【文章內容簡介】 控制部件和執(zhí)行部件?？刂破魇强刂撇考\算器、存儲器和外圍設備相對控制器而言，都是執(zhí)行部件。 ? 控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出控制命令，通常把這種控制命令叫做 微命令 。執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作，叫做 微操作 ，它是最基本的、不可再分的操作。微操作與微命令具有一一對應的關系。 ? 由于數據通路的結構關系，微操作被分成相容性和相斥性兩種。所謂 相容性 微命令是指（同一微周期）那些可以同時產生、并行執(zhí)行的微命令。所謂 互斥性 微命令是指（同一微周期）那些不能同時產生和執(zhí)行的微命令。 38 相容性和互斥性微命令分析 ? 圖 20示出了一個簡單運算器模型。其中，雙線表示數據通路，單線表示微操作控制命令。 ? +、 、 M三個微命令是互斥性的微命令， 8是互斥性的微命令， 9三個微命令也互相斥性的。它們是不能同時產生的。 ? 微命令 3可以同時進行，所以是相容性的微命令。另外， ALU的 X輸入的微命令 8分別與 Y輸入的微命令 9任意兩個也是相容性的。 39 微指令和微程序 ? 一條 微指令 是實現一定操作功能的若干微命令的集合，是存儲在控制存儲器中的一個控制字。 ? 存放微指令的控制存儲器的單元地址稱為 微地址 。一條微指令應至少包含兩部分信息：操作控制信息和順序控制信息。 40 微指令和微程序（續(xù)） ? 操作控制字段 ：用來發(fā)出指揮全機工作的控制信號。這條微指令中的前 17位對應操作控制部分，每一位表示一個微命令。當某一位為 1時，表示發(fā)出微命令；當某一位為 0時，表示不發(fā)出微命令。 順序控制部分 ：用來產生下一條要執(zhí)行的微指令的地址。 ? 一條機器指令的功能是用許多條微指令序列來實現的，這個微指令序列通常叫做 微程序 。一條機器指令對應一個微程序。 41 微程序控制器的組成 圖 22給出了一個微程序控制器原理框圖，包括控制存儲器、微指令寄存器、微地址形成部件和微地址寄存器四部分。 42 微程序控制器的組成（續(xù)） ? 控制存儲器（ CM）：是用來存放微程序的，它在 CPU內部，用 ROM實現。（控制存儲器在 CPU內部，不屬于存儲系統）?？刂拼鎯ζ鞯淖珠L就是微指令字的長度。對控制存儲器的要求是速度要快。 控制器一旦開始工作，從控制存儲器讀出一條微指令、執(zhí)行一條微指令；接著再讀一條，再執(zhí)行一條， …… 。通常從控制存儲器中讀出一條微指令，并執(zhí)行完相應的微操作所需的時間稱為一個微指令周期，簡稱 微周期 。 ? 微指令寄存器（ μIR）：用來存放從控制存儲器中讀出的微指令，其位數和微指令字長相等。 ? 微地址形成部件：用來產生下一條微指令地址，是由機器指令操作碼、運行狀態(tài)以及微指令順序控制字段給出的信息來形成的。 ? 微地址寄存器（ μMAR）：用來存放讀取微指令的地址，這個地址是控制存儲器的單元地址。 43 微程序控制器的工作過程 ? 微程序控制器的工作過程是在微程序控制器的控制下執(zhí)行機器指令的過程。 ① 執(zhí)行取指令公操作。取指令操作對所有機器指令都一樣，通常由一段取指微程序來完成（取機器指令），屬于公操作。 ② 由機器指令的操作碼字段通過微地址形成部件產生該機器指令所對應的微程序入口地址，并送入微地址寄存器。 ③ 從控制存儲器逐條取出對應的微指令并執(zhí)行取出的微指令。 ④ 執(zhí)行完一條機器指令所對應的一段微程序后，又回到取指微程序的入口地址，準備取下一條機器指令。 機器指令和微指令的關系 ? 從指令和微指令、程序和微程序、地址和微地址的對應關系來看，前者與主存有關，后者與控制存儲器有關 . ? 機器指令的微操作序列的安排主要取決于數據通路的結構， 不同的數據通路有不同的微操作序列 。 ? 微操作控制信號實際控制數據通路中的指令流和數據流的流向?？刂菩盘柕谋举|是按要求打開或關閉各個控制門。 ? 