1、第二節(jié) 微程序控制器原理4.2.1 微程序控制的基本思想1. 若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2. 若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；3. 微程序事先存放在控制存儲(chǔ)器中，執(zhí)行機(jī)器指令時(shí)再取出。1. 若干微命令編制成一條微指令，控制實(shí)現(xiàn)一步操作；2. 若干微指令組成一段微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令；CPU的構(gòu)成引入了程序技術(shù)，使設(shè)計(jì)規(guī)整；引入了存儲(chǔ)邏輯，使功能易于擴(kuò)展。4.2.2 組成原理1.主要部件（1）控制存儲(chǔ)器CM功能： 微地址形成電路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR存放微程序。CM屬于CPU，不屬

2、于主存儲(chǔ)器。（2）微指令寄存器 IR功能： 微地址形成電路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR存放現(xiàn)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：指明后續(xù)微地址的形成方式。提供微地址的給定部分。(微操作控制字段)(順序控制字段)（3）微地址形成電路功能： 微地址形成電路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR提供兩類微地址。微程序入口地址：由機(jī)器指令操作碼形成。后續(xù)微地址：由微地址字段、現(xiàn)行微地址、運(yùn)行狀態(tài)等形成。2.工作過(guò)程 微地址形成電路 IR PSW PC微地

3、址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR 取指微指令（1）取機(jī)器指令CM取指微指令I(lǐng)R控制存儲(chǔ)器 取指微指令微命令字段 微地址字段 譯碼器微命令序列 IR微命令字段譯碼器控制存儲(chǔ)器微命令主存機(jī)器指令微命令字段 微地址字段IR 譯碼器微命令序列（2）轉(zhuǎn)微程序入口IR操作碼微地址形成電路入口AR微命令字段CM首條微指令 微地址形成電路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR 取指微指令控制存儲(chǔ)器 取指微指令微命令字段 微地址字段 譯碼器微命令序列 IR控制存儲(chǔ)器微命令字段 微地址字段 譯碼器微命令序列 微地址形

4、成電路 IR微地址寄存器 微地址形成電路控制存儲(chǔ)器微地址寄存器微命令字段 微地址字段（3）執(zhí)行首條微指令控制存儲(chǔ)器 譯碼器IRIR譯碼器微命令字段 微地址字段微命令序列微命令操作部件 微地址形成電路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR（4）取后續(xù)微指令微地址字段現(xiàn)行微地址運(yùn)行狀態(tài)微地址形成電路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器 微地址形成電路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器后續(xù)微地址AR 微地址形成電路控制存儲(chǔ)器CM后續(xù)微指令I(lǐng)R微地址寄存器微命令字段 微地址字段（5）執(zhí)行后續(xù)微指令同（3） 微地址形成電

5、路 IR PSW PC微地址寄存器 AR控制存儲(chǔ)器CM 譯碼器微命令序列微命令字段 微地址字段IR微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器 微地址形成電路微命令字段 微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址形成電路微地址寄存器微命令字段 微地址字段（6）返回微程序執(zhí)行完，返回CM(存放取指微指令的固定單元)。4.2.3 微指令格式和編碼方法1.格式分類（1）垂直型微指令優(yōu)點(diǎn)：一條微指令定義并執(zhí)行幾種并行的基本操作。微指令短、簡(jiǎn)單、規(guī)整，便于編寫(xiě)微程序。缺點(diǎn)：微程序長(zhǎng)，執(zhí)行速度慢；工作效率低。（2）水平型微指令一條微指令定義并執(zhí)行一種基本操作。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：微指令長(zhǎng)，編寫(xiě)微程序較麻煩。

6、微程序短，執(zhí)行速度快。（3）混合型微指令微指令不長(zhǎng)，便于編寫(xiě)；微程序不長(zhǎng)，執(zhí)行速度加快。在垂直型的基礎(chǔ)上增加一些不太復(fù)雜的并行操作。例.長(zhǎng)城203微指令 AI BI ZO AOP MOP KK ST 3 3 3 3 4 4 4運(yùn)算器輸入控制運(yùn)算器輸出控制操作類型控制訪M、I/O控制常數(shù)輔助操作2.編碼方法（1）直接控制法例. 某微指令微命令按位給出。不需譯碼，產(chǎn)生微命令的速度快；信息的表示效率低。 C0 R W1 1 1C0=0 進(jìn)位初值為01 進(jìn)位初值為1R=0 不讀1 讀0 不寫(xiě)1 寫(xiě)W=微指令中通常只有個(gè)別位采用直接控制法。（2）分段直接編譯法例.對(duì)加法器輸入端進(jìn)行控制。微命令由字段編碼

7、直接給出。000 不發(fā)命令微指令中設(shè)置AI字段，控制加法器的輸入選擇。 加法器 A BR、CD、ER、CD、FAI3010 C A100 F B001 R A010 C A011 D B011 D B？微命令分組原則：同類操作中互斥的微命令放同一字段。不能同時(shí)出現(xiàn)CD操作唯一；加法器A輸入端的控制命令放AI字段，B輸入端的控制命令放BI字段。 加法器 A BR、CD、ER、CD、F000 不發(fā)命令010 C A100 E A001 R A011 D ACDAI BI3 3010 C A000 不發(fā)命令010 C B100 F B001 R B011 D B011 D BAI：BI： 一條微指令

