计算机组成原理控制器微程序优秀课件.ppt

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1、计算机组成原理控制器微程序第1页，本讲稿共50页微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并

2、执行相应的微微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。操作所需的时间。操作所需的时间。操作所需的时间。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。控制存储器：存放微程序的只读存储器。控制存储器：存放微程序的只读存储器。控制存储器：存放微程序的只读存储器。控制存储器：存放微程序的只读存储器。微程序控制器的基本概念微程序控制器的基本概念微程序控制器的基本概念微程序控制器的基本概念第2页，本讲稿共50页微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想3.3.3.3.微程序事先存放在控制存储器微程序事

3、先存放在控制存储器微程序事先存放在控制存储器微程序事先存放在控制存储器(CM)(CM)(CM)(CM)中，执行机器指令中，执行机器指令中，执行机器指令中，执行机器指令时再取出。时再取出。时再取出。时再取出。1.1.1.1.若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；2.2.2.2.若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机若干条微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；器

4、指令；器指令；器指令；CPUCPU的构成的构成引入了程序技术，使设计规整；引入了程序技术，使设计规整；引入了程序技术，使设计规整；引入了程序技术，使设计规整；引入了存储逻辑，使功能易于扩展。引入了存储逻辑，使功能易于扩展。引入了存储逻辑，使功能易于扩展。引入了存储逻辑，使功能易于扩展。结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器中的微程序。制存储器中的微程序。制存储器中的微程序。制存储器中的微程序。第3页，本讲稿共50页微程序控制器原理微程序控制器原理 微

5、地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR第4页，本讲稿共50页 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR1.1.主要部件主要部件（1 1）控制存储器）控制存储器CMCM功能：功能：存放微程序。存放微程序。CMCM属于属于CPUCPU，不属于主存储器。，不属于主存储器。微程序控制器原理微程序控制器原理第5页，本讲稿共5

6、0页（2 2）微指令寄存器）微指令寄存器 IRIR功能：功能：存放现行微指令。存放现行微指令。微命令字段：微命令字段：提供一步操作所需的微命令。提供一步操作所需的微命令。微地址字段：微地址字段：指明后续微地址的形成方式。指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段微操作控制字段)(顺序控制字段顺序控制字段)微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微程序控制器原理微程序控制器原理第6页，本讲稿共50页（3 3）微地

7、址形成电路）微地址形成电路功能：功能：提供两类微地址。提供两类微地址。微程序入口地址：微程序入口地址：由机器指令操作码形成。由机器指令操作码形成。后续微地址：后续微地址：由微地址字段、现行微地址、运行由微地址字段、现行微地址、运行状态等形成。状态等形成。微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微程序控制器原理微程序控制器原理第7页，本讲稿共50页2.2.工作过程工作过程 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存

8、储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令（1 1）取机器指令）取机器指令CMCM取指微指令取指微指令IRIR控制存储器控制存储器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 IR微命令字段微命令字段译码器译码器控制存储器控制存储器微命令微命令主存主存机器指令机器指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IRIR 译码器译码器微命令序列微命令序列微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理第8页，本讲稿共50页（2 2）转微程序入口）转微程

9、序入口IRIR操作码操作码微地址形微地址形成电路成电路入口入口ARAR微命令字段微命令字段CMCM首条微指令首条微指令 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存储器控制存储器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 IR控制存储器控制存储器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 微地址微地址形成电路形成电路 IR微地址寄存器微地址寄

10、存器 微地址微地址形成电路形成电路控制存储器控制存储器微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（3 3）执行首条微指令）执行首条微指令控制存储器控制存储器 译码器译码器IRIRIRIR译码器译码器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段微命令序列微命令序列微命令微命令操作部件操作部件微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理第9页，本讲稿共50页 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR（4 4）取后续微

11、指令）取后续微指令微地址字段微地址字段现行微地址现行微地址运行状态运行状态微地址形微地址形成电路成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器后续微地址后续微地址ARAR 微地址微地址形成电路形成电路控制存储器控制存储器CMCM后续微指令后续微指令IRIR微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理第10页，本讲稿共50页（5 5）执行后续微指令）执

12、行后续微指令同（同（3 3）微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（6 6）返回）返回微程序执行完，返回微程序执行完，返回CMCM(存放取指微指令的固定单元存

13、放取指微指令的固定单元)。微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理第11页，本讲稿共50页微操作信号微操作信号PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBUSR W+1共共15个微操作信号个微操作信号14012345678910111213第12页，本讲稿共50页PCo PCo,MARi,R;,MARi,R;MBRo,IRi,+1;MBRo,IRi,+1;OP OP 译码译码IRo,IRo,MARi,MARi,R;R;MBRo,MBRo,S0S1(S0S1(直送直送)

