计算机组成原理实验 28 微程序控制器 赖晓铮

1、QQ: 68046508理解理解“微程序微程序”思想思想和和“指令指令- -微指令微指令- -微命令微命令”微程序结微程序结构构。掌握微程序控制器的结构和设计方法。掌握微程序控制器的结构和设计方法。NOP0000XXXX空指令：不执行任何操作空指令：不执行任何操作HLT1110XXXX“断点断点”：硬件停机：硬件停机JMP10010XXXX间接寻址：间接寻址： addr1 =addr2，addr2 PCJMP2addr1直接寻址：直接寻址：addr1 PC0100XXXXaddr1汇编助记符汇编助记符注释注释(M地址：机器指令地址：机器指令)JMP1, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H

2、执行执行06HPC00H:0010000001H:00000110HLT停机停机02H:11101010NOP/Addr空空/【地址地址】03H:00001010NOP空空04H:00000000NOP空空05H:00000000NOP/Addr空空/【地址地址】06H:00000010HLT停机停机07H:11100001JMP2, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行06H=02H, 02HPC08H:0100000009H:00000110未定义未定义0AH:111111110BH:11111111有效的微操作信号有效的微操作信号功能功能指令流指令流ROMIRT1T2数据流数

3、据流ROMPCT1T2ROMIRROMPCROMIRROMIRROMIRROMPCROMPC停机停机JMP2NOPHLTJMP1NOP/HLTNOP/HLT指令指令( (I7I6I5 = =000/111) )JMP1JMP1指令指令( (I7I6I5 = =001) ) JMP2JMP2指令指令( (I7I6I5 = =010) ) P1( 0 0 I7 I6 I5 )【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSIR, PC+1硬件停机硬件停机00000 0000000111P1 ( 0 0 I7 I6 I5 )【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSIR, PC+100000 0000

4、0 000010001000001 00000【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSPC【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSPCP1 ( 0 0 I7 I6 I5 )【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSIR, PC+1【T1】PCAR,ROMBUS【T2】BUSPC00000 00000 0000000001微命令字段中每一位表示一个微命令：微命令字段中每一位表示一个微命令： 第第N位位=1 有有微操作微操作0 无微操作无微操作 微指令结构图微指令结构图2423 22 21 20 19 18 17 1615141312111098 7 65 4 32 LDARPC_INC

5、 OELDIR P1uA4 uA3 uA2 uA1 uA0微命令字段微命令字段下址字段下址字段 1LDPCP字段字段Addr24232221201918 17 16151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1000000000000100100101 0 1 0 0 0 0 0 0000010000000110100100 0 0 0 0 0 0 0 0000100000000110100100 0 0 0 0 0 0 0 1001110000000000000000 0 0 0 0 0 0 0 0微指令代码表微指令代码表地址转移地址转移逻辑逻辑OP码码微地址寄存器微地址寄存器

6、地址译码地址译码控制存储器控制存储器P字段字段微命令字段微命令字段微操作信号微操作信号指令寄存器指令寄存器 IR状态条件状态条件微指令微指令寄存器寄存器【T1T1】源部件】源部件总线总线BUSBUS【T2T2】总线】总线BUSBUS目标部件目标部件【T3T3】微指令下址取址】微指令下址取址【T4T4】若若P1=1, P1=1, 则微地址转移则微地址转移微微指指令令状状态态机机模模型型微命令微命令微指令微指令CPU指令指令（微程序）（微程序）微指令周期微指令周期 (机器周期机器周期)指令周期指令周期节拍周期节拍周期(Tx周期周期)指令的指令的“微程序微程序”架构架构注：跳出注：跳出“断点断点”后

7、后CPUCPU进入进入HLTHLT指令指令的的后续下一条指令的取指周期后续下一条指令的取指周期。EPROM1烧写内容EPROM2烧写内容EPROM3烧写内容ORG0000H DB 00000001B DB 00000001B DB 00000001B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000BENDORG0000H DB00100101B DB 10100100B DB 10100100B DB00000000B DB00000000B DB 00000000B DB 00000000B DB 0000000

8、0BENDORG0000H DB 01000000B DB 00000000B DB 00000001B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000B DB 00000000BEND汇编助记符汇编助记符注释注释(M地址：机器指令地址：机器指令)JMP1, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行06HPC00H:0010000001H:00000110HLT停机停机02H:11101010NOP/Addr空空/【地址地址】03H:00001010NOP空空04H:00000000NOP空空05H:00000000NOP/Addr

9、空空/【地址地址】06H:00000010HLT停机停机07H:11100001JMP2, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行06H=02H, 02HPC08H:0100000009H:00000110未定义未定义0AH:111111110BH:11111111二次间二次间址：址：addr1=addr2, addr2=addr3, addr3PCJMP30110XXXXaddr1汇编助记符汇编助记符注释注释(M地址：机器指令地址：机器指令)JMP1, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行06HPC00H:0010000001H:00000110HLT停机停机02H:1

10、1101010NOP/Addr空空/【地址地址】03H:00001010JMP3, 0BH程序跳转到地址程序跳转到地址 0BH 执行执行0BH=03H, 0BH=03H=0AH 0AHPC04H:0110000005H:00001011NOP/Addr空空/【地址地址】06H:00000010HLT停机停机07H:11100001JMP2, 06H程序跳转到地址程序跳转到地址06H执行执行06H=02H, 02HPC08H:0100000009H:00000110HLT停机停机0AH:11100000NOP/Addr空空/【地址地址】0BH:00000011微程序版本微程序版本CPUCPU最多

11、有多少条微指令？最多有多少条最多有多少条微指令？最多有多少条CPUCPU指指令？微指令和令？微指令和CPUCPU指令的容量分别由什么因素限定？指令的容量分别由什么因素限定？请问微程序控制器请问微程序控制器“状态机状态机”可否提升效率，减少到三个状可否提升效率，减少到三个状态态T1,T2,T3T1,T2,T3？即微指令周期可否减少到只用？即微指令周期可否减少到只用T1T1、T2T2、T3T3三个节拍即可完成一条微指令从取指到执行的全过程三个节拍即可完成一条微指令从取指到执行的全过程？在本实验的在本实验的 CPU CPU模型机上增加两个模型机上增加两个74LS17374LS173寄存器寄存器R1R1和和R2R2，以及一个连接总线以及一个连接总线BUSBUS的的8 8位拨码开关，扩展位拨码开关，扩展CPUCPU指令集，增指令集，增加下述加下述MOV/SETMOV/SET指令及相应的微指令指令及相应的微指令：注：注：IMMIMM是由拨码开关输入的是由拨码开关输入的8 8位立即数；位立即数；RARA和和RBRB是是在指令在指令“功能功能” ” 描述中的描述中的逻辑寄存器，可以逻辑寄存器，可以对应对应R0R0或或R1R1寄存器。寄存器。I7 I6 I5 I4I3 I2 I1 I0在在上述