ch6-3 微程序控制.ppt

6.4 微程序控制原理 6.4.1 微程序控制的基本概念 (1)微命令和微操作 微操作是计算机中最基本的、不可再分解的操作。 微命令是控制完成某个微操作的命令。 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。 微命令有兼容性和互斥性： 兼容性微命令是指那些可以同时产生，共同完成某一些微操作的微命令； 互斥性微命令是指在机器中不允许同时出现的微命令。 6.4.1 微程序控制的基本概念 (2)微指令、微地址 微指令是指控制存储器中的一个单元的内容，即控制字，它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。 一条微指令通常至少包含两大部分信息： 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。 6.4.1 微程序控制的基本概念 (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。一条机器指令对应于一段微程序。 6.4.1 微程序控制的基本概念 程序 6.4 区别微程序和程序 微程序是由微指令组成的，它用于描述机器指令，实际上是机器指令的实时解释器，它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。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。而程序则最终由机器指令组成，它是由软件设计人员事先编制好并存放在主存或辅存中的。 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。 6.4.2 微指令编码法 微指令编码法指的就是操作控制字段的编码方法。 1.直接控制法（不译码法） 操作控制字段中的各位分别可以直接控制计算机，不需要进行译码。操作控制字段的每一个独立的二进制位代表一个微命令，该位为“1”表示这个微命令有效，为“0”表示这个微命令无效。每个微命令对应并控制数据通路中的一个微操作。 6.4.2 微指令编码法 优点： 结构简单，并行性强，操作速度快 缺点： 微指令字太长；微命令中，有许多是互斥的，不允许并行操作，从而降低了控制存储器利用率。 6.4.2 微指令编码法 2.最短编码法 最短编码使得微指令字最短。将所有的微命令统一编码，每条微指令只定义一个微命令。若微命令的总数为N，操作控制字段的长度为L，则： L≥log 2N 优点： 微指令字长最短。 缺点： 需要译码后才能得到需要的微命令。译码器复杂。同一时刻只能产生一个微命令，不能充分利用机器硬件所具有的并行性，降低了指令执行的速度。 6.4.2 微指令编码法 3.字段编码法 前两种编码法的一个折衷的方法，既具有两者的优点，又克服了它们的缺点。这种方法将操作控制字段分为若干个小段，每段内采用最短编码法，段与段之间采用直接控制法。这种方法又可进一步分为字段直接编码法和字段间接编码法。 6.4.2 微指令编码法 ⑴字段直接编码法 各字段都可以独立地定义本字段的微命令，而和其他字段无关，因此又称为显式编码或单重定义编码方法。这种方法缩短了微指令字，因此得到了广泛的应用。 6.4.2 微指令编码法 ⑵字段间接编码法 一个字段的某些编码不能独立地定义某些微命令，而需要与其他字段的编码来联合定义，因此又称为隐式编码或多重定义编码方法。 6.4.2 微指令编码法 字段编码法中操作控制字段的分段原则： ① 把互斥性的微命令分在同一段内，兼容性的微命令分在不同段内。 ② 应与数据通路结构相适应。 ③ 每个小段中包含的信息位不能太多，否则将增加译码线路的复杂性和译码时间。 ④ 一般每个小段还要留出一个状态，表示本字段不发出任何微命令。 6.4 微程序控制原理 假设某计算机共有256个微命令： 直接控制法：微指令的操作控制字段就要有256位； 最短编码法：操作控制字段只需要8位； 字段直接编码法： 若4位为一个段，共需18段，操作控制字段只需72位，而且在同一时刻可以并行发出18个不同的微命令。 6.4.3 微程序控制器的组成和工作过程 6.4.3 微程序控制器的组成和工作过程 ⑴控制存储器（CM） 微程序控制器的核心部件，用来存放微程序。 ⑵微指令寄存器（?