64微程序控制器2PPT课件.ppt
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1、 6 4 6 4 微程序控制器微程序控制器微程序控制器的设计思想微程序控制器的设计思想微程序控制器:用一个存储在微程序控制器:用一个存储在ROMROM中的微程序产生微操作控制信号。中的微程序产生微操作控制信号。把指令执行中的每一个步骤所需要的所有控制信号编成微指令把指令执行中的每一个步骤所需要的所有控制信号编成微指令(控制字)预先存放在控制存储器(控制字)预先存放在控制存储器(ROMROM)中,在指令的执行过程)中,在指令的执行过程中根据需要从控制存储器中读取控制信号值,并送到各个部件的控中根据需要从控制存储器中读取控制信号值,并送到各个部件的控制端。制端。指令执行的一步所需的所有控制信号编成
2、微指令,一条指令执指令执行的一步所需的所有控制信号编成微指令,一条指令执行需要若干步,则需要若干条微指令,这样由若干条微指令序列则行需要若干步,则需要若干条微指令,这样由若干条微指令序列则构成一个微程序。构成一个微程序。一、微程序和微指令一、微程序和微指令 在微程序控制的计算机中,用来管理控制门的打开或关在微程序控制的计算机中,用来管理控制门的打开或关 闭的控闭的控 制命令(或控制信号)。它是控制信息传送的控制命令(或控制信号)。它是控制信息传送的控 制命令,它是控制信号序列的最小单位。控制字的每一制命令,它是控制信号序列的最小单位。控制字的每一 位就是一个微命令。它控制其它部件产生一个微操作
3、。位就是一个微命令。它控制其它部件产生一个微操作。1 1、微命令:、微命令:1.2 2、微操作:、微操作:一个微命令所控制实现的操作过程。它是构成指令操作一个微命令所控制实现的操作过程。它是构成指令操作序列或其他处理过程的操作序列最基本的,不可再分解序列或其他处理过程的操作序列最基本的,不可再分解的操作。微命令是微操作的控制信号,而微操作微命令的操作。微命令是微操作的控制信号,而微操作微命令的操作过程。的操作过程。3 3、微指令:、微指令:是若干个微命令的组合。它可产生一组控制信号。一微是若干个微命令的组合。它可产生一组控制信号。一微指令包含操作控制部分和顺序控制部分。微指令通常以指令包含操作
4、控制部分和顺序控制部分。微指令通常以编码字(控制字)的形式存放在控制存储器中。编码字(控制字)的形式存放在控制存储器中。4 4、微周期:、微周期:取出一条微指令并执行该微指令所需要的全部时间。取出一条微指令并执行该微指令所需要的全部时间。5 5、微程序:、微程序:是一系列微指令的有序集合。若干条有序的微指令组是一系列微指令的有序集合。若干条有序的微指令组成一个微指令组,可以控制实现一条机器指令。每组成一个微指令组,可以控制实现一条机器指令。每组微指令就是一段微程序。所有的微指令组的总和就是微指令就是一段微程序。所有的微指令组的总和就是 整个计算机指令系统的微程序,它控制实现机器的整整个计算机指
5、令系统的微程序,它控制实现机器的整个指令系统的处理过程个指令系统的处理过程。2.微操作码微操作码 微地址码微地址码6 6、微程序和程序的区别、微程序和程序的区别 微程序是由微指令构成的,用于描述机器指令。在设计计算机时,微程序是由微指令构成的,用于描述机器指令。在设计计算机时,将它预先编制好,存入将它预先编制好,存入ROMROM中,供用户使用,通常微程序不允许用中,供用户使用,通常微程序不允许用户修改。户修改。程序是由机器指令构成的,是用户或软件设计人员编写的,并存程序是由机器指令构成的,是用户或软件设计人员编写的,并存于主存或外存中,允许修改。于主存或外存中,允许修改。7 7、指令操作与微操
6、作区别、指令操作与微操作区别 指令操作是存储在主存中的指令所指定的操作,控制器根据操作指令操作是存储在主存中的指令所指定的操作,控制器根据操作码发出一系列控制信号,完成指令指定的操作。码发出一系列控制信号,完成指令指定的操作。微操作是存储在控制存储器中的微指令所指定的操作,控制器根微操作是存储在控制存储器中的微指令所指定的操作,控制器根据微指令发出一系列控制信号,完成微指令指定的操作。据微指令发出一系列控制信号,完成微指令指定的操作。8 8、微指令的格式、微指令的格式(1 1)微操作码:)微操作码:包含指令执行的一个步骤中所包含的全部微命令的包含指令执行的一个步骤中所包含的全部微命令的编码,即
