微程序控制器的组成
控制器的组成及设计实验--- 微程序控制器实验
控制器的组成及设计实验--- 微程序控制器实验控制器是计算机的核心部件，计算机的所有硬件都是在控制器的控制下，完成程序规定的操作。
控制器的基本功能就是把机器指令转换为按照一定时序控制机器各部件的工作信号，合各部件产生一系列动作，完成指令所规定的任务。
控制器的实现有两大类：硬布线控制和微程序控制。
控制器的基本功能：取指令、分析指令、执行指令、对异常情况及中断请求处理。
控制器有以下基本部分组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序发生器、微操作控制信号形成部件、中断机构、总线控制逻辑。
微程序控制器实验一、实验目的掌握微程序控制器的组成原理及其设计方法。
二、实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。
实验所用的时序信号为TS1－TS4，由时序电路产生（看第一章）。
微程序控制电路如图3.4－1所示，其中控制存储器采用3片2816的E²PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。
微地址寄存器6位，用3片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
电路中有一个编程开关，有 3种状态：PROM（编程）、READ（检验）、RUN（运行）。
当开关处于PROM状态时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当开关处于READ时，可以对写图3.4－1 微程序控制器实验原理图入的控制代码进行验证，判断是不是有错。
当开关处于RUN时，只要给出微程序的入口地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
微指令格式如图3.4－2所示，有24位字长，其中UA0－UA5为6位后继微地址；A、B、C为3个译码字段，C字段中的P（1）－P（4）是4个测试字位，其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微程序入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，指令译码原理图如第一章中图1-2所示。
微程序控制器的结构原理 -回复
微程序控制器的结构原理-回复微程序控制器（Microprogram Controller）是一种微程序控制逻辑的设备，用于控制和指挥计算机的操作。
它采用微程序的方式将机器指令翻译成一系列的微操作，并通过这些微操作控制计算机的各个部件进行相应的操作。
微程序控制器的结构原理是一种基于控制存储器的控制方式，它通过控制存储器中的微指令来控制计算机的操作。
一、微程序控制器的基本结构微程序控制器的基本结构由控制存储器、微指令寄存器、计数器等组成。
控制存储器中存放着一系列的微指令，通过微指令寄存器将微指令从控制存储器中读取出来，并送至微操作控制逻辑电路进行解码和执行。
计数器则负责控制微指令的顺序执行，从而实现整个计算机的控制。
二、微指令的结构微指令是微程序控制器的最小控制单位，它包含一系列的控制信号，用于控制计算机的各个部件进行相应的操作。
微指令的结构可以分为操作字段和控制字段两部分。
1. 操作字段：操作字段描述了某一类操作的行为，比如存取存储器、进行算术运算等。
用于指示执行的微操作。
2. 控制字段：控制字段用于对操作所涉及到的寄存器、状态位、标志位等进行控制。
包括地址字段、操作码字段和操作数字段。
三、微指令的执行微指令的执行过程如下：首先，计数器将指向当前要执行的微指令的地址；然后，该微指令被取出并送至微指令寄存器；接着，微指令寄存器将微指令分发给微操作控制逻辑电路进行解码，并产生相应的控制信号；最后，这些控制信号将被发送给计算机的各个部件进行相应的操作。
四、微指令的设计与实现微指令的设计和实现需要考虑多个因素，如指令执行的功能和流程、指令的格式、操作字段和控制字段等。
一般来说，微指令的设计与实现可以参考以下步骤：1. 确定指令流程：根据计算机的指令执行流程，确定微指令的执行次序和执行流程。
2. 划分指令组：将相似功能的指令划分为一组，方便统一设计和实现。
3. 设计操作字段和控制字段：根据指令功能的不同，设计相应的操作字段和控制字段，并确定其位数和编码方式。
微程序控制器
结束，判中断
写寄存器内容到主存 STRA [2007] ， R9
（地址 2007 存在指令的第二个字中）
读取指令
① ②
AR PC, PC PC + 1 读主存，IR 读出内容
执行指令
③
④ ⑤
AR PC ， PC PC+ 1 读主存，AR 读出内容
ALU 0 , ALU R9 , + 写主存, 总线 ALU ，
电源
+5V
二、 指令的执行过程
冯. 诺依曼 结构的计算机 即存储程序的计算机，设置内存，存 放程序和数据，在程序运行之前存入。
执行程序： 正确从程序首地址开始； 正确分步执行每一条指令， 并形成下条待执行指令的地址； 正确并自动地连续执行指令， 直到程序的最后一条指令。
每条指令的执行步骤
—读取指令
件协同运行所需要的控制信号。
各部件包括 运算器部件 也包括 控制器部件 主存储器部件
总线及输入/输出接口(输入/输出设备)
设计中的难点，在于解决对运算器、控制器的控制
