计算机原理 6.10 微程序控制器

Posted 2020-12-12 fate-

1、微程序控制器基本思想

硬布线：同步逻辑、繁、快、贵、难改

一条指令多个时钟周期

一个时钟周期一个状态

一个状态对应一组并发信号

微程序：存储逻辑、简、慢、廉、易改

将并发信号事先存储为微指令

一条指令对应多条微指令

状态等同于存储器地址

 

 

2、微程序控制器工作原理

微程序是利用软件方法来设计硬件的技术

将完成指令所需的控制信号按格式编写成微指令，存放到控制存储器

　　一条机器指令对应一段微程序（多条微指令）

　　指令取指执行--》微程序的执行---》执行多条微指令--》依次生成控制信号

存储技术和程序设计相结合，回避复杂的同步时序逻辑设计

3、单总线结构CPU

主要部件都连接在总线上

各部件间通过总线进行传输

 

 4、单总线CPU微指令构造

操作控制字段：存储操作控制信号

　　每一位对应一个控制信号，也称微命令，可同时给出多个操作信号

顺序控制字段：用于控制微程序的执行顺序

　　判别逻辑为零，下一条微指令地址从下址字段获取，否则按约定规则生成。

 

 5、程序、微程序、指令、微指令对应关系

 

 5、微程序控制器组成原理框图（下址字段）

 

 指令寄存器IR是微程序控制器的最基本的输入，它将指令的操作码送到一个地址转移逻辑中，生成不同指令的微程序入口地址，每一条指令完成取指令以后，要进入到不同的执行状态，或者说要进入到不同的微程序入口地址，有了入口地址之后，再经过一个多路选择器进行选择，有可能是走不同指令的入口地址，也有可能是直接由微指令字的下址字段给出来的下址部分，到底要走哪个，由判别字段来选择，判别字段为1的时候，则走微程序入口地址，判别字段为零，则执行下一条微指令，得到正确的微地址后，送入到一个微地址寄存器中，微地址寄存器受时钟控制，每来一个时钟，对应的微地址寄存器就会重新更新地址，通过微地址寄存器，微地址输入到控制存储器（控存），控制存储器是用来存储微程序的，所以控制存储器得到一个微地址后，就会得到一条微指令，将微指令进行解析，一部分用来形成下址字段，一部分形成判别字段，一部分形成微操作控制字段，微操作控制字段会产生操作控制信号，这些信号会送到对应的功能部件，这些信号不需要执行，只需要连接到对应控制部件的控制执行点就可以了。、

整个框架系统初始化上电的时候R,μAR初始值为0，这代表我们最开始需要访问的是零号存储单元的微指令，而系统一上电之后，就应该进入取机器指令，执行机器指令的循环，所以第一条微指令一定对应取指微程序的第一条微指令，

6、微程序优势与劣势

速度慢   访存频繁、成本低廉

设计规整，设计简单，易于修改、扩展指令系统功能

　　

 

 硬布线控制器执行速度快，但设计复杂，代价昂贵，不便于修改，