一條機器指令對應一段微程序，機器指令的執(zhí)行過程就是與之對應的微程序的執(zhí)行過程， 機器指令執(zhí)行過程中的微命令由微指令來產生 。 ? 任何一條機器指令的取指令操作都是相同，取指令操作的微命令被統一編制成一段微程序，作為 公操作 使用。 45 微程序入口地址的形成 機器指令的操作碼字段指出其對應的微程序的入口地址。由機器指令操作碼轉換成微程序入口地址有三種方法： ? 一級功能轉換： 如果機器指令的操作碼字段的位數和位置固定，可以 直接用操作碼與入口地址的部分位相對應 。 例如，某機器有 16條機器指令，操作碼由 4位二進制數就能表示，分別為 0000， 0001， … ， 1111，假設微程序由 4條微指令構成。以 θ表示操作碼，則微程序的入口地址可表示為 θ11B。對于這 16條指令，微程序入口地址分別為： 000011B， 000111B， …1111 11B。 46 微程序入口地址的形成（續(xù)） ? 二級功能轉換： 當同類機器指令的操作碼字段的位數和位置固定，而不同類機器指令的操作碼的位數和位置不固定時，就要使用二級功能轉換。 例如， 先分類轉移 ，把位數一樣、位置固定的分為一類； 再用操作碼對應微程序入口地址，第二次 按操作碼轉移 。 ? 編程轉換： 當機器指令的操作碼位數和位置都不固定時，可以采用 可編程邏輯陣列（ PLA）將每條機器指令的 操作碼翻譯成 對應的微程序的入口地址 . 47 后繼微地址的形成 ? 找到微程序的入口地址，開始執(zhí)行位程序。當執(zhí)行完一條位指令后，如何找到要執(zhí)行的下一條微指令？這就是后繼微地址的形成問題，有三種方式。 ? 增量方式 ：增量方式又叫計數器方式，也就是用一個微程序計數器 （ μPC） 來產生下一條微指令的地址。在順序執(zhí)行微指令時，后繼地址由現行微地址加上一個增量來產生（通常 +1）；在非順序執(zhí)行微指令時，由轉移微指令實現轉移。 48 后繼微地址的形成（續(xù)一） ? 轉移微指令的順序控制字段分為兩部分：轉移控制字段和轉移地址字段。當轉移條件滿足時，把轉移地址字段的內容作為下一個微地址；當轉移條件不滿足時，則把微程序計數器的內容作為下一個微地址。通常把微地址寄存器改為微程序計數器。（ 能否把地址寄存器改造為程序計數器？ ） ? 增量方式的優(yōu)點是簡單、編制微程序容易；缺點是在微程序中會出現大量的轉移微指令（約占 25%），另外又要區(qū)分普通微指令和轉移微指令，使得微程序控制電路復雜化。 49 后繼微地址的形成（續(xù)二） ? 斷定方式 ：斷定方式又稱為下址字段法，在微程序控制器中不設置微程序計數器（ μPC），而是在微指令格式中設置一個下址字段，用于指明下一條要執(zhí)行的微指令的地址。同時通過轉移控制字段進行條件測試，并根據測試結果對下地址修改，形成轉移微地址。 ? 1個測試位能產生 2個分支， 2個位測試位能產生 4個分支， n個測試位能產生 2n個分支。 50 后繼微地址的形成（續(xù)三） ? 增量和斷定結合方式 ：增量方式與斷定方式的結合，既要在微程序控制器中設置微程序計數器，又要在每條微指令中設置順序控制字段。順序控制字段又分為兩部分：轉移控制字段和轉移地址字段。當轉移條件滿足時，由轉移地址字段的內容形成下一個微地址，若無轉移要求，則直接根據微程序計數器的內容取出下一條微指令。 51 五、微程序設計技術 ? 微程序設計的關鍵是如何確定微指令的結構。 ? 設計微指令結構應當追求如下目標： ? 有利于縮短微指令的字長； ? 有利于減小控制存儲器的容量； ? 有利于方便微指令的修改； ? 有利于提高微程序執(zhí)行的速度； ? 有利于加強微程序設計的靈活性。 52 微指令的編碼方法 微指令包含操作控制字段和順序控制字段兩大部分。微指令編碼方法就是操作碼字段的編碼方法。 ① 直接控制法（不譯碼法） 直接控制法是指操作控制字段中的每一位就是一個微命令，直接對應一種微操作。該位為 1微命令有效、為 0微命令無效。 這種方法結構簡單，并行性強，輸出直接用于控制。缺點是微指令字太長，控制存儲器容量較大。