微程序设计ppt课件

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1、第16讲 微程序设计技术进行微程序设计时注意的三个问题：进行微程序设计时注意的三个问题： （1）微指令字长尽可能短）微指令字长尽可能短 （2）微程序长度尽可能短）微程序长度尽可能短 （3）提高微程序的执行速度）提高微程序的执行速度微命令编码方法微命令编码方法微地址的形成方法微地址的形成方法微指令格式微指令格式微程序设计微程序设计微程序设计技术微程序设计技术1. 直接编码（直接控制）方式直接编码（直接控制）方式微命令按位给出微命令按位给出 在微指令的操作控制字段中在微指令的操作控制字段中:每一位代表一个微操每一位代表一个微操作命令作命令,用用0和和1代表是否发出命令。代表是否发出命令。下地址下地

2、址控制信号控制信号操作控制操作控制 这种方法直观、不必译码、控制电路简单、速度快；这种方法直观、不必译码、控制电路简单、速度快； 信息的表示效率低；信息的表示效率低； 微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微指令中通常只有个别位采用直接控制法。微命令编码方法微命令编码方法C0=C0=0 0 进位初值为进位初值为0 01 1 进位初值为进位初值为1 1R=R=0 0 不读不读1 1 读读0 0 不写不写1 1 写写W=W=C0R W2.2.字段直接编译方式字段直接编译方式例例. .对加法器输入端进行控制。对加法器输入端进行控制。微命令由字段编码直接给出。微命令由字段编码直接给出。000 000

3、不发命令不发命令微指令中设置微指令中设置AIAI字段，控制加法器的字段，控制加法器的输入选择。输入选择。 加法器加法器 A BR、CD、ER、CD、F010 C A010 C A100 F B100 F B001 R A001 R A010 C A010 C A011 D B011 D B011 D B011 D B？微命令分组原则：微命令分组原则：同类操作中同类操作中互斥互斥的的微命令放同一字段。微命令放同一字段。不能同时出现不能同时出现CD译码器译码器 译码器译码器译码器译码器微指令微指令寄存器寄存器微命令微命令 微命令微命令微命令微命令操作控制字段操作控制字段顺序控制字段顺序控制字段AI

4、操作唯一；操作唯一；加法器加法器A A输入端的控制命令放输入端的控制命令放AIAI字段，字段，B B输入端的控制命令输入端的控制命令放放BIBI字段。字段。 加法器加法器 A BR、CD、ER、CD、F000 000 不发命令不发命令010 C A010 C A100 E A100 E A001 R A001 R A011 D A011 D ACDAI BIAI BI3 3010 C A010 C A000 000 不发命令不发命令010 C B010 C B100 F B100 F B001 R B001 R B011 D B011 D B011 D B011 D BAIAI：BIBI： 一

5、条微指令能同时一条微指令能同时提供若干微命令，便于组织各种操作。提供若干微命令，便于组织各种操作。 编码较简单；编码较简单；3、字段间接编码法、字段间接编码法字段间接编码法是在字段直接编码法的基础上，用来字段间接编码法是在字段直接编码法的基础上，用来进一步缩短微指令字长的方法。间接编码的含义是，一进一步缩短微指令字长的方法。间接编码的含义是，一个字段的某些编码不能独立地定义某些微命令，而需要个字段的某些编码不能独立地定义某些微命令，而需要与其他字段的编码来联合定义，因此又称为隐式编码或与其他字段的编码来联合定义，因此又称为隐式编码或多重定义编码方法。多重定义编码方法。字段字段 1字段字段 2译

6、码译码译码译码译码译码操作控制操作控制控制信号控制信号字段字段 n下地址下地址控制信号控制信号3.3.字段间接编译法字段间接编译法例例. . C C = C C A A 1) 1) 设置解释位或解释字段设置解释位或解释字段解释位解释位1 1 A A为某类命令为某类命令0 0 A A为常数为常数2) 2) 分类编译分类编译按功能类型将微指令分类，分别安排各类微按功能类型将微指令分类，分别安排各类微指令格式和字段编码，并设置区分标志。指令格式和字段编码，并设置区分标志。指令操作码指令操作码 1.1.微程序入口地址的形成微程序入口地址的形成 微程序入口微程序入口功能转移功能转移（1 1）一级功能转移

