第3章 06微程序控制器

1、微程序控制器,教学目标,掌握微程序控制方式的基本思想 掌握微程序控制器的基本工作原理 掌握微程序的执行过程,教学内容,微程序控制概念,微程序控制概念,有些CPU采用微程序控制方式来产生微命令，相应的控制器称为微程序控制器。 例如: intel 80 x86的控制部件就采用微程序控制方式，从而保证了IBM PC系列机指令系统的兼容。,微程序控制概念（续）,我们对微程序控制概念分以下3小节讲述： 1、微程序控制方式的基本思想； 2、微程序执行过程的描述； 3、基本概念和术语。,微程序控制概念（续）,1、微程序控制方式的基本思想 （1）若干微命令编制成一条微指令，控制实现一步操作； （2）若干微指令

2、组成一段微程序，解释执行一条机器指令； （3）微程序事先存放在控制存储器中，执行机器指令时再取出。,微程序控制概念（续）,微程序控制器的基本工作原理，如下图：,1.主要部件,（1）控制存储器CM,功能：,存放微程序。,CM属于CPU，不属于主存储器。,1.主要部件,（2）微指令寄存器 IR,功能：,存放现行微指令。,微命令字段：,提供一步操作所需的微命令。,微地址字段：,指明后续微地址的形成方式。,提供微地址的给定部分。,(微操作控制字段),(顺序控制字段),1.主要部件,（3）微地址形成电路,功能：,提供两类微地址。,微程序入口地址：,由机器指令操作码形成。,后续微地址：,由微地址字段、现行

3、微地 址、运行状态等形成。,2.微程序执行过程的描述,（1）取机器指令,CM,取指微指令,IR,微命令字段,译码器,微命令,主存,机器指令,IR,（2）转微程序入口,IR,操作码,微地址形成电路,入口,AR,微命令字段,CM,首条微指令,（3）执行首条微指令,IR,IR,译码器,微命令,操作部件,（4）取后续微指令,微地址字段 现行微地址 运行状态,微地址形成电路,后续微地址,AR,CM,后续微指令,IR,微程序控制概念（续）,由此可见，在采用微程序控制的机器中，一条机器指令是由对应的一段微程序解释执行的。这表明在这种机器中存在两个层次：一个是程序员所看到的传统机器级，即机器指令、工作程序、主

4、存储器；另一个更低的层次是设计者看到的微程序控制级，即微指令、微程序、控制存储器。,微程序控制概念（续）,3、基本概念和术语 （1）微命令与微操作 微命令：构成控制信号序列的最小单位。它由控制器通过控制线向有关的部件发出。 微操作：由微命令控制实现的最基本操作。 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令控制的操作过程。,微程序控制概念（续）,3、基本概念和术语 （2）微指令与微周期 微指令：若干个微命令的组合，以编码形式存放在控制存储器的一个单元中，控制实现一步操作。一条微指令的功能就是给出完成指令某步所需的微操作控制信息和后继微指令地址信息。它通常包括两大部分信息：微命令字段（操作控制字段）

5、，用以产生某一步操作所需的各微操作控制信号；顺序控制字段（微地址字段），用于控制产生下一条要执行的微指令地址。 微周期：通常指从控制存储器中读取一条微指令并执行相应的微操作所需的时间。,微程序控制概念（续）,3、基本概念和术语 （3）微程序与微程序设计 微程序：一系列微指令的有序集合 微程序设计：是将传统的程序设计方法运用到控制逻辑的设计中，因此在微程序中也可以有微子程序、循环、分支等形态。,微程序控制概念（续）,3、基本概念和术语 （4）工作程序与微程序，主存储器与控制存储器 工作程序（程序员所编制的）：以机器指令为单位存放在主存储器中，由于解决不同问题的工作程序中所包含的机器指令、数据及机器指令条数可能有所不同，要求主存单元内容是可以更新的，因此主存储器是可读可写的随机访问存储器。 微程序（机器设计者编制的）：是以微指令为基本单位，在制作机器时用特殊方式将其写入控制存储器中，由于机器的指令系统是固定的，所以实现指令指纹的微程序也是固定的，并且在CPU执行机器指令时，控制存储器只能被读出，不能写入，故控制存储器用只