部指令系统的所有微程序，它是一种只读型存储器。一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。其工作过程是：读出一条微指令并执行；重复上面动作知道微程序结束。读出一条微指令并执行微指令的时间总和称为一个

2、微指令周期。通常在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只读寄存器是的工作周期。控制存储器的字长就是微指令字的长度，其存储容量视机器指令系统而定，即取决于微程序的数量。对控制寄存器的要求是读出周期要短，因此通常采用双极型半导体只读寄存器。（2）微指令寄存器微指令寄存器用来存放由控制器读出的一条微指令信息。其中微指令寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。（3）地址转移逻辑在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，通常简称为微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那么下一条微

3、指令的地址就直接由微地址寄存器给出，当程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移，在这种情况下，通过判别测试字段P和执行内部的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容；并按照改好的内容去读下一条微指令。地址转移逻辑就承担自动完成修改微地址的任务。其工作原理分为：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器；二、启动运行后，从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求什么事；三、控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回到存储器指定的单元中；四、运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。2.微程序、

4、微指令、微命令之间有什么关系？实现一条机器指令功能的许多条微指令组成微程序。在机器的一个CPU周期中,一组实现一定操作功能的微命令的组合构成一条微指令。控制部件通过控制线像执行部件发出的各种控制命令叫做微命令。所以总的说来：微程序包含微指令，而每条微指令包含微命令。1.微指令、微程序如何设计与调试？在微程序流程图中，根据每个状态的微指令，将其进行编码，设计出所需硬件及执行效率较高的微程序控制电路，然后进行调试。课后习题：1.举例说明实验中出现的基本概念：微命令、微操作、微指令、微程序？微命令：控制器发出的每个控制信号，如对运算单元的控制mcns3s2s1s0发出的010101等。微操作：由微

5、命令控制实现的最基本的操作称为微操作。如发出运算器家运算的微命令后，运算器进行假发运算，就称为微操作。微指令：完成一个或几个微操作的指令。如控制器进行存数据命令后，需要we信号有效，pc保持，来控制这些的指令即为微指令。微程序：微程序包含微指令。如微程序流程中包括很多微指令控制，进行一些加减运算，存储数据，地址自加一等等。1.解释并比较微程序控制器的几种设计方法？为序列控制器通过把控制信号存储在一个查找ROM（1）用水平编码生成微操作（2）用垂直代码生成微操作（3）用伪代码直接产生控制信号2.微程序控制器的功能是什么？如何取指令、分析指令、执行指令？控制器的功能：它根据用户预先编好的程序，依

6、次从存储器中取出各条指令，放在指令寄存器IR中，通过指令译码(分析)确定应该进行什么操作（包括中断处理），然后通过操作控制器OC，按确定的时序，向相应的部件发出微操作控制信号。通过下址取得指令，根据控制信号进行不同的信号的开启或关闭也就是分析指令，然后再在控制信号的作用下执行指令。3.常用的下址产生方法有哪些？实验中用到了哪些？常用的下址产生方法有：A．计数器方式B．增量方式与断定方式的结合C．多路转移方式实验中用到了多路转移方式。4.每条机器指令的指令码如何与其入口微地址对应？通过编码方式，将指令码的状态分成不同的几个，再运用微地址进行编码，对不同的微指令变成不同的地址，一一对应。5.如何

7、简化微程序流程图中的ADD、AND指令？只对ALU部分的下址进行区分，其他部分用同样的下址即可，这样可以省去一个IR的编码状态。6.电路设计过程中如果出现多个状态机怎么办？将不同的状态机的控制信号加以区分，在不同控制信号作用下进行多个状态机的控制。日志部分11月16号之前看了实验，但由于忙着写其他课程的作业的原因，没有仔细把实验原理看懂，看到了一堆复杂的微指令之后就茫然了，不知所措。实验课时，老师讲解了本次实