7、）一级功能转移各操作码的位置、位数固定，一次转换成功各操作码的位置、位数固定，一次转换成功入口地址入口地址= =页号，操作码页号，操作码 微程序流的控制是指当前微指令执行完毕后，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。怎样控制产生后继微指令的微地址。产生后继微指令的微地址的方法有增量方法、产生后继微指令的微地址的方法有增量方法、增量与下址字段结合方式、多路转移方式、微增量与下址字段结合方式、多路转移方式、微中断方式。中断方式。微地址的形成方法微地址的形成方法例例. . 机器指令机器指令1 0F(80F(8位位) ) 入口地址入口地址= =00000FH0FHCM

8、机器指令机器指令2 10(810(8位位) ) 入口地址入口地址= =000010H10H000F000F00100010无条件转无条件转 微地址微地址1 1微地址微地址1 1微程序微程序1 1无条件转无条件转 微地址微地址2 2微地址微地址2 2微程序微程序2 2 功功能能转转移移 功功能能转转移移0 0页页（2 2）二级功能转移）二级功能转移各类指令操作码的位置、位数不固定，各类指令操作码的位置、位数不固定， 分类转：分类转： 需两需两次转换。次转换。 指令类型标志指令类型标志 区分指令类型区分指令类型功能转：功能转： 指令操作码指令操作码 区分操作类型区分操作类型2.2.后续微地址的形成

9、后续微地址的形成 （1 1）增量方式）增量方式以顺序执行为主，辅以各种常规转移方式。以顺序执行为主，辅以各种常规转移方式。顺序：顺序：现行微地址现行微地址+1+1。跳步：跳步：现行微地址现行微地址+2+2。无条件转移：无条件转移：现行微指令现行微指令给出转移微地址。给出转移微地址。CMAA+1A+2BB条件转移：条件转移：现行微指令给现行微指令给出转移微地址和转移条件。出转移微地址和转移条件。B 转移条件转移条件 CC( (条件满足条件满足) )( (条件不满足条件不满足) )转微子程序：转微子程序：现行微指令现行微指令给出微子程序入口。给出微子程序入口。 转移条件转移条件 C DD微子程序微

10、子程序返回微主程序：返回微主程序：现行微指现行微指令给出寄存器号。令给出寄存器号。 A+1RR微指令微指令 给定后续微地址给定后续微地址高位部分高位部分 （2 2）断定方式）断定方式由直接给定和测试断定相结合形成微地址。由直接给定和测试断定相结合形成微地址。 给定部分给定部分 断定条件断定条件指明后续微地址低指明后续微地址低位部分的形成方式位部分的形成方式例例. .微指令微指令 D D（给定）给定） A A（条件）条件）2位位位数可变位数可变微地址微地址1010位，位，约定：约定：A=A=01011010微地址低微地址低4 4位为操作码，位为操作码，D D给定高给定高 位；位；微地址低微地址低

11、3 3位为机器指令目的寻址方式位为机器指令目的寻址方式微地址低微地址低3 3位为机器指令源寻址方式位为机器指令源寻址方式6 67 71111编码，编码，D D给定高给定高 位；位；编码，编码，D D给定高给定高 位。位。7 716路路分支分支8路分支路分支8路分支路分支 微指令的编译方法是决定微指令格式的主要微指令的编译方法是决定微指令格式的主要因素。因素。 微指令的格式大体分成两类：微指令的格式大体分成两类：水平型微指令水平型微指令垂直型微指令垂直型微指令微指令格式微指令格式1.水平型微指令水平型微指令 一次能定义并执行多个并行操作微命令的微一次能定义并执行多个并行操作微命令的微指令，叫做指