14、,),ACi ACiMOVSTAADDJPZJMPIRo,IRo,MARi;MARi;ACo,ACo,MBRi,MBRi,W;W;IRo,IRo,MARi,MARi,R;R;MBRo,Yi;MBRo,Yi;ACo,ACo,S0S1(S0S1(加法加法),),ACiACiIF Z=1 IF Z=1 thenthenIRo,PCi;IRo,PCi;IRo IRo,PCi;PCi;T0T1T2T3T4第13页，本讲稿共50页PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBUSR W+114012345

15、678910111213(PC)(PC)MAR,M(R);MAR,M(R);(MBR)(MBR)IR,(PC)+1IR,(PC)+1PC;PC;PCo PCo,MARi,R;,MARi,R;MBRo,IRi,+1;MBRo,IRi,+1;取指公共操作取指公共操作第14页，本讲稿共50页PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBUSR W+114012345678910111213MOV AD;(AD)AC(IR(AD)(IR(AD)MAR,M(R);MAR,M(R);(MBR)(MBR)A

16、LU,ALUALU,ALUAC;AC;IRo ,MARi,R;IRo ,MARi,R;MBRo,S0S1(MBRo,S0S1(直送直送),ACi),ACi第15页，本讲稿共50页PCo PCo,MARi,R;,MARi,R;MBRo,IRi,+1;MBRo,IRi,+1;OP OP 译码译码IRo,IRo,MARi,MARi,R;R;MBRo,MBRo,S0S1(S0S1(直送直送),),ACi ACiMOVSTAADDJPZJMPIRo,IRo,MARi;MARi;ACo,ACo,MBRi,MBRi,W;W;IRo,IRo,MARi,MARi,R;R;MBRo,Yi;MBRo,Yi;ACo,

17、ACo,S0S1(S0S1(加法加法),),ACiACiIF Z=1 IF Z=1 thenthenIRo,PCi;IRo,PCi;IRoIRoPCiPCi;T0T1T0T1T0FTATET第16页，本讲稿共50页PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBUSR W+114012345678910111213(PC)(PC)MAR,M(R);MAR,M(R);(MBR)(MBR)IR,(PC)+1IR,(PC)+1PC;PC;PCo PCo,MARi,R;,MARi,R;MBRo,IRi,

18、+1;MBRo,IRi,+1;取指公共操作取指公共操作第17页，本讲稿共50页PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBUSR W+114012345678910111213MOV AD;(AD)AC(IR(AD)(IR(AD)MAR,M(R);MAR,M(R);(MBR)(MBR)ALU,ALUALU,ALUAC;AC;IRo ,MARi,R;IRo ,MARi,R;MBRo,S0S1(MBRo,S0S1(直送直送),ACi),ACi第18页，本讲稿共50页微指令的基本结构举例微指令的基

19、本结构举例微指令的基本结构举例微指令的基本结构举例此此此此格格格格式式式式中中中中，后后后后续续续续微微微微指指指指令令令令地地地地址址址址由由由由顺顺顺顺序序序序控控控控制制制制字字字字段段段段的的的的6 6 6 6位位位位信信信信息息息息决决决决定定定定。其其其其中中中中（20-2320-2320-2320-23）4 4 4 4位位位位用用用用来来来来直直直直接接接接给给给给出出出出下下下下一一一一条条条条微微微微指指指指令令令令的的的的地地地地址址址址，（18181818，19191919）两两两两位位位位作作作作为为为为判判判判别别别别测测测测试试试试标标标标志志志志。=0=0=0=0

20、，表表表表示示示示不不不不进进进进行行行行测测测测试试试试，直接按第直接按第直接按第直接按第20-2320-2320-2320-23位给出的地址取下一条微指令；位给出的地址取下一条微指令；位给出的地址取下一条微指令；位给出的地址取下一条微指令；第19页，本讲稿共50页微指令的基本结构举例微指令的基本结构举例微指令的基本结构举例微指令的基本结构举例当当当当第第第第18181818或或或或19191919位位位位为为为为1 1 1 1，表表表表示示示示要要要要进进进进行行行行P1P1P1P1或或或或P2P2P2P2的的的的判判判判别别别别测测测测试试试试，根根根根据据据据测测测测试试试试结结结结果

