计算机组成原理——微程序控制器

&＃xff08;截图来自MOOC平台华中科技大学计算机组成原理课程&＃xff09;

硬布线控制器存在一些缺陷&＃xff1a;逻辑设计比较繁杂&＃xff0c;而且每当需要新增或删除指令时&＃xff0c;都需要对整个系统进行变更。因此&＃xff0c;人们发明了微程序控制器。

硬布线控制器的一条指令中有多个时钟周期&＃xff0c;每个时钟周期对应一个状态&＃xff0c;而一个状态对应一组并发控制信号。

而微程序的思想是将并发信号事先存储为微指令&＃xff0c;而一条指令就对应多条微指令&＃xff0c;那么每一个状态就相当于是并发信号所在的存储器地址。

微程序是一种软硬结合的思想&＃xff0c;可以避免复杂的逻辑设计。

下面以单总线结构的CPU为例来说明微程序控制器的设计步骤。

微指令分为操作控制字段和顺序控制字段两部分&＃xff1b;

操作控制字段中的每一位对应的是一个控制信号&＃xff0c;就是微命令&＃xff0c;哪一位写1&＃xff0c;说明给出了该位对应的操作信号&＃xff1b;

顺序控制字段中的P1、P2是判别位&＃xff0c;如果为0吓一跳微指令的地址就从顺序控制字段的下址字段获取。如果不为0&＃xff0c;说明这一段微程序已经执行完&＃xff0c;需要执行下一个微程序的第一条微指令。

如图所示&＃xff0c;不同的指令会对应不同的微程序&＃xff0c;每一段微程序中微指令的数量也是不同的&＃xff1b;

而微指令中的操作控制字段的每一位都可以称为微命令。

执行指令时&＃xff0c;首先从IR中取出指令操作码&＃xff0c;在不同的状态条件下&＃xff0c;经过地址转移组合逻辑获得微程序的入口地址&＃xff1b;

微程序入口地址在判别字段的判别下&＃xff0c;获得下一条微指令的地址。如果判别字为0&＃xff0c;那么下址字段就是下一条指令的地址&＃xff0c;如果为1说明需要跳转&＃xff0c;去执行新的微程序&＃xff1b;

微地址写入微地址寄存器&＃xff0c;该寄存器在初始时为0&＃xff0c;所以0号地址为取值微程序的入口&＃xff0c;然后顺序执行取值微程序&＃xff0c;直到判别字为1时发生跳转。根据时钟周期&＃xff0c;将微地址写入控制存储器&＃xff0c;对应的微指令就被选中&＃xff0c;其中的微操作控制字段生成操作控制信号到达对应的控制点&＃xff0c;而顺序控制字段继续配合生成下一个微地址。

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