12、令，叫做水平型微指令水平型微指令。 其一般格式如下：其一般格式如下： 控控 制制 字字 段段判别测试字段判别测试字段下地址字段下地址字段微指令格式微指令格式优点：微程序短，执行速度快。优点：微程序短，执行速度快。缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。缺点：微指令长，编写微程序较麻烦。2.垂直型微指令垂直型微指令 微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，微指令中设置微操作码字段，采用微操作码编译法，由微操作码规定微指令的功能由微操作码规定微指令的功能 ，称为，称为垂直型微指令垂直型微指令。其结构类似于机器指令的结构。它有操作码，在一条其结构类似于机器指令的结构。它有操作码，在一条微指令中只有微

13、指令中只有12个微操作命令，个微操作命令，每条微指令的功能每条微指令的功能简单简单，因此，实现一条机器指令的微程序要比水平型，因此，实现一条机器指令的微程序要比水平型微指令编写的微程序长得多。它是微指令编写的微程序长得多。它是采用较长的微程序采用较长的微程序结构去换取较短的微指令结构结构去换取较短的微指令结构。优点：微指令短、简单、规整，便于编写微程序优点：微指令短、简单、规整，便于编写微程序缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。缺点：微程序长，执行速度慢；工作效率低。微指令格式微指令格式微指令格式微指令格式3.混合型微指令混合型微指令v在垂直型的基础上增加一些不太复杂的并行操作。v特点：微

14、指令不长，便于编写；微程序不长，执行速度加快。全部微指令存在全部微指令存在 CM 中中，程序执行过程中，程序执行过程中 只需读出只需读出关键关键 微指令的微指令的 操作控制字段如何形成微操作命令操作控制字段如何形成微操作命令 微指令的微指令的 后继地址如何形成后继地址如何形成微程序控制器的设计微程序控制器的设计（1）微程序控制器设计的关键问题）微程序控制器设计的关键问题从横向解决微指令的安排问题从横向解决微指令的安排问题 即微指令的编码设计即微指令的编码设计从纵向解决微指令的先后连接问题从纵向解决微指令的先后连接问题 即微程序的编制即微程序的编制（2）微程序控制器设计的步骤）微程序控制器设计的

15、步骤拟定各机器指令的操作流程图，写出拟定各机器指令的操作流程图，写出对应的微操作序列；对应的微操作序列；根据全机的微操作序列选用微指令的根据全机的微操作序列选用微指令的编码设计方案；编码设计方案；根据各条机器指令的功能编制出相应根据各条机器指令的功能编制出相应的微程序；的微程序；把编制好的微程序写入只读存储器。把编制好的微程序写入只读存储器。（3 3）微程序控制器的设计过程）微程序控制器的设计过程第一步：列出各条机器指令的微操作序列第一步：列出各条机器指令的微操作序列第二步：进行微指令的编码设计；第二步：进行微指令的编码设计；第三步：编制微程序；第三步：编制微程序；第四步：将微程序装入控制存储

16、器。第四步：将微程序装入控制存储器。组合逻辑控制器与微程序控制器的比组合逻辑控制器与微程序控制器的比较较（1 1）微程序控制器采用软件进行控制，）微程序控制器采用软件进行控制，组合逻辑控制器采用硬件进行控制；组合逻辑控制器采用硬件进行控制；（2 2）微程序控制器可通过增加或修改控）微程序控制器可通过增加或修改控制存储器的内容来修改或扩充指令系统，制存储器的内容来修改或扩充指令系统，组合逻辑控制器修改或扩充指令系统的难组合逻辑控制器修改或扩充指令系统的难度很大；度很大；（3 3）微程序控制器因为每次要对控制存）微程序控制器因为每次要对控制存储器进行读取，因而速度较慢，组合逻储器进行读取，因而速度较慢，组合逻辑控制器速度较快，仅取决于电路延迟；辑控制器速度较快，仅取决于电路延迟；（4 4）一般计算机采用微程序控制器，只）一般计算机采用微程序控制器，只有有RISC采用组合逻辑控制器。采用组合逻辑控制器。