計算機原理 6.10 微程序控制器


1、微程序控制器基本思想

硬布線:同步邏輯、繁、快、貴、難改

一條指令多個時鍾周期

一個時鍾周期一個狀態

一個狀態對應一組並發信號

微程序:存儲邏輯、簡、慢、廉、易改

將並發信號事先存儲為微指令

一條指令對應多條微指令

狀態等同於存儲器地址

 

 

2、微程序控制器工作原理

微程序是利用軟件方法來設計硬件的技術

將完成指令所需的控制信號按格式編寫成微指令,存放到控制存儲器

  一條機器指令對應一段微程序(多條微指令)

  指令取指執行--》微程序的執行---》執行多條微指令--》依次生成控制信號

存儲技術和程序設計相結合,回避復雜的同步時序邏輯設計

3、單總線結構CPU

主要部件都連接在總線上

各部件間通過總線進行傳輸

 

 4、單總線CPU微指令構造

操作控制字段:存儲操作控制信號

  每一位對應一個控制信號,也稱微命令,可同時給出多個操作信號

順序控制字段:用於控制微程序的執行順序

  判別邏輯為零,下一條微指令地址從下址字段獲取,否則按約定規則生成。

 

 5、程序、微程序、指令、微指令對應關系

 

 5、微程序控制器組成原理框圖(下址字段)

 

 指令寄存器IR是微程序控制器的最基本的輸入,它將指令的操作碼送到一個地址轉移邏輯中,生成不同指令的微程序入口地址,每一條指令完成取指令以后,要進入到不同的執行狀態,或者說要進入到不同的微程序入口地址,有了入口地址之后,再經過一個多路選擇器進行選擇,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給出來的下址部分,到底要走哪個,由判別字段來選擇,判別字段為1的時候,則走微程序入口地址,判別字段為零,則執行下一條微指令,得到正確的微地址后,送入到一個微地址寄存器中,微地址寄存器受時鍾控制,每來一個時鍾,對應的微地址寄存器就會重新更新地址,通過微地址寄存器,微地址輸入到控制存儲器(控存),控制存儲器是用來存儲微程序的,所以控制存儲器得到一個微地址后,就會得到一條微指令,將微指令進行解析,一部分用來形成下址字段,一部分形成判別字段,一部分形成微操作控制字段,微操作控制字段會產生操作控制信號,這些信號會送到對應的功能部件,這些信號不需要執行,只需要連接到對應控制部件的控制執行點就可以了。、

整個框架系統初始化上電的時候R,μAR初始值為0,這代表我們最開始需要訪問的是零號存儲單元的微指令,而系統一上電之后,就應該進入取機器指令,執行機器指令的循環,所以第一條微指令一定對應取指微程序的第一條微指令,

6、微程序優勢與劣勢

速度慢   訪存頻繁、成本低廉

設計規整,設計簡單,易於修改、擴展指令系統功能

  

 

 硬布線控制器執行速度快,但設計復雜,代價昂貴,不便於修改,

 


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