【正文】 誤。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 83 硬布線控制與微程序控制的比較 硬布線控制與微程序控制之間差異可歸結(jié)為兩點(diǎn)： ① 實(shí)現(xiàn) ? 微程序控制器的控制功能 是在存放微程序的 控制存儲(chǔ)器 和存放當(dāng)前正在執(zhí)行的 微指令寄存器 直接控制下實(shí)現(xiàn)的，而 硬布線控制 則由 邏輯門(mén)組合 實(shí)現(xiàn)。 前者電路比較規(guī)整 ，各條指令控制信號(hào)的差別反映在控制存儲(chǔ)器的內(nèi)容上，因此無(wú)論是增加或修改指令只要增加或修改控存內(nèi)容即可，若控存是 ROM，則要更換芯片。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 84 ? 硬布線控制器的控制信號(hào)先用邏輯式列出，經(jīng)化簡(jiǎn)后用電路實(shí)現(xiàn)，因而顯得 零亂且復(fù)雜 ，當(dāng)需 修改指令或增加指令時(shí)是很麻煩的，有時(shí)甚至沒(méi)有可能 ，因此微程序控制得到廣泛應(yīng)用，尤其是 指令系統(tǒng)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)，一般都采用微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能 。 ② 性能 ? 在同樣的半導(dǎo)體工藝條件下， 微程序控制的速度比硬布線控制的速度低 ，那是因?yàn)閳?zhí)行每條微指令都要從控存中讀取一次，影響了速度，而硬布線邏輯主要取決于電路延遲，因而在 超高速機(jī)器中 ，對(duì)影響速度的關(guān)鍵部分例如 CPU，往往采用硬布線邏輯。 在 RISC中一般選用硬布線邏輯。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 85 微程序控制器 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) ? 上節(jié)介紹了 微程序控制計(jì)算機(jī)的基本工作原理 ，目的是說(shuō)明在計(jì)算機(jī)中 程序是如何實(shí)現(xiàn) 的及 控制器功能 ? 在實(shí)際進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)關(guān)心下面三個(gè)問(wèn)題： (1)如何 縮短微指令字長(zhǎng) ； (2)如何 減少微程序長(zhǎng)度 ； (3)如何 提高微程序的執(zhí)行速度 。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 86 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) (1) 微指令的編譯法 (編碼譯碼方法 ) ? 微指令由 控制 字段和 下址 字段組成，下面討論幾種常用的控制字段編譯法。 ① 直接控制法 ? 在微指令的 控制字段 中， 每一位代表一個(gè)微命令 ，在設(shè)計(jì)微指令時(shí)，是否發(fā)出某個(gè)微命令，只要將控制字段中相應(yīng)位置成 “ 1”或 “ 0”，這樣就可打開(kāi)或關(guān)閉某個(gè)控制門(mén)，這就是直接控制法，在 。 ? 但在某些復(fù)雜的計(jì)算機(jī)中， 微命令甚至可多達(dá)三四百個(gè) ，這使微指令字長(zhǎng)達(dá)到難以接受的地步，并要求機(jī)器有大容量控制存儲(chǔ)器，為了改進(jìn)設(shè)計(jì)出現(xiàn)了以下各種編譯法。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 87 ② 字段直接編譯法 ? 所謂 微周期 ，指的是一條微指令所需的執(zhí)行時(shí)間。在任一微周期內(nèi)，計(jì)算機(jī)中各個(gè)控制門(mén)，不可能同時(shí)被打開(kāi)，且大部分是關(guān)閉的 (即相應(yīng)控制位為 0) ? 如果有若干個(gè) (一組 )微命令，在每次選擇使用它們的微周期內(nèi)， 只有一個(gè) 微命令起作用，那么這若干個(gè)微命令是 互斥 的。如對(duì)存儲(chǔ)器的讀命令和寫(xiě)命令是互斥的。 ? 選出互斥的微命令，并將這些微命令 編成一組 ，成為微指令字的一個(gè)字段，用二進(jìn)制編碼來(lái)表示。而在微指令寄存器的輸出端，為該字段增加一個(gè) 譯碼器 ，該譯碼器的輸出即為原來(lái)的微命令 (圖 )。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 88 … … 圖 字段 1 字段 2 字段 n 下址字段 譯碼器 1 譯碼器 2 微命令 微命令 … 譯碼器 n 微命令 … … … … 控制字段 … 微指令寄存器 微命令譯碼器 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 89 ② 字段直接編譯法 ? 字段長(zhǎng)度與所能表示的微命令數(shù)的關(guān)系如下： 字段長(zhǎng)度 微命令數(shù) 2位 2～ 3 3位 4～ 7 4位 8～ 15 ? 一般每個(gè)字段要 留出一個(gè)代碼 ， 表示本段不發(fā)出任何微命令 ，因此當(dāng)字段長(zhǎng)度為 3位時(shí)，最多只能表示7個(gè)互斥的微命令，通常代碼 000表示不發(fā)微命令。