21、果果果，需需需需要要要要对对对对第第第第20-2320-2320-2320-23位位位位的的的的某某某某一一一一位位位位或或或或几几几几位位位位进进进进行行行行修修修修改，然后按修改后的地址取下一条微指令。改，然后按修改后的地址取下一条微指令。改，然后按修改后的地址取下一条微指令。改，然后按修改后的地址取下一条微指令。第20页，本讲稿共50页微程序控制器的组成框图微程序控制器的组成框图第21页，本讲稿共50页 指令的指令的指令的指令的OPOPOPOP与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较 OPOPOPOP

22、就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址(或高几位或高几位或高几位或高几位)010000100010001100011100111001OPOP0100001000.1000110001.1100111001第22页，本讲稿共50页CPUCPU周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间在串行方式的微程序控制器中在

23、串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中:微指令周期微指令周期微指令周期微指令周期 =读出微指令的时间读出微指令的时间读出微指令的时间读出微指令的时间 +执行该条微指令的时间执行该条微指令的时间执行该条微指令的时间执行该条微指令的时间为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指令周期设计成与令周期设计成与令周期设计成与令周期设计成与CPUCPUCPUCPU周期时间相等。周期时间相等。周期时间相等。周期时间相等。第23页，本讲稿共

24、50页CPUCPU周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系第24页，本讲稿共50页机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系J J一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行J J机器指令与内存机器指令与内存机器指令与内存机器指令与内存M M M M有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器CMCMCMCM有关有关有关有关J J每个每个每个每个CPUCPUCPUCPU周期对应一条微指令周期对应一条微指令周

25、期对应一条微指令周期对应一条微指令第25页，本讲稿共50页微指令格式微指令格式微指令格式微指令格式水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令混合型微指令混合型微指令混合型微指令混合型微指令第26页，本讲稿共50页（1 1 1 1）垂直型微指令）垂直型微指令）垂直型微指令）垂直型微指令优点：优点：优点：优点：一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。微指令短、简单、规整，便于编写微程序。微指令短、简单、规整，便于编写微程序。微

26、指令短、简单、规整，便于编写微程序。微指令短、简单、规整，便于编写微程序。缺点：缺点：缺点：缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。微程序长，执行速度慢；工作效率低。微程序长，执行速度慢；工作效率低。微程序长，执行速度慢；工作效率低。（2 2 2 2）水平型微指令）水平型微指令）水平型微指令）水平型微指令一条微指令定义并执行一种基本操作。一条微指令定义并执行一种基本操作。一条微指令定义并执行一种基本操作。一条微指令定义并执行一种基本操作。优点：优点：优点：优点：缺点：缺点：缺点：缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。微指令长，编写微程序较麻烦。微指令长，编写微程序较麻烦。微指令长，编写微程序较麻烦

27、。微程序短，执行速度快。微程序短，执行速度快。微程序短，执行速度快。微程序短，执行速度快。第27页，本讲稿共50页（3 3）混合型微指令）混合型微指令微指令不长，便于编写；微程序不长，执行速度加快。微指令不长，便于编写；微程序不长，执行速度加快。在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。第28页，本讲稿共50页水平型微指令和垂直型微指令的比较水平型微指令和垂直型微指令的比较a.a.a.a.水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，水平型微指令并行操作能力

28、强，效率高，灵活性强，垂直型微指令则比较差。垂直型微指令则比较差。垂直型微指令则比较差。垂直型微指令则比较差。b.b.b.b.水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行执行一条指令的时间长。指令执行执行一条指令的时间长。指令执行执行一条指令的时间长。指令执行执行一条指令的时间长。c.c.c.c.由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较由水平型微指令解释指令的微程序，

29、具有微指令字较长，微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令长，微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令长，微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令长，微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令短而微程序长。短而微程序长。短而微程序长。短而微程序长。第29页，本讲稿共50页微命令编码方法微命令编码方法微命令编码方法微命令编码方法(如何表示微操作如何表示微操作)（1 1 1 1）直接控制法）直接控制法）直接控制法）直接控制法微命令按位给出。微命令按位给出。微命令按位给出。微命令按位给出。不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。不需译码，

30、产生微命令的速度快；信息的表示效率低。不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。（微指令长，占（微指令长，占（微指令长，占（微指令长，占CMCMCMCM容量大）。容量大）。容量大）。容量大）。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。如何确定微指令的结构，是微程序设计的关键。如何确定微指令的结构，是微程序设计的关键。第30页，本讲稿共50页 操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令 优点优点优点优点:

31、简单、直观，输出直接用于控制简单、直观，输出直接用于控制简单、直观，输出直接用于控制简单、直观，输出直接用于控制 缺点缺点缺点缺点:微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量第31页，本讲稿共50页（2 2）分段直接编译法）分段直接编译法 （单重定义编码）（单重定义编码）微命令由字段编码直接给出（显式编码）。微命令由字段编码直接给出（显式编码）。微命令分组原则：微命令分组原则：同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。不能同时出现不能同时出现第32页，本讲稿共50页 把一组互斥的信号组成一个

