微程序设计的基本原理是什么

在微指令的控制字段中,每一位代表一个微命令,在设计微指令时,是否发出某个微命令,只要将控制字段中相应位置成"1"或"0",这样就可打开或关闭某个控制门,这就是直接控制法

在63节中所讲的就是这种方法但在某些复杂的计算机中,微命令甚至可多达三四百个,这使微指令字长达到难以接受的地步,并要求机器有大容量控制存储器,为了改进设计出现了以下各种编译法

641 微指令的编译法(编码译码方法)(2)

2字段直接编译法

在计算机中的各个控制门,在任一微周期内,不可能同时被打开,而且大部分是关闭的(相应的控制位为"0")所谓微周期,指的是一条微指令所需的执行时间如果有若干个(一组)微命令,在每次选择使用它们的微周期内,只有一个微命令起作用,那么这若干个微命令是互斥的

例如,向主存储器发出的读命令和写命令是互斥的;又如在ALU部件中,送往ALU两个输入端的数据来源往往不是唯一的,而每个输入端在任一微周期中只能输入一个数据,因此控制该输人门的微命令是互斥的

选出互斥的微命令,并将这些微命令编成一组,成为微指令字的一个字段,用二进制编码来表示, 就是字段直接编译法

641 微指令的编译法(编码译码方法)(3)

例如,将7个互斥的微命令编成一组,用三位二进制码分别表示每个微命令,那么在微指令中,该字段就从7位减成3位,缩短了微指令长度而在微指令寄存器的输出端,为该字段增加一个译码器,该译码器的输出即为原来的微命令

641 微指令的编译法(编码译码方法)(4)

字段长度与所能表示的微命令数的关系如下:

字段长度 微命令数

2位 2～3

3位 4～7

4位 8～15

一般每个字段要留出一个代码,表示本段不发出任何微命令,因此当字段长度为3位时,最多只能表示7个互斥的微命令,通常代码000表示不发微命令

641 微指令的编译法(编码译码方法)(5)

3字段间接编译法

字段间接编译法是在字段直接编译法的基础上,进一步缩短微指令字长的一种编译法

如果在字段直接编译法中,还规定一个字段的某些微命令,要兼由另一字段中的某些微命令来解释,称为字段间接编译法

本方法进一步减少了指令长度,但很可能会削弱微指令的并行控制能力,因此通常只作为直接编译法的一种辅助手段

641 微指令的编译法(编码译码方法)(6)

字段A(3位)的微命令还受字段B控制,当字段B发出b1微命令时,字段A发出a1,1,a1,2,…,a1,7中的一个微命令;而当字段B发出b2微命令时,字段A发出a2,1,a2,2,…,a2,7中的一个微命令,仅当A为000时例外,此时什么控制命令都不产生

641 微指令的编译法(编码译码方法)(7)

4常数源字段E

在微指令中,一般设有一个常数源字段E就如指令中的直接 *** 作数一样E字段一般仅有几位,用来给某些部件发送常数,故有时称为发射字段

该常数有时作为 *** 作数送入ALU运算;有时作为计算器初值,用来控制微程序的循环次数等

642 微程序流的控制 (1)

当前正在执行的微指令,称为现行微指令,现行微指令所在的控制存储器单元的地址称现行微地址,现行微指令执行完毕后,下一条要执行的微指令称为后继微指令,后继微指令所在的控存单元地址称为后继微地址

所谓微程序流的控制是指当前微指令执行完毕后,怎样控制产生后继微指令的微地址

与程序设计相似,在微程序设计中除了顺序执行微程序外还存在转移功能和微循环程和微子程序等,这将影响下址的形成

下面介绍几种常见的产生后继微指令地址的方法

642 微程序流的控制 (2)

(1)以增量方式产生后继微地址

在顺序执行微指令时,后继微地址由现行微地址加上一个增量(通常为1)形成的;而在非顺序执行时则要产生一个转移微地址

机器加电后执行的第一条微指令地址(微程序入口)来自专门的硬件电路,控制实现取令 *** 作,然后由指令 *** 作码产生后继微地址接下去,若顺序执行微指令,则将现行微地址主微程序计数器( PC中)+1产生后继微地址;若遇到转移类微指令,则由 PC与形成转移微地址的逻辑电路组合成后继微地址

642 微程序流的控制 (3)

642 微程序流的控制 (4)

(2)增量与下址字段结合产生后继微地址

将微指令的下址字段分成两部分:转移控制字段BCF和转移地址字段BAF,当微程序实现转移时,将BAF送 PC,否则顺序执行下一条微指令( PC+1)

执行微程序条件转移时,决定转移与否的硬件条件有好几种例如,"运算结果为零","溢出","已完成指定的循环次数"等

我们假设有八种转移情况,定义了八个微命令(BCF取3位),在图中设置计数器CT用来控制循环次数如在执行乘(或除)法指令时,经常采用循环执行"加,移位"(或减,移位)的方法,指令开始执行时,在CT中置循环次数)每执行一次循环,计数器减1,当计数器为零时结束循环又考虑到执行微子程序时,要保留返回微地址,因此图中设置了一个返回寄存器RR