7、一条微指令所需的全部控制信号的编码,编码,即一条微指令所需的全部控制信号的编码,用来发出操作控制信号。用来发出操作控制信号。(2 2)微地址码:)微地址码:用来产生下一条微指令的地址,指出下一条微指用来产生下一条微指令的地址,指出下一条微指 令代码在控制存储器中的存储位置。令代码在控制存储器中的存储位置。3.微操作码微操作码 微地址微地址状态条件状态条件微操作信号微操作信号微地址微地址形成部件形成部件OP IRCMAR译码驱动译码驱动控制存储器控制存储器二、微程序控制原理二、微程序控制原理(一)组成(一)组成1 1、控制存储器(、控制存储器(C MC M)存放实现计算机指令系统的存放实现计算机
8、指令系统的所有微程序,由所有微程序,由ROM(EPROM)ROM(EPROM)实现。控制存储器的字长是微实现。控制存储器的字长是微指令字的长度。控制存储器的指令字的长度。控制存储器的容量取决于指令的数量和每条容量取决于指令的数量和每条指令的微程序长度,也取决于指令的微程序长度,也取决于微指令代码的利用率。微指令代码的利用率。2 2、微指令寄存器(、微指令寄存器(CMIRCMIR)存放由控制存储器读出的一条微指令信息。存放由控制存储器读出的一条微指令信息。3 3、微地址寄存器(、微地址寄存器(CMARCMAR):):存放将要访问的下一条微指令的微地址。存放将要访问的下一条微指令的微地址。4 4、
9、微地址形成部件:、微地址形成部件:能测试执行中的状态信息,修改微地址寄存器能测试执行中的状态信息,修改微地址寄存器的内容,以便按修改后的内容去读下一条指令。的内容,以便按修改后的内容去读下一条指令。CMIRC.M4.(二)工作原理(二)工作原理1、取指阶段、取指阶段(1)将取指微程序首地址置于)将取指微程序首地址置于CMAR中。中。(2)读微指令。)读微指令。(3)产生微操作命令。)产生微操作命令。(4)形成下一条微指令地址。)形成下一条微指令地址。(5)取下一条微指令。)取下一条微指令。重复(重复(1)(4)过程,直到该机)过程,直到该机 器指令送入器指令送入IR为止。为止。2、执行阶段、执
10、行阶段(1)当指令存入)当指令存入IR后,由指令的后,由指令的OP部分送到微地址形成部件,形部分送到微地址形成部件,形 成该指令对应的微程序的首地址。成该指令对应的微程序的首地址。(2)读出微指令。)读出微指令。(3)产生微操作命令。)产生微操作命令。(4)形成下一条微指令地址。)形成下一条微指令地址。重复(重复(1)(4)过程,直)过程,直 到该机器指令执行完为止。到该机器指令执行完为止。5.微程序的入口地址的形成微程序的入口地址的形成 是是译码器译码器根据指令的根据指令的操作码操作码产生的。产生的。微程序控制器的特点微程序控制器的特点(1 1)具有规整性、可维护性和灵活性的优点。具有规整性
11、、可维护性和灵活性的优点。(2 2)它是一种利用软件方法来设计硬件的技术,可实现复杂指令)它是一种利用软件方法来设计硬件的技术,可实现复杂指令 的操作控制。的操作控制。(3 3)可以方便地增加和修改指令,甚至可实现其他计算机的指令。)可以方便地增加和修改指令,甚至可实现其他计算机的指令。三、微指令控制方式及微地址形成方式三、微指令控制方式及微地址形成方式1 1、设计微指令的目的、设计微指令的目的 缩短微指令长度,减小控制存储器的容量,提高微程序的执行缩短微指令长度,减小控制存储器的容量,提高微程序的执行速度,便于微指令的修改,便于微程序设计的灵活性。速度,便于微指令的修改,便于微程序设计的灵活
12、性。2 2、微操作的相容性和相斥性、微操作的相容性和相斥性相容性:在同一微周期中可以同时出现的微命令。相容性:在同一微周期中可以同时出现的微命令。相斥性:在同一微周期中不能同时出现的微命令。相斥性:在同一微周期中不能同时出现的微命令。在微指令编码时要考虑控制信号间的相容性和相斥性,在微指令编码时要考虑控制信号间的相容性和相斥性,相斥的分在相斥的分在同一组中,相容的分中不同组中。同一组中,相容的分中不同组中。6.R1R2R3ALU锁存器A1:+2:-3:M锁存器B4:R1A5:R2A6:R3A7:R1B8:R2B9:R3B10:BUSR111:BUSR212:BUSR3相斥的微命令相斥的微命令1
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