硬布线控制器和微程序控制器学习资料.doc

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1、硬布线控制器和微程序控制器1.硬布线控制器硬布线控制器是将控制部件做成产生专门固定时序控制信号的逻辑电路，产生各种控制信号，因而又称为组合逻辑控制器。这种逻辑电路以使用最少元件和取得最高操作速度为设计目标，因为该逻辑电路由门电路和触发器构成的复杂树型网络，所以称为硬布线控制器。缺点：（A）．一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的（B）．当执行不同的机器指令时，通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释，其结果使得控制器往往很少有明确的结构而变得杂乱无章组合逻辑控制器的最大优点是速度快，但是时序控制信号形成

2、部件的结构不规整，使得设计、调试、维修较困难，难以实现设计自动化。硬布线控制器逻辑设计中注意的事项　　(1)采用适宜指令格式，合理分配指令操作码；　　(2)确定机器周期、节拍与主频；　　(3)确定机器周期数及一周期内的操作；　　(4)进行指令综合；综合所有指令的每一个操作命令，写出逻辑表达式，并进行化简。　　(5)明确组合逻辑电路。将简化后的逻辑表达式用组合逻辑电路来实现。操作命令的控制信号先用逻辑表达式列出，进行化简，考虑各种条件的约束，合理选用逻辑门电路、触发器等器件，采用组合逻辑电路的设计方法产生控制信号。　　总之，控制信号的设计与实现，技巧性较强，目前已有一些专

3、门的开发系统或工具供逻辑设计使用，但是，对全局的考虑主要依靠设计人员的智慧和经验实现。2.微程序控制器采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器。所谓微程序控制方式是指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生。一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以代码形式编写在一条微指令中，若干条微指令组成一端微程序，对应一条及其指令。在设计CPU时，根据指令系统的需要，事先编制好各段微程序，且将它们存入一个专用存储器（称为控制存储器）中。微程序控制器由指令寄存器IR、程序计数器PC、程序状态字寄存器PSW、时序系统、控制存储器CM、微指令寄存器以及微

4、地址形成电路。微地址寄存器等部件组成。执行指令时，从控制存储器中找到相应的微程序段，逐次取出微指令，送入微指令寄存器，译码后产生所需微命令，控制各步操作完成。微程序控制器是采用存储逻辑来实现的，也就是把微操作信号代码化，使每条机器指令转化成为一段微程序并存入一个专门的存储器(控制存储器)中，微操作控制信号由微指令产生。微程序控制器的设计思想和组合逻辑设计思想截然不同。它具有设计规整、调试、维修以及更改、扩充指令方便的优点，易于实现自动化设计，已成为当前控制器的主流。但是，由于它增加了一级控制存储器，所以指令执行速度比组合逻辑控制器慢。但是，在同样的半导体工艺条件下，硬

5、布线控制器速度要比微程序控制的快，随着新一代机器及VLSI技术的发展与不断进步，硬布线的随机逻辑设计思想又得到了重视，现代新型计算机体系结构如RISC中多采用硬布线控制逻辑。　硬布线控制与微程序控制的主要区别归纳为如下方面：实现方式　　微程序控制器的控制功能是在存放微程序存储器和存放当前正在执行的微指令的寄存器直接控制下实现的，而硬布线控制的功能则由逻辑门组合实现。微程序控制器的电路比较规整，各条指令信号的差别集中在控制存储器内容上，　　因此，无论是增加或修改指令都只要增加或修改控制存储器内容即可，若控制存储器是ROM，则要更换芯片，在设计阶段可以先用RAM或EPROM

6、来实现，验证正确后或成批生产时，再用ROM代替。硬布线控制器的控制信号先用逻辑式列出，经化简后用电路来实现，因此，显得零乱复杂，当需要修改指令或增加指令时就必须重新设计电路，非常麻烦而且有时甚至无法改变。因此，微操作控制取代了硬布线控制并得到了广泛应用，尤其是指令复杂的计算机，一般都采用微程序来实现控制功能。性能方面　　在同样的半导体工艺条件下，微程序控制的速度比硬布线控制的速度低，因为执行每条微程序指令都要从控制存储器中读取，影响了速度；而硬布线控制逻辑主要取决于电路延时，因而在超高速机器中，对影响速度的关键部分如核心部件CPU，往往采用硬布线逻辑实现。近年来，在一些

7、新型计算机系统中，例如，RISC(精简指令系统计算机)中，一般都选用硬布线逻辑电路。3.组合逻辑和存储逻辑结合型  这种控制器称为PLA控制器，它是吸收前两种的设计思想来实现的。