微程序是英国剑桥大学教授MVWilkes在1951年首先提出的，它是实现程序的一种手段,具体就是将一条机器指令编写成一段微程序。每一个微程序包含若干条微指令，每一条微指令对应一条或多条微 *** 作。在有微程序的系统中,CPU内部有一个控制存储器,用于存放各种机器指令对应的微程序段当CPU执行机器指令时,会在控制存储器里寻找与该机器指令对应的微程序，取出相应的微指令来控制执行各个微 *** 作，从而完成该程序语句的功能

微命令

控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令（这个是数理逻辑电路的领域）微 *** 作

执行部件接受微命令后所进行的 *** 作

微指令与微程序

微指令:同时发出的控制信号所执行的一组微 *** 作例如:

加法指令的执行可分为:取指,计算地址,取 *** 作数和加法运算四步,每一步都由一组微 *** 作实现这一组能同时执行的微 *** 作就构成一条微指令

微程序:一组微指令的集合这样:

程序由一组指令组成;

指令由一个微程序实现

微程序由一组微指令实现

微指令由一组微 *** 作实现

，微程序设计技术，指的是利用软件技术来实现硬件设计的一门技术。

优点：微程序设计克服了组合逻辑控制单元线路庞杂的缺点，同硬布线比较具有规整性，灵活性，可维护性等一系列优点。

缺点：由于增加了到控制存储器中读取微指令的时间导致执行速度慢

微程序控制器和硬连线控制器在组成和运行原理方面相同之处如下：

1、基本功能都是提供计算机各个部件协同运行所需要的控制信号;

2、组成部分都有程序计数器PC，指令寄存器IR;

3、都分成几个执行步骤完成每一条指令的具体功能。

微程序控制器和硬连线控制器都是计算机中的控制器（即CPU的一部分），其组成和运行原理有一些相同之处，包括：

1、存储器件：两种控制器中都使用存储器件来存储指令和数据。这些存储器件可以是ROM、RAM等。

2、指令执行流程：两种控制器都按照指令执行流程来完成各种 *** 作。指令执行流程一般包括取指令、译码、执行等过程，这些过程均由控制器负责。

3、数据通路：两种控制器都与数据通路相连接，通过数据通路实现数据的输入、输出和处理。

4、程序计数器：两种控制器中都有一个程序计数器，用于记录下一条要执行的指令地址。

5、控制单元：两种控制器都有一个控制单元，用于控制整个计算机系统的运行。

总之，微程序控制器和硬连线控制器在组成和运行原理方面存在着一定的相同之处，这些共性是计算机控制器的基本特点。但两者在具体实现上还存在较大的差异，尤其是微程序控制器采用了微代码的方式来实现指令，而硬连线控制器则是直接根据电路设计来执行指令。

微程序控制器的特点

1、可编程性：微程序控制器使用微代码（microcode）来实现指令 *** 作，这使得其可以动态地编写和修改微代码，从而支持不同的指令集和更高级别的功能。

2、灵活性：由于微程序控制器采用了微代码的方式来实现指令，因此可以在不改变硬件结构的情况下支持不同的指令集。这种灵活性使得微程序控制器适用于复杂的应用场景。

3、易于调试和维护：与硬连线控制器相比，微程序控制器的指令编写和修改更加方便，同时也更容易调试和维护。这是由于微程序控制器采用了软件控制逻辑的方式实现指令 *** 作。

4、支持高级别的功能：由于微程序控制器可以在运行时动态地修改控制指令，因此可以支持更高级别的功能，例如流水线、超标量处理等技术，从而提高计算机的性能。

5、存储器要求高：微程序控制器需要较多的存储器以存储微代码，这可能导致成本上升和速度下降。总之，微程序控制器具有可编程性、灵活性、易于调试和维护、支持高级别的功能等特点，这些特点使得微程序控制器成为一种重要的计算机控制器。

微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的方法，把 *** 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 *** 作控制信号，使相应部件执行所规定的 *** 作

PC->AR,PC+1->PC;对应TEC-2微码：0000 0E00 A0B5 5402

MEM->AR;对应TEC-2微码：0000 0E00 10F0 0002

MEM-R0->R1;CC#=0;对应TEC-2微码：0029 0301 32C0 10A9

我用TEC-2指令系统运行了一下，貌似是对的

是的。

CPU的时钟频率也就是CPU主频。一般说来，一个时钟周期内完成的指令数是固定的，所以主频越高，CPU的速度就越快。CPU周期也称为机器周期，一个机器周期包含若干个时钟周期，也常称为节拍电位。

CPU是计算机的控制中心，主要由运算器、控制器、寄存器组和内部总线等部件组成。CPU包括运算逻辑部件、寄存器部件和控制部件，因此存放微程序的控制存储器在CPU中。

储存控制器是用来存储各段微程序的。

微程序控制器是一种控制器，同组合逻辑控制器相比较，具有规整性、灵活性、可维护性等一系列优点，因而在计算机设计中逐渐取代了早期采用的组合逻辑控制器，并已被广泛地应用，在计算机系统中，微程序设计技术是利用软件方法来设计硬件的一门技术。

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