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1、 2005.11.252005.11.25Computer Organization北京化工大学北京化工大学北京化工大学北京化工大学信息科学与技术学院信息科学与技术学院信息科学与技术学院信息科学与技术学院韩韩韩韩 阳阳阳阳本科课程教学本科课程教学本科课程教学本科课程教学 CSE3260DCSE3260D 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理5.5.1 5.5.1 微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想2组合逻辑控制器：由大量的逻辑门和触发器组成。组合逻辑控制器：由大量的逻辑门和触发器组成。组合逻辑控制器：由大量的逻辑门和触发器组成。组合逻辑控制器：
2、由大量的逻辑门和触发器组成。微程序控制器：基于微程序控制器：基于微程序控制器：基于微程序控制器：基于“存储程序，顺序执行存储程序，顺序执行存储程序，顺序执行存储程序，顺序执行”的思想体制。的思想体制。的思想体制。的思想体制。微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想微程序控制的基本思想1.若干微命令编制成一条微指令，控制实现若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作；一步操作；2.若干微指令组成一段微程序，解释执行一若干微指令组成一段微程序，解释执行一条机器指令；条机器指令；3.微程序事先存放在微程序事先存放在控制存储器控制存储器(CM)中，执中，执4.行机器指令时再取出。
3、行机器指令时再取出。1.若干微命令编制成若干微命令编制成一条微指令一条微指令，控制实现，控制实现一步操作；一步操作；2.若干微指令组成若干微指令组成一段微程序一段微程序，解释执行一，解释执行一条机器指令；条机器指令；CPUCPU的构成的构成引入了程序技术，使设计规整；引入了程序技术，使设计规整；引入了存储逻辑，使功能易于引入了存储逻辑，使功能易于扩展。扩展。5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理3 345.5.2 微程序控制器组成原理微程序控制器组成原理5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存
4、器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR1.1.主要部件主要部件（1 1）控制存储器）控制存储器CMCM功能：功能：存放微程序存放微程序。CMCM属于属于CPUCPU，不属于主存储器。，不属于主存储器。55.5 微程序控制器原理微程序控制器原理（2 2）微指令寄存器）微指令寄存器 IR功能：功能：微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR存放现行微指令存放现行微指令。微命令
5、字段：微命令字段：提供一步操作所需的微命令。提供一步操作所需的微命令。微地址字段：微地址字段：指明后续微地址的形成方式。指明后续微地址的形成方式。提供微地址的给定部分。提供微地址的给定部分。(微操作控制字段微操作控制字段)(顺序控制字段顺序控制字段)65.5 微程序控制器原理微程序控制器原理（3 3）微地址形成电路）微地址形成电路功能：功能：微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR提供两类微地址。提供两类微地址。微程序入口地址：微程序入口地址：由机器指令
6、由机器指令操作码操作码形成。形成。后续微地址：后续微地址：由由微地址字段微地址字段、现行微地现行微地址址、运行状态运行状态等形成。等形成。75.5 微程序控制器原理微程序控制器原理2.2.工作过程工作过程 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令（1 1）取机器指令）取机器指令CMCM取指微指令取指微指令IRIR控制存储器控制存储器 取指微指令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 I
7、R微命令字段微命令字段译码器译码器控制存储器控制存储器微命令微命令主存主存机器指令机器指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IRIR 译码器译码器微命令序列微命令序列85.5 微程序控制器原理微程序控制器原理（2 2）转微程序入口）转微程序入口IRIR操作码操作码微地址形微地址形成电路成电路入口入口ARAR微命令字段微命令字段CMCM首条微指令首条微指令 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR 取指微指令取指微指令控制存储器控制存储器 取指微指
8、令取指微指令微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 IR控制存储器控制存储器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 译码器译码器微命令序列微命令序列 微地址微地址形成电路形成电路 IR微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路控制存储器控制存储器微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（3 3）执行首条微指令）执行首条微指令控制存储器控制存储器 译码器译码器IRIRIRIR译码器译码器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段微命令序列微命令序列微命令微命令操作部件操作部件95.5 微程序控制器原理微程序控制器原理
9、 微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR（4 4）取后续微指令）取后续微指令微地址字段微地址字段现行微地址现行微地址运行状态运行状态微地址形微地址形成电路成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器后续微地址后续微地址ARAR 微地址微地址形成电路形成电路控制存储器控制存储器CMCM后续微指