8、能同時(shí)提供若干微命令，便于組織各種操作。 編碼較簡(jiǎn)單；（3）分段間接編譯法例. 微命令由本字段編碼和其他字段解釋共同給出。C = C A 1) 設(shè)置解釋位或解釋字段解釋位1 A為某類命令0 A為常數(shù)2) 分類編譯按功能類型將微指令分類，分別安排各類微指令格式和字段編碼，并設(shè)置區(qū)分標(biāo)志。例.DJS-220 微指令分兩類。 （4）其他編碼方法微指令CPU方式(觸發(fā)器C=0)I/O方式(觸發(fā)器C=1)1) 微指令譯碼與機(jī)器指令譯碼復(fù)合控制全加器運(yùn)算方式控制C = 0 QC15 16 17C = 1 QC JCC15 16 17通道專用例.機(jī)器指令 寄存器號(hào) 寄存器傳A微指令譯碼器譯碼器001R A

9、R1 A門例. 2) 微地址參與解釋004微地址指令操作碼 1.微程序入口地址的形成 微指令 取指標(biāo)志 變址標(biāo)志 0114.2.4 微地址形成方式微程序入口 功能轉(zhuǎn)移（1）一級(jí)功能轉(zhuǎn)移各操作碼的位置、位數(shù)固定，一次轉(zhuǎn)換成功。 入口地址=頁(yè)號(hào)，操作碼 例. 機(jī)器指令1 0F(8位) 入口地址=000FH CM機(jī)器指令2 10(8位) 入口地址=0010H 000F0010無(wú)條件轉(zhuǎn) 微地址1微地址1微程序1無(wú)條件轉(zhuǎn) 微地址2微地址2微程序2 功能轉(zhuǎn)移 功能轉(zhuǎn)移0頁(yè)（2）二級(jí)功能轉(zhuǎn)移各類指令操作碼的位置、位數(shù)不固定， 分類轉(zhuǎn)： 需兩次轉(zhuǎn)換。 指令類型標(biāo)志 區(qū)分指令類型 功能轉(zhuǎn)： 指令操作碼 區(qū)分操作

10、類型 例.某指令系統(tǒng)： 雙操作數(shù)指令的操作碼占4位，其中高兩位為00，即雙操作數(shù)指令類型標(biāo)志； 單操作數(shù)指令的操作碼占6位，其中高兩位為01，即單操作數(shù)指令類型標(biāo)志。加法指令0001(4位) CM減法指令0010(4位) 無(wú)條件轉(zhuǎn) 1000001000000001無(wú)條件轉(zhuǎn) 1000 功能轉(zhuǎn)移 功能轉(zhuǎn)移求補(bǔ)指令011100(6位) (1K)分類轉(zhuǎn)移給定入口高6位1000000010無(wú)條件轉(zhuǎn) 加法地址無(wú)條件轉(zhuǎn) 減法地址分類轉(zhuǎn)移給定入口高4位1000011100無(wú)條件轉(zhuǎn) 求補(bǔ)地址加法地址加法微程序（3）用可編程邏輯陣列PLA實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移入口地址 1 PLA IR入口地址 2 2.后續(xù)微地址的形成 （

11、1）增量方式以順序執(zhí)行為主，輔以各種常規(guī)轉(zhuǎn)移方式。 順序：現(xiàn)行微地址+1。 跳步：現(xiàn)行微地址+2。 無(wú)條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址。 CMAA+1A+2BB條件轉(zhuǎn)移：現(xiàn)行微指令給出轉(zhuǎn)移微地址和轉(zhuǎn)移條件。 B 轉(zhuǎn)移條件 CC(條件滿足)(條件不滿足)轉(zhuǎn)微子程序：現(xiàn)行微指令給出微子程序入口。 轉(zhuǎn)移條件 CDD微子程序返回微主程序：現(xiàn)行微指令給出寄存器號(hào)。 A+1RR微指令 給定后續(xù)微地址高位部分 （2）斷定方式由直接給定和測(cè)試斷定相結(jié)合形成微地址。 給定部分 斷定條件指明后續(xù)微地址低位部分的形成方式 例1.微指令 D（給定） A（條件）2位位數(shù)可變微地址10位，約定：A=0110微地址低4位

12、為操作碼，D給定高 位；微地址低3位為機(jī)器指令目的尋址方式微地址低3位為機(jī)器指令源尋址方式6711編碼，D給定高 位；編碼，D給定高 位。716路分支8路分支8路分支例2.微指令 設(shè)微地址10位，4個(gè)狀態(tài)觸發(fā)器T1T4，微程序可按它們的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。給定 D A B 后續(xù)微地址00001010 D(8位) A(2位) B(2位)條件A 低位地址 00 0 01 1 10 T1 11 T2B 最低位地址 00 0 01 1 10 T3 11 T4000100001010010110T301000010101000001010111011T1T4000110110000101000000010100100001010100000101011同步控制，用統(tǒng)一微指令周期控制各條微指令執(zhí)行。 P 4.2.5 微程序時(shí)序安排微指令周期 微指令打入 IR二級(jí)時(shí)序：控制數(shù)據(jù)通