【文章內(nèi)容簡介】 控制部件和執(zhí)行部件?？刂破魇强刂撇考\(yùn)算器、存儲器和外圍設(shè)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(jìn)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(yīng)的關(guān)系。 ? 由于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(yùn)算器模型。其中，雙線表示數(shù)據(jù)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(chǎn)生的。 ? 微命令 3可以同時進(jìn)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(shí)現(xiàn)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(yīng)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(jī)工作的控制信號。這條微指令中的前 17位對應(yīng)操作控制部分，每一位表示一個微命令。當(dāng)某一位為 1時，表示發(fā)出微命令；當(dāng)某一位為 0時，表示不發(fā)出微命令。 順序控制部分 ：用來產(chǎn)生下一條要執(zhí)行的微指令的地址。 ? 一條機(jī)器指令的功能是用許多條微指令序列來實(shí)現(xiàn)的，這個微指令序列通常叫做 微程序 。一條機(jī)器指令對應(yīng)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(nèi)部，用 ROM實(shí)現(xiàn)。（控制存儲器在 CPU內(nèi)部，不屬于存儲系統(tǒng)）?？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(yīng)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(shù)和微指令字長相等。 ? 微地址形成部件：用來產(chǎn)生下一條微指令地址，是由機(jī)器指令操作碼、運(yùn)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(jī)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(jī)器指令都一樣，通常由一段取指微程序來完成（取機(jī)器指令），屬于公操作。 ② 由機(jī)器指令的操作碼字段通過微地址形成部件產(chǎn)生該機(jī)器指令所對應(yīng)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(yīng)的微指令并執(zhí)行取出的微指令。 ④ 執(zhí)行完一條機(jī)器指令所對應(yīng)的一段微程序后，又回到取指微程序的入口地址，準(zhǔn)備取下一條機(jī)器指令。 機(jī)器指令和微指令的關(guān)系 ? 從指令和微指令、程序和微程序、地址和微地址的對應(yīng)關(guān)系來看，前者與主存有關(guān)，后者與控制存儲器有關(guān) . ? 機(jī)器指令的微操作序列的安排主要取決于數(shù)據(jù)通路的結(jié)構(gòu)， 不同的數(shù)據(jù)通路有不同的微操作序列 。 ? 微操作控制信號實(shí)際控制數(shù)據(jù)通路中的指令流和數(shù)據(jù)流的流向。控制信號的本質(zhì)是按要求打開或關(guān)閉各個控制門。 ? 一條機(jī)器指令對應(yīng)一段微程序，機(jī)器指令的執(zhí)行過程就是與之對應(yīng)的微程序的執(zhí)行過程， 機(jī)器指令執(zhí)行過程中的微命令由微指令來產(chǎn)生 。 ? 任何一條機(jī)器指令的取指令操作都是相同，取指令操作的微命令被統(tǒng)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(jī)器指令的操作碼字段指出其對應(yīng)的微程序的入口地址。由機(jī)器指令操作碼轉(zhuǎn)換成微程序入口地址有三種方法： ? 一級功能轉(zhuǎn)換： 如果機(jī)器指令的操作碼字段的位數(shù)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(yīng) 。 例如，某機(jī)器有 16條機(jī)器指令，操作碼由 4位二進(jìn)制數(shù)就能表示，分別為 0000， 0001， … ， 1111，假設(shè)微程序由 4條微指令構(gòu)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(zhuǎn)換： 當(dāng)同類機(jī)器指令的操作碼字段的位數(shù)和位置固定，而不同類機(jī)器指令的操作碼的位數(shù)和位置不固定時，就要使用二級功能轉(zhuǎn)換。 例如， 先分類轉(zhuǎn)移 ，把位數(shù)一樣、位置固定的分為一類； 再用操作碼對應(yīng)微程序入口地址，第二次 按操作碼轉(zhuǎn)移 。 ? 編程轉(zhuǎn)換： 當(dāng)機(jī)器指令的操作碼位數(shù)和位置都不固定時，可以采用 可編程邏輯陣列（ PLA）將每條機(jī)器指令的 操作碼翻譯成 對應(yīng)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(dāng)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(shù)器方式，也就是用一個微程序計數(shù)器 （ μPC） 來產(chǎn)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(xiàn)行微地址加上一個增量來產(chǎn)生（通常 +1）；在非順序執(zhí)行微指令時，由轉(zhuǎn)移微指令實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。 48 后繼微地址的形成（續(xù)一） ? 轉(zhuǎn)移微指令的順序控制字段分為兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時，把轉(zhuǎn)移地址字段的內(nèi)容作為下一個微地址；當(dāng)轉(zhuǎn)移條件不滿足時，則把微程序計數(shù)器的內(nèi)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(shù)器。（ 能否把地址寄存器改造為程序計數(shù)器？ ） ? 增量方式的優(yōu)點(diǎn)是簡單、編制微程序容易；缺點(diǎn)是在微程序中會出現(xiàn)大量的轉(zhuǎn)移微指令（約占 25%），另外又要區(qū)分普通微指令和轉(zhuǎn)移微指令，使得微程序控制電路復(fù)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(shè)置微程序計數(shù)器（ μPC），而是在微指令格式中設(shè)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(zhuǎn)移控制字段進(jìn)行條件測試，并根據(jù)測試結(jié)果對下地址修改，形成轉(zhuǎn)移微地址。 ? 1個測試位能產(chǎn)生 2個分支， 2個位測試位能產(chǎn)生 4個分支， n個測試位能產(chǎn)生 2n個分支。 50 后繼微地址的形成（續(xù)三） ? 增量和斷定結(jié)合方式 ：增量方式與斷定方式的結(jié)合，既要在微程序控制器中設(shè)置微程序計數(shù)器，又要在每條微指令中設(shè)置順序控制字段。順序控制字段又分為兩部分：轉(zhuǎn)移控制字段和轉(zhuǎn)移地址字段。當(dāng)轉(zhuǎn)移條件滿足時，由轉(zhuǎn)移地址字段的內(nèi)容形成下一個微地址，若無轉(zhuǎn)移要求，則直接根據(jù)微程序計數(shù)器的內(nèi)容取出下一條微指令。 51 五、微程序設(shè)計技術(shù) ? 微程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何確定微指令的結(jié)構(gòu)。 ? 設(shè)計微指令結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)追求如下目標(biāo)： ? 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(qiáng)微程序設(shè)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(yīng)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(jié)構(gòu)簡單，并行性強(qiáng)，輸出直接用于控制。缺點(diǎn)是微指令字太長，控制存儲器容量較大。