微程序控制器

基本概念

使用软件的思想设计硬件

与硬布线控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点

基本思想：把每条指令视为一个微程序，每个微程序由一系列微指令组成，每个微指令由一系列微命令。所有微程序存储在**控制存储器（只读）**中

每条微命令对应一个微操作，即一个信号的变化

微操作分类

• 相容性操作 - 可以在同一个CPU周期内并行执行的微操作

• 相斥性操作 - 不能同时或在同一个CPU周期内并行执行的微操作

微指令

在一个CPU中期内一组实现一定操作的微命令的组合，构成一条微指令

微指令需要具备的功能：

• 提供一条机器指令的一个步骤所需要的控制信号，以实现执行该步骤的操作功能

• 提供下一条微指令的地址，以便自动有序地执行微指令

微指令基本格式：由操作控制字段和顺序控制字段组成

操作控制字段用来发出控制信号，每一位为一个微命令（即单个信号）。控制信号都是节拍点位信号，持续时间为一个CPU周期。只有与节拍脉冲相结合才能得到实际控制信号，即不同的信号在CPU周期内的不同时段发挥作用

顺序控制字段用来执行下一条微指令的地址。本例中的微指令后四位直接给出了下一条微指令的地址，另外两位为测试方式位。如果测试方式有效，则根据直接地址和测试方式与地址转移逻辑共同决定下一条微指令的地址。详见地址转移逻辑部分

微程序控制器原理框图

• 微指令寄存器

  • 用来存放当前微指令

• 微地址寄存器

  • 用来存放下一条微指令的地址。类似于PC

• 地址转移逻辑

  • 管理位地址寄存器

  • 默认情况会把当前微指令的顺序控制字段的直接地址交给微地址寄存器

  • 程序出现分支时根据当前微指令的测试方式位和当前状态调整微地址寄存器的内容

• 控制存储器

  • 存放全部指令系统微程序的只读存储器

  • 读出一条微指令并执行的总时间被称为一个微指令周期

  • 在串行方式工作的微程序控制器中，微指令周期就是只读存储器的工作周期

编码表示法图示：

• 混合表示法

  • 混合以上两种表示法

混合表示法图示：

CPU周期和微指令周期的关系

为了保证整个机器控制信号的同步和设计的简易性，通常将一个微指令周期设计的恰好和CPU周期时间相等。

机器指令和微指令的关系

(1)一条机器指令对应着一段微程序 (2)对应的硬件设备不同 (3)每个CPU周期就是一条微指令