10、令后续微指令IRIR微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段105.5 微程序控制器原理微程序控制器原理（5 5）执行后续微指令）执行后续微指令同（同（3 3）微地址微地址形成电路形成电路 IR PSW PC微地址寄存器微地址寄存器 AR控制存储器控制存储器CM 译码器译码器微命令序列微命令序列微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段IR微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段 PSW微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器微地址寄存器 微地址微地址形成电路形成电路
11、微地址寄存器微地址寄存器微命令字段微命令字段 微地址字段微地址字段（6 6）返回）返回微程序执行完，返回微程序执行完，返回CMCM(存放存放取指微指令取指微指令的的固定单元固定单元)。115.5 微程序控制器原理微程序控制器原理5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微命令：构成控制信号序列的最小单位。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操作。微操作：由微命令控制实现的最基本操
12、作。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微指令：若干个微命令的组合。微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应微周期：指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应 的微操作所需的时间。的微操作所需的时间。的微操作所需的时间。的微操作所需的时间。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。微程序：一系列微指令的有序集合。控制存储器：存放微程序的只读存储器。控制存储器：存放微程序的只读存储器。控制存储器
13、：存放微程序的只读存储器。控制存储器：存放微程序的只读存储器。5.5.25.5.25.5.25.5.2 微程序控制器的基本概念微程序控制器的基本概念结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器结论：执行一条指令实际上就是执行一段存放在控制存储器 中的微程序。中的微程序。中的微程序。中的微程序。5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制的设计思想：微程序控制的设计思想：将机器指令分解为将机器指令分解为将机器指令分解为将机器指令分解为基本基
14、本基本基本的的的的微命令微命令微命令微命令序列，用二进制代码表示序列，用二进制代码表示序列，用二进制代码表示序列，用二进制代码表示这些微命令，并编成这些微命令，并编成这些微命令，并编成这些微命令，并编成微指令微指令微指令微指令，再形成，再形成，再形成，再形成微程序微程序微程序微程序；每种机器指令对；每种机器指令对；每种机器指令对；每种机器指令对应一段微程序，存放到固定的应一段微程序，存放到固定的应一段微程序，存放到固定的应一段微程序，存放到固定的控制存储器控制存储器控制存储器控制存储器中；执行一条机器指中；执行一条机器指中；执行一条机器指中；执行一条机器指令时只需从控制存储器中逐条取出与之对应
15、的一段微程序，就令时只需从控制存储器中逐条取出与之对应的一段微程序，就令时只需从控制存储器中逐条取出与之对应的一段微程序，就令时只需从控制存储器中逐条取出与之对应的一段微程序，就可以产生各种微操作信号，实现机器指令的功能。可以产生各种微操作信号，实现机器指令的功能。可以产生各种微操作信号，实现机器指令的功能。可以产生各种微操作信号，实现机器指令的功能。一条机器指令一条机器指令一条机器指令一条机器指令一段微程序一段微程序一段微程序一段微程序若干条有序的微指令若干条有序的微指令若干条有序的微指令若干条有序的微指令一条微指令一条微指令一条微指令一条微指令若干条微命令若干条微命令若干条微命令若干条微命
16、令5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理 微指令的基本结构5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器的组成框图微程序控制器的组成框图5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理操作码操作码操作码操作码 地址码地址码地址码地址码指令译码指令译码控制存储器控制存储器控制字段控制字段 下址下址微程序控制器的工作原理图微程序控制器的工作原理图指令寄存器指令寄存器IRIR形成本条指令的形成本条指令的微程序入口地址微程序入口地址微指令寄存器微指令寄存器5.5 5.5 微程序控制器
17、原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理 指令的指令的指令的指令的OPOP与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较与微程序入口的可能映射方式及比较a)OPa)OP就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址就是指令微程序的入口地址010000100010001100011100111001OPOP0100001000.1000110001.1100111001125.5.3 微程序举例微程序举例例例例例 “十进制加法十进制加法十进制加法十进制加法”指令指令指令指令一段微程序一段微程序一段微程序一段微
18、程序 P175P1755.5 微程序控制器原理微程序控制器原理5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理 微程序在控存中的存放及微程序控制器的工作过程微程序在控存中的存放及微程序控制器的工作过程000 000 000 000 11111 10 0000010 001 001 001 00000 00 0000000000011010 010 100 100 100 00000 00 10011001 010 001 001 100 00000 01 0010控制存储器控制存储器取指取指R2R3R2R2+R3R2R1+R2R2.5.5.4 CPU5.5.4 CPU周期与微指令周期的关系周期与微指令
