计算机组成原理-36(蒋欣荣-星期三)

微程序控制器原理3.6.1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；微程序控制器组成原理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（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

译码器微命令序列控制存储器微命令字段微地址字段

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（3）执行首条微指令µIRµIR译码器

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控制存储器微命令字段微地址字段微命令操作部件（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（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（6）返回微程序执行完，返回CM(存放取指微指令的固定单元)。3.6.2

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=

CA

1)设置解释位或解释字段解释位1

A为某类命令0

A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。（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001RAR1A门例.2)微地址参与解释004微地址微指令

取指标志

变址标志011指令操作码1.微程序入口地址的形成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210(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）二级功能转移指令功能不仅与操作码有关,还与寻址方式有关;指令操作码的位置、位数不固定，需两次转换。

分类转：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（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.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3.6.3模型机微指令格式按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。（1）格式数据通路操作辅助操作AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124顺序控制访存操作（2）各字段功能1）数据通路操作AI：A输入选择000无输入001RiA010CA011DA100PCAR0～R3、SP、PCAIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124BI：B输入选择000无输入001RiB010CB011DB100MDRBSM：ALU功能选择S3S2S1S0MC0：初始进位选择S：移位选择ZO：结果分配001CPRi

R0～R3、PSWR0～R3、SP、PC、PSW2）访存操作EMAR、R、W3）辅助操作00无操作01开中断10关中断11SIR

AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124AIBISMC0SZOEMARRWSTSC335223111244）顺序控制增量断定0000顺序执行9种指明微地址形成方式SC：0001无条件转移0010按操作码分支0111转微子程序1000返回微主程序增量断定增量3.6.4模型机微程序的编制（1）编写顺序按指令执行顺序编写：取机器指令功能转移执行按操作码编码顺序，逐级分类编写：MOV指令、双操作数指令、单操作数指令、转移指令SC=0000（2）实现分支将同类断定依据所对应的微地址放在相应的微地址形成表中，用SC字段选取。顺序执行现行微地址+1SC=0001无条件转现行微指令给出转移微地址SC=0111转微子程序现行微指令给出微子程序入口SC=1000返回微主程序从寄存器取返回微地址微地址形成表：SC=0010按操作码分支（4路）表内单元地址（断定依据）：MOV双单元内容（微地址）单JMP/JSR03H取源数、目的地0CH取源数、目的数24H取目的数按J、PC分支3FHSC=0011执行规定操作后转取指入口按操作码DR分支（24路）进入执行DRMOV06HDRMOV0AH双单3DHSC=0100SC=0110从60H开始按J、PC分支（4路）40H46H顺序/转移地址PCSC=0101按源寻址方式分支（7路）4DH5EH按目的寻址方式分支1）取指微指令（3）微指令实例AIBISMC0SZOEMARRWSTSC33522311124MIR：微地址00000000000000000000110110000A