《微程序控制器.ppt

5.4 微程序控制器 5.4.1 　　微命令和微操作 5.4.2 　　微指令和微程序 5.4.3 　　微程序控制器原理框图 5.4.4　　 微程序举例 5.4.5 　　CPU周期与微指令周期的关系 5.4.6　　 机器指令与微指令的关系 微命令和微操作 微命令 控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。 微操作 执行部件接受微命令后所进行的操作。 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。 简单运算器数据通路 微指令和微程序 微指令 在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合。 微程序 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。 微程序控制器原理框图 它主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。 控制存储器 　　控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令；接着又读出下一条微指令，又执行这一条微指令……。读出一条微指令并执 行微指令的时间总和称为一个微指令周期。通常，在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只读存储器的工作周期。控制存储器的字长就是微指令字的长度，其存储容量视机器指令系统而定，即取决于微程序的数量。对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。 微指令寄存器 　　微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。 地址转移逻辑 　　在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一条微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出。当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。在这种情况下，通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容，并按改好的内容去读下一条微指令。地址转移逻辑就承担自动完成修改微地址的任务。 微程序举例 一条机器指令对应一个微程序。 十进制加法指令 十进制加法指令的功能是用BCD码来完成十进制数的加法运算。在十进制中，两数相加之和大于9时产生进位，用BCD码进行加法运算，当和数大于9时，必须进行加6修正。 000 000 000 000 11111 10 0000 010 100 100 100 00000 00 1001 010 001 001 100 00000 01 0000 010 001 001 001 00000 00 0000 CPU周期与微指令周期的关系 在串行方式的微程序控制器中: 微指令周期 = 读出微指令时间 + 执行该条微指令时间 下图示出了某小型机中CPU周期与微指令周期的时间关系： 设某计算机运算器框图如图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平工作)，SA,SB为16位暂存器。4个通用寄存器由D触发器组成，Q端输出，其读、写控制功能见下表。 机器采用串行微程序控制方式，其微指令周期见图（b)。其中读ROM是从控存中读出一条微指令时间，为1μs；ALU工作是加法器做加法运算，为500ns；m1是读寄存器时间，为500ns；m2是写寄存器的工作脉冲宽度，为100ns。 微指令字长12位，微指令格式如下： 5.4.2 微程序设计技术 设计微指令应当追求的目标 有利于缩短微指令的长度 有利于缩小CM的容量 有利于提高微程序的执行速度 有利于对微指令的修改 有利于提高微程序设计的灵活性 5..4.2 微程序设计技术 微命令编码 微地址的形成方法 微指令格式 动态微程序设计 编码表示法：将操作控制字段分为若干个小段，每段内采用最短编码法，段与段之间采用直接控制法。 5.4.2 微程序设计技术 编码表示法特点：可以避免互斥，使指令字大大缩短，但增加了译码电路，使微程序的执行速度减慢 微命令编码 对微指令中的操作控制字段采用的表示方法。 1.直接表示法 　　其特点是操作控制字段中的 每一位代表一个微命令。这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。缺点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。 2.编码表示法 　　编码表示法是把一组相斥性的微命令信号组成一个小组(即一个字段) ，然后通过小组(字段）译码器对每一个微命令信号进行译码 ，译码输出作为操作控制信号，其微指令结构如下图所示。 3.混合表示法 　　这种方法是把直接表示法与字段编码法混合使用，以便能综合考虑指令字长、灵活性、执行微程序速度等方面的要求。 设某计算机运算器框图如图(a)所示，