19、周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系13135.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理 微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间微指令周期：读出微指令到执行完该条微指令的时间 在串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中在串行方式的微程序控制器中:微指令周期微指令周期微指令周期微指令周期=读出微指令的时间读出微指令的时间读出微指令的时间读出微指令的时间+执行该条微指令的时间执行该条微指令的时间执行该条微指令的
20、时间执行该条微指令的时间为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指令为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指令为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指令为了保持整个机器控制信号的同步，可将一个微指令周期设计与周期设计与周期设计与周期设计与CPUCPU周期时间相等。周期时间相等。周期时间相等。周期时间相等。5.5.4 CPU5.5.4 CPU周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系周期与微指令周期的关系13135.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理14145.5.55.5.5 机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关
21、系机器指令与微指令的关系机器指令与微指令的关系5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理J一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释一条机器指令对应一段微程序，由微指令解释执行执行执行执行J机器指令与内存机器指令与内存机器指令与内存机器指令与内存MM有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器有关，微指令与控制存储器CMCM有关有关有关有关J每个每个每个每个CPUCPU周期对应一条微指令周期对应一条微指令周期对应一条微指令周期对应一条微指令15155.
22、5.65.5.6 微指令格式和微命令编码方法微指令格式和微命令编码方法微指令格式和微命令编码方法微指令格式和微命令编码方法1.格式分类格式分类格式分类格式分类5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令(1)(1)水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，并行操作能力强，效率高，灵活性强，并行操作能力强，效率高，灵活性强，并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令则较差。则较差。则较差
23、。则较差。(2)(2)水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令执行一条指令的时间短，执行一条指令的时间短，执行一条指令的时间短，执行一条指令的时间短，垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令执行时间长。执行时间长。执行时间长。执行时间长。(3)(3)由由由由水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令解释指令的微程序，有微指令字较长解释指令的微程序，有微指令字较长解释指令的微程序，有微指令字较长解释指令的微程序，有微指令字较长而微程序短的特点。而微程序短的特点。而微程序短的特点。而微程序短的特点。垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令则相反。则相反。则相反。则相反
24、。(4)(4)水平型微指令水平型微指令水平型微指令水平型微指令用户难以掌握，而用户难以掌握，而用户难以掌握，而用户难以掌握，而垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令垂直型微指令与指令与指令与指令与指令比较相似，相对来说，比较容易掌握。比较相似，相对来说，比较容易掌握。比较相似，相对来说，比较容易掌握。比较相似，相对来说，比较容易掌握。混合型微指令混合型微指令混合型微指令混合型微指令16165.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理（1 1）垂直型微指令）垂直型微指令优点：优点：一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。一条微指令定义并执行几种并行的基本操作。微
25、指令短、简单、规整，便于编写微微指令短、简单、规整，便于编写微程序。程序。缺点：缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。微程序长，执行速度慢；工作效率低。（2 2）水平型微指令）水平型微指令一条微指令定义并执行一种基本操作。一条微指令定义并执行一种基本操作。优点：优点：缺点：缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。微指令长，编写微程序较麻烦。微程序短，执行速度快。微程序短，执行速度快。（3 3）混合型微指令）混合型微指令微指令不长，便于编写；微程序不长，执行微指令不长，便于编写；微程序不长，执行速度加快。速度加快。在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。操作
