计组-5.4 微程序控制器

5.4 微程序控制器

一、基本原理

==设计思路==

• 一条机器指令对应一个微程序
  • 一个微程序有多条微指令（微周期，通常为一个机器周期）
    • 一条微指令可以做多个微操作（微命令）（构成控制序列的最小单位）

基本结构

CU的输入信号来源：

• ①译码器产生的指令信息
• ②时序系统产生的节拍信号
• ③执行单元的反馈信息（标志）

工作原理⭐

• 一条机器指令 == 一个微程序
• 一条机器指令 的执行过程 = 取指微程序（入口地址一般为CM的0号单元） + 执行微程序(不同指令微程序不同)
• 微程序个数 = 机器指令数 + 取址，间址，中断周期的公共微程序数。

①执行取指操作（公共）

• 启动取指： 机器开始运行时，自动将取指微程序入口地址（通常为CM的0号单元）送入μPC，并开始从CM中读取并执行取指微指令。

• 取指完成： 取指微程序执行完毕后，在其控制下，==从主存中取出的机器指令==已被存入指令寄存器（IR）中。

②产生执行微程序入口

• 由机器指令的操作码字段通过微地址形成部件，产生该机器指令所对应的微程序入口地址，并送入μPC。

③执行指令对应的微程序

• 从CM中逐条取出该指令对应的微指令并执行，直到该微程序执行完毕。

④返回取指微程序

• 执行完一条机器指令对应的微程序后，自动回到取指微程序的入口地址（0号单元），继续第①步，以完成取下一条指令的公共操作。

二、微指令设计

• 微指令的具体格式应该如何设计
• 如何根据微指令发出相应的微命令（微操作）

微指令基本格式：

• 操作控制（微操作码字段） + 顺序控制字段（微地址字段）

微指令的格式/类型

水平型微指令：

• 一条微指令可以定义==多个==可并行的微命令。

• 基本格式：操作控制+顺序控制

垂直型微指令：

• 一个微指令只能定义==一个==微命令。由微操作码字段规定具体功能。

• 基本格式：微操作码+目的地址+源地址

编码方式（水平型微指令）

• 编码目标：保证速度，尽量缩短字长

1.直接编码方式

2.字段直接编码方式

• ==微地址总位数：==微命令位数+微命令位数+…+判断测试位数+后继地址位数

3.字段间接编码方式

下一条微指令的地址形成方式

三、微程序控制单元的设计

设计步骤：

• 分析每个阶段的微操作序列
• 写出对应机器指令的微操作命令及节拍安排
• 确定微指令格式
• 编写微指令码点

1.分析每个阶段的微操作序列

eg取值周期（公共）

2.写出对应机器指令的微操作/命令及节拍安排

• 微程序控制器（相比于硬布线）特有的微操作：

3 4

硬布线VS微程序

硬布线不规整，微程序较规整

总结