(4.6)--第九章 控制单元的功能与设计.ppt

基于微程序控制器的机器指令执行分析微程序控制器设计五条机器指令指令译码原理五条机器指令对应的微程序流程图数据通路图运算器逻辑功能表二进制微代码表基于五条机器指令的程序设计。设计一段机器程序，要求从IN单元读入一个数据，存于R0，将R0和自身相加，结果存于R0，再将R0的值送回OUT单元显示。深山里住着两户人家，一户姓张，一户姓李。一日张家来了客人，就到李家借了竹笋。过了几日，张家扛了一根竹竿到李家说：“还你竹笋，只是老了点！”过了几日，李家也来了客人，就到张家借了一只鸡。停了几日李家拿了一颗鸡蛋到张家说：“还你鸡，只是嫩了点！”9.5微指令格式分类微指令的编译法是决定微指令格式的主要因素，微指令格式有水平型微指令和垂直型微指令两种。（1）水平型微指令：一次能定义并执行多个操作微命令的微指令，称为水平型微指令。水平型微指令由控制字段、判别测试字段和下地址字段3部分组成，格式如下：控制字段判别测试字段下地址字段根据控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为3种：一是全水平型微指令，二是字段译码法水平型微指令，三是直接和译码相混合的水平型微指令。（2）垂直型微指令：微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令。特点：不强调实现微指令的并行处理功能，通常一条微指令只要求实现一、二种控制。这种微指令格式与机器指令格式相似：每条机器指令有操作码，每条微指令有微操作码。一种微操作码为n位的微指令，可以设计2n条微指令。直到1964年，IBM公司在IBM360系列机上成功地采用了微程序设计技术，解决了指令系统的兼容问题。20世纪70年代以来，由于VLSI技术的发展，推动了微程序设计技术的发展和应用。目前，大多数计算机都采用微程序设计技术。（1）微命令和微操作一条机器指令可以分解成一系列微操作序列，这些微操作是计算机中最基本的、不可再分解的操作。在微程序控制的计算机中，将控制部件向执行部件发出的各种控制命令叫做微命令，它是构成控制序列的最小单位。例如：打开或关闭某个控制门的电位信号、某个寄存器的打入脉冲等等都是一些微操作。微命令和微操作是一一对应的。微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令的操作过程。（2）微指令、微地址微指令是指控制存储器中某个单元的内容，即控制字，是若干个微命令的集合。存放控制字的控制存储器的单元地址就称为微地址。一条微指令通常包含两部分：①操作控制字段，又称微操作码字段。用以产生某一步操作所需的各微操作控制信号。②顺序控制字段，又称微地址码字段。用以控制产生下一条要执行的微指令地址。（3）微周期从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微命令所需的全部时间称为微周期。（4）微程序一系列微指令的有序集合就是微程序。每一条机器指令都对应一个微程序。微程序和程序是两个不同的概念。微程序是由微指令组成的，用于描述机器指令，微程序实际上是机器指令的实时解释器，是由计算机的设计者事先编制好并存放在控制存储器中的，一般不提供给用户。对于程序员来说，计算机系统中微程序一级的结构和功能是透明的，无须知道。微程序与程序区别程序最终由机器指令组成，是由软件设计人员事先编制好并存放在主存或辅存中的。所以说，微程序控制的计算机涉及到两个层次：一个是机器语言或汇编语言程序员所看到的传统机器层，包括：机器指令、工作程序、主存储器。另一个是机器设计者看到的微程序层，包括：微指令、微程序和控制存储器。2.微程序控制器的组成仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。微程序控制器的基本思想采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器。所谓微程序控制方式是指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生。一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以代码形式编写在一条微指令中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。微程序控制器的工作原理在设计CPU时，根据