26、。例例.长城长城203203微指令微指令 AI BI ZO AOP MOP KK STAI BI ZO AOP MOP KK ST 3 3 3 3 4 4 4运算器运算器输入控输入控制制运算器运算器输出控输出控制制操作操作类型类型控制控制访访M M、I/OI/O控控制制常数常数辅助辅助操作操作17水平型微指令和垂直型微指令的比较水平型微指令和垂直型微指令的比较a.a.水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性强，垂直b.b.型微指令则比较差。型微
27、指令则比较差。型微指令则比较差。型微指令则比较差。b.b.水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行执水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行执水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行执水平型微指令执行一条指令的时间短，垂直型微指令执行执行一条指令的时间长。行一条指令的时间长。行一条指令的时间长。行一条指令的时间长。c.c.由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较长，微由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较长，微由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较长，微由水平型微指令解释指令的微程序，具有微指令字较长，微程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指
28、令短而微程序长程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令短而微程序长程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令短而微程序长程序短的特点；垂直型微指令则相反，微指令短而微程序长5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理2.2.微命令编码方法微命令编码方法(如何表示微操作如何表示微操作)（1 1）直接控制法）直接控制法例例.某微指令某微指令微命令按位给出。微命令按位给出。不需译码，产生微命令的速度快；不需译码，产生微命令的速度快；信息的表示效率低。（微指令长，占信息的表示效率低。（微指令长，占CMCM容量容量大）。大）。C C0 0 0 0 R WR W1 1 1
29、1 1 11 1 11 1 1C C0=0=0=0=0 0 进位初值为进位初值为0 01 1 进位初值为进位初值为1 1R R=0 0 不读不读1 1 读读0 0 不写不写1 1 写写W W=微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。1818如何确定微指令的结构，是微程如何确定微指令的结构，是微程序设计的关键。序设计的关键。(1)(1)直接表示法直接表示法直接表示法直接表示法 操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令操作字段的每一位表示一个微命令 优点优点优点优点:简单、直观，输出直接用于控制简单、直观，输出直
30、接用于控制简单、直观，输出直接用于控制简单、直观，输出直接用于控制 缺点缺点缺点缺点:微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量微指令字长、不利于减少控存容量19（2 2）分段直接编译法）分段直接编译法 （单重定义编码）（单重定义编码）例例.对加法器输入端进行控制。对加法器输入端进行控制。微命令由字段编码直接给出微命令由字段编码直接给出（显式编码）（显式编码）。000 000 不发命令不发命令微指令中设置微指令中设置AIAI字段，控制字段，控制加法器的输入选择。加法器的输入选择。加法器加法器 A BR、CD、ER、CD、FAIAI3010 C A
31、010 C A100 F B100 F B001 R A001 R A010 C A010 C A011 D B011 D B011 D B011 D B？微命令分组原则：微命令分组原则：同类操作中同类操作中互斥互斥的的微命令放同一字段。微命令放同一字段。不能同时出现不能同时出现CD20操作唯一；操作唯一；加法器加法器A A输入端的控制命令放输入端的控制命令放AIAI字段，字段，B B输入端的控制命令输入端的控制命令放放BIBI字段。字段。加法器加法器 A BR、CD、ER、CD、F000 000 不发命令不发命令010 C A010 C A100 E A100 E A001 R A001 R
32、 A011 D A011 D ACDAI BIAI BI3 3010 C A010 C A000 000 不发命令不发命令010 C B010 C B100 F B100 F B001 R B001 R B011 D B011 D B011 D B011 D BAIAI：BIBI：一条微指令能同时一条微指令能同时提供若干微命令，便于组织各种操作。提供若干微命令，便于组织各种操作。编码较简单；编码较简单；微操作是计算机中最基本的操作，由于数据微操作是计算机中最基本的操作，由于数据路、逻辑功能的关系，微操作可以分为相容路、逻辑功能的关系，微操作可以分为相容性的和相斥性的微操作：性的和相斥性的微操作
33、：相容性的微操作相容性的微操作 能同时并行执行的微操作能同时并行执行的微操作 相斥性的微操作相斥性的微操作 不能同时并行执行的微操作不能同时并行执行的微操作5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：图中相斥性的微操作有：(+(+、M)(4 M)(4、6 6、8)(5 8)(5、7 7、9)9)图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：图中相容性的微操作有：1 1、2 2、3 3(4(4、6
