微程序控制器原理

微程序控制器原理第一页，共二十三页，2022年，8月28日3.4.2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

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PC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。第二页，共二十三页，2022年，8月28日（2）微指令寄存器µIR功能：微地址形成电路

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PC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)第三页，共二十三页，2022年，8月28日（3）微地址形成电路功能：微地址形成电路

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PC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。第四页，共二十三页，2022年，8月28日2.工作过程（1）取机器指令CM取指微指令µIR微命令字段译码器微命令主存机器指令IR微地址形成电路

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PC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控制存储器微命令字段微地址字段译码器微命令序列第五页，共二十三页，2022年，8月28日（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（3）执行首条微指令µIRµIR译码器微地址形成电路

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PC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控制存储器微命令字段微地址字段微命令操作部件第六页，共二十三页，2022年，8月28日（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后续微地址µARCM后续微指令µIR微地址形成电路

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PC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第七页，共二十三页，2022年，8月28日（5）执行后续微指令同（3）微地址形成电路

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PC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（6）返回微程序执行完，返回CM(存放取指微指令的固定单元)。第八页，共二十三页，2022年，8月28日3.4.3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。第九页，共二十三页，2022年，8月28日（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

AIBIZOAOPMOPKKST

3333444运算器输入控制运算器输出控制操作类型控制访M、I/O控制常数辅助操作第十页，共二十三页，2022年，8月28日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。

C0RW111C0=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。第十一页，共二十三页，2022年，8月28日（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

A

BR、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第十二页，共二十三页，2022年，8月28日操作唯一；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

A

BR、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；第十三页，共二十三页，2022年，8月28日（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。第十四页，共二十三页，2022年，8月28日（4）其他编码方法1)微指令译码与机器指令译码复合控制例.机器指令

寄存器号

寄存器传A微指令译码器译码器001RA

R1A门第十五页，共二十三页，2022年，8月28日例.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0113.4.4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，操作码第十六页，共二十三页，2022年，8月28日例.机器指令1

0F(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页第十七页，共二十三页，2022年，8月28日（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第十八页，共二十三页，2022年，8月28日（3）用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移入口地址1PLA

IR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。第十九页，共二十三页，2022年，8月28日顺序：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第二十页，共二十三页，2022年，8月28日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.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路分支第二十一页，共二十三页，2022年，8月28日同步控制，用统一微指令周期控制各条微指令执行。P3.4.5微程序时序安排微指令周期微指令打入µIR二级时序：控制数据通路操作结果打入目的地，读取后续微指令后续微地址打入µAR时钟周