微程序控制器1

第三节微程序控制器原理4.3.1微程序控制的基本思想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。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；CPU的构成引入了程序技术，使设计规整；引入了存储逻辑，使功能易于扩展。4.2.2组成原理1.主要部件（1）控制存储器CM功能：微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR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：微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR存放现行微指令。微命令字段：提供一步操作所需的微命令。微地址字段：指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段)(顺序控制字段)（3）微地址形成电路功能：微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR提供两类微地址。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。2.工作过程微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR取指微指令（1）取机器指令CM取指微指令µIR控制存储器取指微指令微命令字段微地址字段译码器微命令序列IR微命令字段译码器控制存储器微命令主存机器指令微命令字段微地址字段IR译码器微命令序列（2）转微程序入口IR操作码微地址形成电路入口µAR微命令字段CM首条微指令微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR取指微指令控制存储器取指微指令微命令字段微地址字段译码器微命令序列IR控制存储器微命令字段微地址字段译码器微命令序列微地址形成电路IR微地址寄存器微地址形成电路控制存储器微地址寄存器微命令字段微地址字段（3）执行首条微指令控制存储器译码器µIRµIR译码器微命令字段微地址字段微命令序列微命令操作部件微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码器微命令序列微命令字段微地址字段µIR（4）取后续微指令微地址字段现行微地址运行状态微地址形成电路微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址形成电路微命令字段微地址字段PSW微地址寄存器微地址寄存器后续微地址µAR微地址形成电路控制存储器CM后续微指令µIR微地址寄存器微命令字段微地址字段（5）执行后续微指令同（3）微地址形成电路IRPSWPC微地址寄存器

µAR控制存储器CM译码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电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电路微地址寄存器微命令字段微地址字段（6）返回微程序执行完，返回CM(存放取指微指令的固定单元)。3.基本概念和术语1.微命令与微操作微命令：构成控制信号序列的最小单位。由控制信号向有关的部件发出。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微命令是微操作的控制信号，微操作是命令控制的操作过程。2.微指令和微周期微指令：若干微命令的组合，以编码形式存放在CM的一个单元中，控制实现一步操作。微周期：从CM中读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。3.微程序与微程序设计微程序：一系列微指令的有序集合。微程序设计：将传统的程序设计方法运用到控制逻辑的设计中，因此也有微子程序、分支、循环等形态。4.工作程序与微程序、主M与CM4.3.3微指令格式和编码方法1.格式分类（1）垂直型微指令优点：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。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一种基本操作。优点：缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。微程序短，执行速度快。（3）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。在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。例.长城203微指令AIBIZOAOPMOPKKST3333444运算器输入控制运算器输出控制操作类型控制访M、I/O控制常数辅助操作2.编码方法（1）直接控制法例.某微指令微命令按位给出。不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。

C0

RW111C0=0进位初值为01进位初值为1R=0不读1读0不写1写W=微指令中通常只有个别位采用直接控制法。（2）分段直接编译法例.对加法器输入端进行控制。微命令由字段编码直接给出。000不发命令微指令中设置AI字段，控制加法器的输入选择。加法器ABR、CD、ER、CD、FAI3010CA100FB…001RA010CA011DB011DB？微命令分组原则：同类操作中互斥的微命令放同一字段。不能同时出现CD操作唯一；加法器A输入端的控制命令放AI字段，B输入端的控制命令放BI字段。加法器ABR、CD、ER、CD、F000不发命令010CA100EA001RA011DACDAIBI33010CA000不发命令010CB100FB001RB011DB011DBAI：BI：一条微指令能同时提供若干微命令，便于组织各种操作。编码较简单；（3）分段间接编译法例.微命令由本字段编码和其他字段解释共同给出。C=CA1)设置解释位或解释字段解释位1A为某类命令0A为常数2)分类编译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。例.DJS-220

微指令分两类。

（4）其他编码方法微指令CPU方式(触发器C=0)I/O方式(触发器C=1)1)微指令译码与机器指令译码复合控制全加器运算方式控制C=0QC151617C=1QC’

JCC’151617通道专用例.机器指令

寄存器号

寄存器传A微指令译码器译码器001RAR1

A门例.2)微地址参与解释004微地址指令操作码1.微程序入口地址的形成

微指令

取指标志

变址标志

0114.3.4微地址形成方式微程序入口功能转移（1）一级功能转移各操作码的位置、位数固定，一次转换成功。入口地址=页号，操作码例.机器指令10F(8位)

入口地址=000FHCM机器指令2

10(8位)

入口地址=0010H000F0010无条件转微地址1微地址1微程序1无条件转微地址2微地址2微程序2

功能转移

功能转移0页（2）二级功能转移各类指令操作码的位置、位数不固定，分类转：需两次转换。指令类型标志区分指令类型功能转：指令操作码区分操作类型例.某指令系统：双操作数指令的操作码占4位，其中高两位为00，即双操作数指令类型标志；单操作数指令的操作码占6位，其中高两位为01，即单操作数指令类型标志。加法指令0001(4位)

CM减法指令0010(4位)

无条件转1000001000000001无条件转1000

功能转移

功能转移求补指令011100(6位)

(1K)分类转移给定入口高6位1000000010无条件转加法地址无条件转减法地址分类转移给定入口高4位1000011100无条件转求补地址加法地址加法微程序（3）用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移入口地址1PLAIR入口地址22.后续微地址的形成

（1）增量方式以顺序执行为主，辅以各种常规转移方式。顺序：现行微地址+1。跳步：现行微地址+2。无条件转移：现行微指令给出转移微地址。CMAA+1A+2BB条件转移：现行微指令给出转移微地址和转移条件。B转移条件CC(条件满足)(条件不满足)转微子程序：现行微指令给出微子程序入口。转移条件CDD微子程序返回微主程序：现行微指令给出寄存器号。A+1RR微指令给定后续微地址高位部分（2）断定方式由直接给定和测试断定相结合形成微地址。

给定部分断定条件指明后续微地址低位部分的形成方式例1.微指令

D（给定）

A（条件）2位位数可变微地址10位，约定：A=0110微地址低4位为操作码，D给定高位；微地址低3位为机器指令目的寻址方式微地址低3位为机器指令源寻址方式6711编码，D给定高位；编码，D给定高位。716路分支8路分支8路分支例2.微指令设微地址10位，4个状态触发器T1～T4，微程序可按它们的状态转移。给定

DAB

后续微地址00001010

D(8位)A(2位)B(2位)条件A

低位地址00001110T111T2B最低位地址00001110T311T4000100001010010110T301000010101000001010111011T1T40001101100001010000000101001000010101000001010114.3.5微程序控制方式优缺点及应用1.优点

（1）设计规整，设计效率高；（2）易于修改、扩展指令系统功能；（3）结构规整、简洁，可靠性高；（4）性价比高。2.缺点

（1）速度慢访存频繁转移较多（2）执行效率不高3.应用范围

用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。特别适用于系列机未充分发挥数据通路本身具有的并行能力同步控制，用统一微指令周期控制各条微指令执行。P4.4.1微程