34、 6、8)8)与与与与(5(5、7 7、9)9)两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合两组中各取一个任意组合（3 3）分段间接编译法）分段间接编译法 （多重定义编码，隐式编码）（多重定义编码，隐式编码）例例.微命令由本字段编码和其他字段解释共同给出。微命令由本字段编码和其他字段解释共同给出。C C=C AC A 1)1)设置解释位或解释字段设置解释位或解释字段解释位解释位1 1 A A为某类命令为某类命令0 0 A A为常数为常数/另一类微另一类微 命令命令2)2)分类编译分类编译按功能类型将微指令分类，分别安排各类微按功能类型将微指令分类，分别安排各类微指令格式和
35、字段编码，并设置区分标志。指令格式和字段编码，并设置区分标志。例例.DJS-220 .DJS-220 微指令分两类。微指令分两类。21（4 4）其他编码方法）其他编码方法微指令微指令CPUCPU方式方式(触发器触发器C=0)C=0)I/OI/O方式方式(触发器触发器C=1)C=1)1)1)微指令译码与机器指令译码复合控制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全加器运算方式控制C=0 C=0 QC QC15 16 17C=1 C=1 QCQC JCCJCC15 16 17通道专用操作方式控制通道专用操作方式控制例例.机器指令机器指令 寄存器号寄存器号 寄存器传寄存器传A微指令微指令译
36、码器译码器译码器译码器001001R AR A R1 A A门门222)2)微地址参与解释微地址参与解释004004微地址微地址微指令微指令 取指标志取指标志 变址标志变址标志 0110115.5 微程序控制器原理微程序控制器原理23例例 DJS180 DJS180系列系列 26 26个局部性微命令个局部性微命令(2)(2)编码表示法编码表示法编码表示法编码表示法 把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器把一组互斥的信号组成一个小组，然后通过小组译码器译码，译码输出将作为操作控制信号。每次每
37、个小组最多译码，译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多译码，译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多译码，译码输出将作为操作控制信号。每次每个小组最多只能有一个有效。只能有一个有效。只能有一个有效。只能有一个有效。译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码译码字段字段字段字段1 1字段字段字段字段2 2字段字段字段字段3 3 P P字段字段字段字段下地址字段下地址字段下地址字段下地址字段微微微微 命命命命 令令令令 若某小组有若某小组有若某小组有若某小组有4 4个微命令，则微指令中该字段需要多少位？个微命令，则微指令中该字段需要多少位？个微命令，则微指令中该字段需要
38、多少位？个微命令，则微指令中该字段需要多少位？需要需要需要需要3 3位，为什么？位，为什么？位，为什么？位，为什么？因为每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。因为每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。因为每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。因为每字段经过译码后，要有一个状态表示不使用本组中的微命令。5.5.75.5.7 微地址形成方式微地址形成方式微地址形成方式微地址形成方式1.微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成2.后续微地址的形成后续微地址的形成后续微地址的形成后续微地址的形成1)增量方式增
39、量方式增量方式增量方式 （计数器方式）（计数器方式）（计数器方式）（计数器方式）2)3)2 2）断定方式断定方式断定方式断定方式 （直接给定和测试断定相结合（直接给定和测试断定相结合（直接给定和测试断定相结合（直接给定和测试断定相结合形形形形4)成微地址）成微地址）成微地址）成微地址）5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理2424 后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生后继微地址由现行微地址加上一个增量来产生 AR=PC+15.5.75.5.7 微地址形成方式微地址形成方式微地址形成方式微地址形成方式5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微
40、程序控制器原理微程序控制器原理2424 多路转移方式：多路转移方式：多路转移方式：多路转移方式：一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。一条微指令具有多个转移分支的能力。取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作取指微指令执行后，下一条微指令由指令操作OPOP指定指定指定指定 当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段给出下当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段给出下当微程序不出现分支时，直接由微指令的顺序控制字段给出下当微程序不出现分支时
41、，直接由微指令的顺序控制字段给出下一条微指令的地址。一条微指令的地址。一条微指令的地址。一条微指令的地址。当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修改顺序控制的当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修改顺序控制的当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修改顺序控制的当出现转移时，由判别测试字段和状态条件来修改顺序控制的某些位来实现多路分支。某些位来实现多路分支。某些位来实现多路分支。某些位来实现多路分支。顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有顺序控制字段该信息有n n位，微程序就有位，微程序就有位，微程序就有位，微程序就有2 2n n路转移路转移路转移路转移【例】【例】