32、小组，然后通过小组译码器译码，把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器译码，把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器译码，把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器译码，译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一个有效。个有效。个有效。个有效。译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码字段字段字段字段1 1字段字段字段字段2 2字段字段字段字段3 3P P字段字段字段字段下地址字段下地址

33、字段下地址字段下地址字段微微微微 命命命命 令令令令每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。微命令。微命令。微命令。第33页，本讲稿共50页操作唯一；操作唯一；加法器加法器A A输入端的控制命令放输入端的控制命令放AIAI字段，字段，B B输入端的控制命令输入端的控制命令放放BIBI字段。字段。加法器加法器 A A B BR R、C CD D、E ER R、C CD D、F FAI BIAI BI3 33 3000 000 不发命令不发

34、命令010 C A010 C A100 E A100 E A001 R A001 R A011 D A011 D AAIAI：000 000 不发命令不发命令010 C B010 C B100 F B100 F B001 R B001 R B011 D B011 D BBIBI：一条微指令能同时一条微指令能同时提供若干微命令，便于组织各种操作。提供若干微命令，便于组织各种操作。编码较简单；编码较简单；第34页，本讲稿共50页 微操作是计算机中最基本的操作，由于数据路、逻微操作是计算机中最基本的操作，由于数据路、逻微操作是计算机中最基本的操作，由于数据路、逻微操作是计算机中最基本的操作，由于数据

35、路、逻辑功能的关系，微操作可以分为：辑功能的关系，微操作可以分为：辑功能的关系，微操作可以分为：辑功能的关系，微操作可以分为：相容性的微操作相容性的微操作相容性的微操作相容性的微操作:能同时并行执行的微操作能同时并行执行的微操作能同时并行执行的微操作能同时并行执行的微操作 相斥性的微操作相斥性的微操作相斥性的微操作相斥性的微操作:不能同时并行执行的微操作不能同时并行执行的微操作不能同时并行执行的微操作不能同时并行执行的微操作第35页，本讲稿共50页图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：(+(+(+(+、M)(4M)(4M)(4M)(4、6 6

36、6 6、8)(58)(58)(58)(5、7 7 7 7、9)9)9)9)图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：1 1 1 1、2 2 2 2、3 3 3 3(4(4(4(4、6 6 6 6、8)8)8)8)与与与与 (5(5(5(5、7 7 7 7、9)9)9)9)两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合第36页，本讲稿共50页微操作信号微操作信号PCiPCoMBRiMBRoMARiIRoIRiYiS0S1ACiACoACALUYPCIR控制器控制器.MAR微微操操作作信信号号MBRMPSWBU

37、SR W+114012345678910111213第37页，本讲稿共50页（3 3）分段间接编译法）分段间接编译法 （多重定义编码，隐式编码）（多重定义编码，隐式编码）例例.微命令由本字段编码和其他字段解释共同给出。微命令由本字段编码和其他字段解释共同给出。C=C=C A C A a)a)设置解释位或解释字段设置解释位或解释字段解释位解释位1 1（A A为某类命令）为某类命令）0 0（A A为常数为常数/另一类微命令）另一类微命令）第38页，本讲稿共50页（3 3）分段间接编译法）分段间接编译法 （多重定义编码，隐式编码）（多重定义编码，隐式编码）b)b)分类编译分类编译按功能类型将微指令分

38、类，分别安排各类微指令格式和字按功能类型将微指令分类，分别安排各类微指令格式和字段编码，并设置区分标志。段编码，并设置区分标志。例例.DJS-220 .DJS-220 微指令分两类。微指令分两类。微指令微指令CPUCPU方式方式(触发器触发器C=0)C=0)I/OI/O方式方式(触发器触发器C=1)C=1)全加器运算方式控制全加器运算方式控制C=0 C=0 QCQC15 16 1715 16 17C=1 C=1 QCQC JCCJCC15 16 1715 16 17通道专用操作方式控制通道专用操作方式控制第39页，本讲稿共50页（4 4）其他编码方法）其他编码方法a)a)微指令译码与机器指令译

39、码复合控制微指令译码与机器指令译码复合控制例例.机器指令机器指令 寄存器号寄存器号 寄存器传寄存器传A A微指令微指令译码器译码器译码器译码器001001R AR A R1R1 A A门门第40页，本讲稿共50页b)b)微地址参与解释微地址参与解释004004微地址微地址微指令微指令 取指标志取指标志 变址标志变址标志 01101123例例 DJS180DJS180系列系列 2626个局部性微命令个局部性微命令（4 4）其他编码方法）其他编码方法第41页，本讲稿共50页微地址形成方式微地址形成方式1.1.1.1.微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成2

