计算机组成原理(3.6微程序控制器设计).pdf

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1、3.6微程序控制器设计本节首先介绍微程序控制的基本原理与方法，再讨论模型机的微程序控制器设计问题。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红3.6.1微程序控制的基本原理1.基本思想1）若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2）若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；3）微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。引入了程序技术，使设计规整；优点引入了存储逻辑，使功能易于扩展。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期22.逻辑组成（框图）微命令序列译码器IR微地

2、址PSW形成电路微命令字段微地址字段µIRPC微地址寄存器控制存储器CMµAR哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期32.逻辑组成（1）控制存储器CM功能：存放微程序。CM属于CPU，不属于主存储器。（2）微指令寄存器µIR功能：存放现行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。(微操作控制字段)指明后续微地址的形成方式。微地址字段：提供微地址的给定部分。(顺序控制字段)哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期42.逻辑组成（续）（3）微地址形成电路功能：提供两

3、类微地址。微程序入口地址：由机器指令操作码形成。后续微地址：由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期53.工作过程（1）取机器指令取指微指令微命令字段微命令主存机器指令CMµIR译码器IR微命令序列微命令序列译码器IR微地址PSW形成电路微命令字段微地址字段µIR取指微指令PC微地址寄存器控制存储器CMµAR哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期6（2）转微程序入口IR操作码微地址形入口首条微指令成电路µARCMµIR微命令

4、序列译码器IRIR微地址微地址PSW形成电路形成电路微命令字段微地址字段微命令字段微地址字段µIR取指微指令PC微地址寄存器微地址寄存器控制存储器控制存储器CMµAR哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期7（3）执行首条微指令微命令字段微命令µIR译码器操作部件微命令序列微命令序列译码器IR微地址PSW形成电路微命令字段微地址字段µIR取指微指令PC微地址寄存器控制存储器CMµAR哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期8（4）取后续微指令微地址字段微地址形后续微地

5、址后续微指令现行微地址µARCMµIR成电路运行状态微命令序列译码器IR微地址PSW形成电路微命令字段微地址字段µIRPC微地址寄存器控制存储器CMµAR哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期93.工作过程（续）（5）执行后续微指令同（3）（6）返回微程序执行完，返回CM(存放取指微指令的固定单元)。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期103.6.2微指令编码方式与微地址的形成方式1.格式分类（1）垂直型微指令一条微指令定义并执行一种基本操作。优点：微指令短、简

6、单、规整，便于编写微程序。缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。优点：微程序短，执行速度快。缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期11（3）混合型微指令在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。微指令不长，便于编写；微程序不长，执行速度加快。例.长城203微指令3333444AIBIZOAOPMOPKKST运算器输运算器输操作类访M、常数辅助操入控制出控制型控制I/O控作制哈尔滨工程大学

7、计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期122.编码方法（1）直接控制法微命令按位给出。例.某微指令111C0RW0进位初值为00不读0不写C0=R=W=1进位初值为11读1写不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期13（2）分段直接编译法微命令由字段编码直接给出。例.对加法器输入端进行控制。加法器微指令中设置AI字段，控制加法器的输入选择。AB3R、CCR、CAID、ED、F000不发命令001

8、RA微命令分组原则：010CA同类操作中互斥的？011DB微命令放同一字段。100FB…不能同时出现加法器A输入端的控制命令放加法器AI字段，B输入端的控制命令AB放BI字段。33R、CR、CAIBID、EDD、FAI：000不发命令BI：000不发命令001RA001RB010CA010CB011DA011DB100EA100FB操作唯一；编码较简单；一条微指令能同时提供若干微命令，便于组织各种操作。哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院姚爱红2010秋季学期15（3）