42、微地址寄存器有微地址寄存器有6位位(A5-A0)，当需要修改其内容时，可，当需要修改其内容时，可通过某一位触发器的强置端通过某一位触发器的强置端S将其置将其置“1”。现有三种情况：。现有三种情况：(1)执行执行“取指取指”微指令后，微程序按微指令后，微程序按IR的的OP字段字段(IR3-IR0)进行进行16路分支；路分支；(2)执行条件转移指令微程序时，按进位标志执行条件转移指令微程序时，按进位标志C的状态进行的状态进行2路分支路分支(3)执行控制台指令微程序时，按执行控制台指令微程序时，按IR4，IR5的状态进行的状态进行4路分支。路分支。请按多路转移方法设计微地址转移逻辑。请按多路转移方法
43、设计微地址转移逻辑。【解】【解】按所给设计条件，微程序有三种判别测试，分别为按所给设计条件，微程序有三种判别测试，分别为P1，P2，P3。由于修改由于修改A5-A0内容具有很大灵活性，现分配如下：内容具有很大灵活性，现分配如下：(1)用用P1和和IR3-IR0修改修改A3-A0；(2)用用P2和和C修改修改A0；(3)用用P3和和IR5，IR4修改修改A5，A4。另外还要考虑时间因素另外还要考虑时间因素T4(假设假设CPU周期最后一个节拍脉冲周期最后一个节拍脉冲)，故转移逻辑表达式，故转移逻辑表达式如下：如下：A5=P3IR5T4 A4=P3IR4T4 A3=P1IR3T4 A2=P1IR2T
44、4A1=P1IR1T4 A0=P1IR0T4+P2CT425例例.机器指令机器指令1 0F(80F(8位位)入口地址入口地址=00000FH0FH CM机器指令机器指令2 10(810(8位位)入口地址入口地址=000010H10H 000F000F00100010无条件转无条件转 微地址微地址1 1微地址微地址1 1微程序微程序1 1无条件转无条件转 微地址微地址2 2微地址微地址2 2微程序微程序2 2 功能转移功能转移 功能转移功能转移0 0页页265.5.85.5.8 微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计1.时序安排时序安排时序安排时序安排2.二级时序（微指
45、令周期、脉冲）二级时序（微指令周期、脉冲）二级时序（微指令周期、脉冲）二级时序（微指令周期、脉冲）5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理272728同步控制，用统一微指令周期控制各条微指同步控制，用统一微指令周期控制各条微指令执行。令执行。P P 微程序时序安排微程序时序安排微指令周期微指令周期 微指令微指令打入打入 IR(CM IR)二级时序：二级时序：控制数控制数据通路据通路操作操作 结果打结果打入目的入目的地，地，读取后续读取后续微指令微指令后续微后续微地址打地址打入入 AR为什么？为什么？5.5.85.5.8 微程序控制器设计微程序控制器设计微
46、程序控制器设计微程序控制器设计2.2.微指令格式微指令格式微指令格式微指令格式 按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，按操作类型（数据通路各段操作）划分字段，按操作类型（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。同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。同类操作中互斥的微命令放同一字段。5.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理29295.5.85.5.8 微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计微程序控制器设计3.3.微程序编制微程序编制微程序编制微程序编制1
47、)编写程序编写程序编写程序编写程序2)实现分支实现分支实现分支实现分支3)微指令实例微指令实例微指令实例微指令实例 4)例例例例 微指令代真（微指令代真（微指令代真（微指令代真（“取指取指取指取指”微指令）微指令）微指令）微指令）5)PCMARPCMAR6)PC+1PC PC+1PC7)按按按按OPOP分支分支分支分支8)0001020001025.5 5.5 微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理30305.5.95.5.9 微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用微程序控制方式优缺点及应用5.5 5.5 微程序控制器原理微程序
48、控制器原理微程序控制器原理微程序控制器原理31311.1.优点：优点：优点：优点：结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；结构规整，设计效率高；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；易于修改，扩展指令系统功能；可靠性高；可靠性高；可靠性高；可靠性高；性价比高。性价比高。性价比高。性价比高。2.2.缺点：缺点：缺点：缺点：执行速度较慢，执行效率不高执行速度较慢，执行效率不高执行速度较慢，执行效率不高执行速度较慢，执行效率不高3.3.应用：应用：应用：应用：用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功
49、能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，用于对速度要求不太高的、功能较复杂的机器中，特别适用于系列机。特别适用于系列机。特别适用于系列机。特别适用于系列机。4.4.两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：两种控制方式的比较：组合逻辑控制组合逻辑控制(硬布线控制硬布线控制)与微程序控制比较与微程序控制比较产生微产生微命令方命令方法法时序划时序划分分规整性规整性可扩展可扩展性性速度速度组合逻辑组合逻辑控制控制(硬硬布线控制布线控制)组合逻组合逻辑电路辑电路(门电路、门电路、触发器触发器)提供提供三级时三级时序：序：CPU周周期、节期、节拍、脉拍、脉冲冲不规整不规整不易修不易修改、扩改、扩展展快快微程序控微程序控制制存储逻存储逻辑辑(微指微指令令)提供提供二级时二级时序：微序：微指令周指令周期、脉期、脉冲冲规整规整易修改、易修改、扩展扩展慢慢