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 90 ? 例： 某機(jī)有 8條微指令 I1I8，每條微指令所包含微命令控制信號(hào)如表所示。 aj分別對(duì)應(yīng) 10種不同性質(zhì)的微命令信號(hào)。假設(shè)一條微指令的控制字段為 8位，請(qǐng)安排微指令的控制字段格式。 微指令 微命令信號(hào) a b c d e f g h i j I1 √ √ √ √ √ I2 √ √ √ √ I3 √ √ I4 √ I5 √ √ √ √ I6 √ √ √ I7 √ √ √ I8 √ √ √ 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 91 ③ 字段間接編譯法 ? 字段間接編譯法是 在字段直接編譯法的基礎(chǔ) 上，進(jìn)一步縮短微指令字長(zhǎng)的一種編譯法。如果在字段直接編譯法中，還規(guī)定一個(gè)字段的某些微命令，要 兼 由另一字段中的某些微命令來(lái)解釋?zhuān)Q(chēng)為字段間接編譯法。 ? 如圖 ，字段 A(3位 )的微指令還受字段 B控制，當(dāng)字段 B發(fā)出 b1微命令時(shí)，字段 A發(fā)出 ， ， … ， 的一個(gè)微命令；而當(dāng)字段 B發(fā)出 b2微命令時(shí)，字段 A發(fā)出， ， … ， ，僅當(dāng) A為 000時(shí)例外，此時(shí)什么控制命令都不產(chǎn)生。 ? 本方法進(jìn)一步減少了指令長(zhǎng)度，但很可能會(huì)削弱微指令的并行控制能力，因此通常只作為直接編譯法的一種 輔助手段 。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 92 … … 圖 A B 微命令譯碼器 … 微指令寄存器 微命令譯碼器 amp。 amp。 amp。 amp。 amp。 amp。 b1 b2 a1,1 a2,1 a7,1 a1,2 a2,2 a7,2 … … 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 93 ④ 常數(shù)源字段 E ? 在微指令中，一般設(shè)有一個(gè) 常數(shù)源字段 E，就如指令中的直接操作數(shù)一樣。 E字段一般僅有幾位，用來(lái)給某些部件發(fā)送常數(shù)，故有時(shí)稱(chēng)為 發(fā)射字段 。該常數(shù)有時(shí)作為操作數(shù)送入 ALU運(yùn)算；有時(shí)作為計(jì)算器初值，用來(lái)控制微程序的循環(huán)次數(shù)等。 ⑤ 其他 ? 諸如 微操作碼 編譯法將在下面介紹。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 94 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) (2) 微程序流的控制 ? 當(dāng)前正在執(zhí)行的微指令，稱(chēng) 現(xiàn)行微指令 ? 現(xiàn)行微指令所在控存單元地址稱(chēng) 現(xiàn)行微地址 ? 下一條要執(zhí)行的微指令稱(chēng)為 后繼微指令 ? 后繼微指令所在的控存單元地址稱(chēng)為 后繼微地址 ? 所謂 微程序流的控制 是指當(dāng)前微指令執(zhí)行完畢后，怎樣控制產(chǎn)生后繼微指令的微地址。在上一節(jié)中，已經(jīng)講到產(chǎn)生后繼微指令地址的兩種方法： ?由 指令操作碼譯碼器 產(chǎn)生后繼微地址。 ?由 微指令的 下址字段 指出后繼微地址。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 95 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) (2) 微程序流的控制 ? 常見(jiàn)的產(chǎn)生后繼微指令地址的方法有 ： ① 以增量方式產(chǎn)生后繼微地址 ? 在順序執(zhí)行微指令時(shí)，后繼微地址由現(xiàn)行微地址加上一個(gè)增量形成；而在非順序執(zhí)行時(shí)則要產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)移微地址。微地址寄存器通常改為計(jì)數(shù)器（ 微程序計(jì)數(shù)器 μPC），順序執(zhí)行的微指令必須安排在控制存儲(chǔ)器的連續(xù)單元中。 ? 機(jī)器 加電 后執(zhí)行的第一條微指令地址 (微程序入口 )來(lái)自專(zhuān)門(mén)硬件電路，控制實(shí)現(xiàn) 取指 操作；然后由 指令操作碼 產(chǎn)生后繼微地址 ；若 順序 執(zhí)行微指令，則將現(xiàn)行微地址 +1產(chǎn)生后繼微地址；若遇到 轉(zhuǎn)移 類(lèi)微指令，則由 μ PC與形成轉(zhuǎn)移微地址的 邏輯電路組合 成后繼微地址。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 96 圖 ―計(jì)數(shù)器”方式的原理圖 操作碼 地址碼 譯碼器 指令寄存器 IR 控制存儲(chǔ)器 控制字段 下址 微指令 寄存器 微程序入口 微指令計(jì)數(shù)器 譯碼器 地址轉(zhuǎn)移邏輯 轉(zhuǎn)移地址 . . . 