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1、第二节 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；,CPU的构成,引入了程序技术，使设计规整；,引入了存储逻辑，使功能易于 扩展。,4.2.2 组成原理,1.主要部件,（1）控制存储器CM,功能：,存放微程序。,CM属于CPU，不属于主存储器。,（2）微指令寄存器 IR,功能：,存放现行微指令。,微命
2、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：,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,取指微指令,（1）取机器指令,CM,取指微指令,IR,取指微指令,译码器,微命令序列,IR,微命令字段,译码器,微命令,主存,机器指令,IR,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,AR,微命令字段,CM,首条微指令,IR,微地址寄存器,微地址寄存器,（3）
3、执行首条微指令,译码器,IR,IR,译码器,微命令序列,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,PSW,微地址寄存器,PSW,微地址寄存器,微地址寄存器,后续微地址,AR,CM,后续微指令,IR,微地址寄存器,（5）执行后续微指令,同（3）,（6）返回,微程序执行完，返回CM,(存放取指微指令的固定单元)。,4.2.3 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
4、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,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。,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
5、的输入选择。,？,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,C,D,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。,C,D,AI：,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 =,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。,例.DJS-220 微指令分两类。,（4）其他编码方法,微指令,CPU方式(触发器C
6、=0) I/O方式(触发器C=1),1) 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,C = 0,C = 1,通道专用,例.,机器指令,微指令,译码器,译码器,001,R1,A门,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,011,4.2.4 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,例.,机器指令1,入口地址=000FH,机器指令2,入口地址=0010H,000F,0010,微地址1,微程序1,微地址2,微程序2,功能转移,功能转移,0页,（2）二级功能转
7、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,例.某指令系统： 双操作数指令的操作码占4位，其中 高两位为00，即双操作数指令类型标志； 单操作数指令的操作码占6位，其中 高两位为01，即单操作数指令类型标志。,加法指令,减法指令,1000000001,功能转移,功能转移,求补指令,(1K),分类转移,给定入口高6位,1000000010,分类转移,给定入口高4位,1000011100,加法地址,加法微程序,（3）用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移,入口地址 1,IR,入口地址 2,2.后续微地址的形成,（1）
8、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。,A,A+1,A+2,B,B,条件转移：现行微指令给 出转移微地址和转移条件。,B,C,(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 C,D,D,微子程序,返回微主程序：现行微指 令给出寄存器号。,R,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。,指明后续微地址低 位部分的形成方式,例1.,微指令,2位,位数可变,微地址10位，,约定：,A=,01,10,微地址低4位为操作码，
9、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,6,7,11,编码，D给定高 位；,编码，D给定高 位。,7,16路分支,8路分支,8路分支,例2.,微指令,设微地址10位，4个状态触发器T1T4， 微程序可按它们的状态转移。,给定,D A B 后续微地址,00001010,条件,A 低位地址,00 0,01 1,10 T1,11 T2,B 最低位地址,00 0,01 1,10 T3,11 T4,00,01,0000101001,01,10,T3,0,1,0000101010,0000101011,10,11,T1,T4,00 01 10 11,00001
10、01000 0000101001 0000101010 0000101011,同步控制，用统一微指令周期控制各条微指 令执行。,P,4.2.5 微程序时序安排,微指令周期,微指令 打入 IR,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 AR,时钟周期,4.2.6 微程序控制方式优缺点及应用,1.优点,（1）设计规整，设计效率高；,（2）易于修改、扩展指令系统功能；,（3）结构规整、简洁，可靠性高；,（4）性价比高。,2.缺点,（1）速度慢,访存频繁 转移较多,（2）执行效率不高,3.应用范围,用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。,特别适用于系列机,未充分发挥数据 通路本身具有的 并行能力,