40、.2.2.2.后续微地址的形成后续微地址的形成后续微地址的形成后续微地址的形成1)1)1)1)增量方式增量方式增量方式增量方式 （计数器方式）（计数器方式）（计数器方式）（计数器方式）后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生 2 2 2 2）断定方式）断定方式）断定方式）断定方式（直接给定和测试断定相结合形成微地址）（直接给定和测试断定相结合形成微地址）（直接给定和测试断定相结合形成微地址）（直接给定和测试断定相结合形成微地址）第42页，本讲稿共50页3)3)3)3)多路转移

41、方式多路转移方式多路转移方式多路转移方式：一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作OPOPOPOP指定指定指定指定 当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段给出下一条微指令的地址。给出下一条微

42、指令的地址。给出下一条微指令的地址。给出下一条微指令的地址。当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修改顺序控制的某些位来实现多路分支。改顺序控制的某些位来实现多路分支。改顺序控制的某些位来实现多路分支。改顺序控制的某些位来实现多路分支。顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有n n n n位，微程序就有位，微程序就有位，微程序就有位，微程序就有2 2 2 2n n n n路转移路转移路转移路转移第43页，本讲稿共50页例例.机器

43、指令机器指令1 0F0F(8(8位位)入口地址入口地址=00=000F0FH H CM机器指令机器指令2 1010(8(8位位)入口地址入口地址=00=001010H H 000F000F00100010无条件转无条件转 微地址微地址1 1微地址微地址1 1微程序微程序1 1无条件转无条件转 微地址微地址2 2微地址微地址2 2微程序微程序2 2 功功能能转转移移 功功能能转转移移0 0页页第44页，本讲稿共50页微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计1.1.时序安排时序安排 二级时序（微指令周期、脉冲）二级时序（微指令周期、脉冲）二级时序（微指令周期、脉冲）二级时序

44、（微指令周期、脉冲）第45页，本讲稿共50页同步控制，用统一微指令周期控制各条微指同步控制，用统一微指令周期控制各条微指令执行。令执行。P P 微程序时序安排微程序时序安排微指令周期微指令周期 微指令微指令打入打入 IR(CM IR)二级时序：二级时序：控制数控制数据通路据通路操作操作 结果打结果打入目的入目的地，地，读取后续读取后续微指令微指令后续微后续微地址打地址打入入 AR第46页，本讲稿共50页微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计2.2.微指令格式微指令格式微指令格式微指令格式 按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，

45、按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。第47页，本讲稿共50页微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计3.3.微程序编制微程序编制微程序编制微程序编制1)1)编写程序编写程序编写程序编写程序2)2)实现分支实现分支实现分支实现分支3)3)微指令实例微指令实例微指令实例微指令实例 例例例例 微指令代真（微指令代真（微指令代真（微指令代真（“取指取指取指取指”微指令）微指令）微指令）微指令）PCMA

46、RPCMAR PC+1PC PC+1PC 按按按按OPOP分支分支分支分支 000102000102第48页，本讲稿共50页微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用1.1.优点：优点：优点：优点：结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；可靠性高；可靠性高；可靠性高；可靠性高；性价比高。性价比高。性价比高。性价比高。2.2.缺点：缺点：缺点：缺点：执行速度较慢，执行效率不高执

47、行速度较慢，执行效率不高执行速度较慢，执行效率不高执行速度较慢，执行效率不高3.3.应用：应用：应用：应用：用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，特别适用于系列机。特别适用于系列机。特别适用于系列机。特别适用于系列机。4.4.两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：第49页，本讲稿共50页组合逻辑控制组合逻辑控制(硬布线控制硬布线控制)与微程序控制比较与微程序控制比较产生微产生微命令方命令方法法时序划时序划分分规整性规整性可扩展可扩展性性速度速度组合逻辑组合逻辑控制控制(硬布硬布线控制线控制)组合逻组合逻辑电路辑电路(门电路、门电路、触发器触发器)提供提供三级时三级时序：序：CPU周周期、节期、节拍、脉拍、脉冲冲不规整不规整不易修不易修改、扩改、扩展展快快微程序控微程序控制制存储逻存储逻辑辑(微指微指令令)提供提供二级时二级时序：微序：微指令周指令周期、脉期、脉冲冲规整规整易修改、易修改、扩展扩展慢慢第50页，本讲稿共50页