轉(zhuǎn)移條件 +1 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 97 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) (2) 微程序流的控制 ? 常見(jiàn)的產(chǎn)生后繼微指令地址的方法有 ： ② 增量與下址字段結(jié)合產(chǎn)生后繼微地址 ? 在圖 ：轉(zhuǎn)移控制字段 BCF和轉(zhuǎn)移地址字段 BAF，當(dāng)微程序?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)，將 BAF送 μPC，否則順序執(zhí)行下一條微指令 (μPC+1) 。 ? 由 BCF定義的八個(gè)微命令見(jiàn)表 。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 98 圖 ―增量與下址字段”方式的原理圖 操作碼 地址碼 譯碼器 指令寄存器 IR 控制存儲(chǔ)器 控制字段 BCF 微指令 寄存器 微程序入口 微指令計(jì)數(shù)器 amp。 BAF 譯碼器 BCF(7) 返回寄存器 BCF(5) BCF(6) amp。 BCF(6) BCF(7) +1 CT CT=0 CT置數(shù) 1 amp。 結(jié)果為零 結(jié)果溢出 amp。 CT≠0 ≥ 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 … 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 99 表 產(chǎn)生后繼微地址的微命令 BCF字段 硬件條件 計(jì)數(shù)器 CT 返回寄存器 RR輸入 后繼微地址 編碼 微命令名稱(chēng) 操作前 操作 0 順序執(zhí)行 μPC+1 1 結(jié)果為 0轉(zhuǎn)移 結(jié)果為 0 BAF 結(jié)果不為 0 μPC+1 2 結(jié)果溢出轉(zhuǎn)移 溢出 BAF 不溢出 μPC+1 3 無(wú)條件轉(zhuǎn)移 BAF 4 測(cè)試循環(huán) 為 0 CT1 μPC+1 不為 0 BAF 5 轉(zhuǎn)微子程序 μPC+1 BAF 6 返回 RR 7 操作碼形成微址 由操作碼形成 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 100 圖 “增量與下址字段 ” 方式的原理圖 BCF=0，順序執(zhí)行微命令，μ PC+1為后繼微地址。 BCF=1，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果為 0時(shí)，將 BAF送 μ PC，否則 μ PC+l—μ PC BCF=2，條件轉(zhuǎn)移微命令，當(dāng)運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，將 BAF送μ PC，否則 , μ PC+1+μ PC。 BCF=3，無(wú)條件轉(zhuǎn)移微命令，將 BAF送 μ PC。 BCF=4；測(cè)試循環(huán)微命令，假如 CT≠ 0，表示需要繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)微命令，將循環(huán)入口微地址從 BAF送 μ PC。假如 CT=0，表示循環(huán)結(jié)束，后繼微地址為μ PC+1。本條微命令同時(shí)完成 CT一 1操作。 BCF=5，轉(zhuǎn)微子程序微命令，把微子程序人口地址從 BAF送 μ PC，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在轉(zhuǎn)移之前要把該條微指令的下一地址 (μ PC+1)送人返回寄存器 RR之中。 BCF=6，返回微命令，把 RR中的返回微地址送人 μ PC，從而實(shí)現(xiàn)從微子程序返回到原來(lái)的微程序。 BCF=7，操作碼產(chǎn)生后繼微地址的微命令，這是取指后，按現(xiàn)行指令執(zhí)行的第一條微指令。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 101 ? BAF的長(zhǎng)度有兩種情況： ① 與 μPC的位數(shù)相等；可以從控制存儲(chǔ)器的任一單元取微指令。 ② 比 μPC短；考慮到轉(zhuǎn)移點(diǎn)在 μPC附近，或者在控制存儲(chǔ)器的某區(qū)域內(nèi)，所以由原來(lái)的 μPC的若干位與 BAF組合成轉(zhuǎn)移微地址。 ? 第一種情況，轉(zhuǎn)移靈活，但增加了微指令的長(zhǎng)度；第二種情況，轉(zhuǎn)移地址受到限制，但可縮短微指令長(zhǎng)度。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) 第 5章 中央處理器 (CPU) 2022/8/17 102 3. 微程序設(shè)計(jì)技術(shù) (2) 微程序流的控制 ③ 多路轉(zhuǎn)移方式 ? 一條微指令存在 多個(gè)轉(zhuǎn)移分支 的情況稱(chēng)為多路轉(zhuǎn)移 ? 在執(zhí)行某條微指令時(shí)，可能會(huì)遇到在若干個(gè)微地址中選擇一個(gè)作為后繼微地址的情況，如根據(jù)操作碼產(chǎn)生不同的后繼微地址。實(shí)現(xiàn)此功能的電路通常是由 PROM(可編程序只讀存儲(chǔ)器 )組成的。該存儲(chǔ)器的特點(diǎn)是 以指令的操作碼作為地址輸入 ，而相應(yīng)的存儲(chǔ)單元內(nèi)容即為該指令的第一條微指令的入口地址。該存儲(chǔ)器的容量