组合逻辑控制器的组成和运行原理
主振
③
④
启停
数据总线 控制总线 地址总线
节 拍 发 生 器
时序控制
控制条件 译码
② ① 程序计数器
信号
1. 控制器的功能
计算机的功能是执行程序 程序是依次排列起来的指令代码 控制器的功能就在于: 正确地分步完成每一条指令规定的功能, 正确且自动地连续执行指令; 再进一步说，就是向计算机各功能部件提供 协调运行每一个步骤所需要的控制信号。
2. 控制器的组成
①程序计数器PC：存放指令地址，有+1或接收新值功能。 ②指令寄存器IR：存放指令内容：操作码与操作数地址。 ③指令执行步骤标记线路： 指明每条指令的执行步骤。 ④控制信号记忆或产生线路：给出计算机各功能部件部
微程序控制器原理
微程序控制器原理一、引言微程序控制器是一种基于微程序设计思想的计算机控制器，它的出现极大地推动了计算机技术的发展。
本文将详细介绍微程序控制器的原理。
二、微程序控制器概述微程序控制器是指使用微指令来实现计算机指令执行的一种控制方式。
它将每个指令分解为若干个微操作，每个微操作对应一个微指令，通过按照预先设计好的微指令序列执行，从而完成对指令的执行。
与传统的硬连线控制方式相比，微程序控制器具有更高的灵活性和可编程性。
三、微程序控制器结构1. 微指令存储器微程序控制器中最重要的部分就是微指令存储器。
它用于存储所有可能需要执行的微指令，并提供地址输入和数据输出接口。
通常采用ROM或RAM作为存储介质。
2. 控制存储器在实际应用中，由于不同类型的计算机可能需要使用不同类型的指令集，因此需要使用不同类型的控制存储器来实现对不同类型指令集的支持。
同时，在某些情况下还需要使用特殊功能的控制存储器，如中断控制存储器、异常处理控制存储器等。
3. 微指令执行单元微指令执行单元是负责执行微指令的核心部分。
它包含多个功能模块，如地址生成器、ALU、寄存器等。
在执行微指令时，它会根据微指令中的操作码和操作数来进行相应的操作。
4. 外设接口外设接口用于与计算机系统中的各种外设进行通信。
它通常采用标准接口协议，并提供一定程度的可编程性。
四、微程序控制器工作原理1. 指令解码在计算机系统中，每个指令都有其特定的编码方式。
当CPU读取到一条指令时，首先需要将其解码成对应的微操作序列，并将其存储到微程序控制器中。
2. 微程序执行当CPU需要执行一条指令时，它会将当前指针所指向的微程序读取出来，并传递给微程序执行单元进行处理。
在执行过程中，微程序执行单元会根据当前微操作所对应的微指令来完成相应的操作，并返回下一个需要执行的微程序地址。
3. 微程序跳转在某些情况下，CPU需要根据特定条件来跳转到不同的微程序地址。
这时，微程序控制器会根据当前的条件码和跳转地址来计算出下一个需要执行的微程序地址，并将其返回给CPU。
微程序控制器
微程序控制器简介微程序控制器（Microprogram Controller）是一种用于控制计算机硬件执行指令的微处理器，用来实现指令的解码和执行。
在计算机的内部结构中，微程序控制器位于中央处理器（CPU）内部，起到指挥和控制其他部件工作的功能。
工作原理微程序控制器通过一系列微操作指令来控制计算机硬件执行指令，这些微操作指令是由微指令（Microinstruction）组成的。
每条微指令对应着一条机器指令的执行过程，包括指令的分析、解码、操作数寻址和执行等过程。
微程序控制器内部包含一个存储器单元，称为微存储器（Microstore）。
微存储器中存储了一组微程序，每条微程序对应一条机器指令的执行过程。
当计算机执行某条机器指令时，微程序控制器会从微存储器中读取相应的微程序，并按照微程序中的微指令逐步控制各个硬件部件执行指令。
特点与优势微程序控制器具有以下特点和优势：1.模块化设计：微程序控制器是一个独立的硬件模块，可以灵活地与其他硬件部件组合在一起。
这种模块化设计使得微程序控制器可以根据计算机的需求进行定制和扩展。
2.简化指令执行过程：微程序控制器将复杂的机器指令执行过程分解为一系列微操作指令，这些微操作指令更加细化和简化，使得指令的解码和执行更加高效和可靠。
3.易于调试和修改：微程序控制器的微程序可以通过软件进行编写、调试和修改。
当需要新增或修改指令时，只需要修改微程序，而无需对硬件进行改动。
这种灵活性和可修改性极大地方便了软件开发和系统维护。
4.提高指令执行效率：微程序控制器可以根据指令的特点和执行需求进行优化。
通过使用高效的微指令和微操作指令，可以加速指令的执行速度，提高计算机系统的性能。
应用领域微程序控制器广泛应用于各种计算机系统中，尤其适用于复杂指令集计算机（CISC）架构。
它在操作系统、编译器、数据库、图形处理等领域都有重要的应用。
在操作系统中，微程序控制器负责实现指令的解码和执行，协调各个硬件部件的工作，保证操作系统的正常运行。
微程序控制器的基本结构
微程序控制器的基本结构微程序控制器（Microprogram Controller）是一种常见的计算机控制器，它采用微程序控制方式进行控制指令的执行。
它是计算机硬件中极其关键的一部分，它可以说是整个计算机系统的大脑。
微程序控制器的基本结构由以下几个部分构成：控制存储器、微指令寄存器、微指令流控制逻辑、微指令编码和执行逻辑。
控制存储器是微程序控制器中最重要的组成部分之一，它用于存储各种微指令的信息。
这些微指令包括了控制计算机进行各种操作的所有信息，例如算术运算、逻辑运算、总线操作、存储器访问等。
控制存储器的设计通常采用高度集成的存储器芯片，可以快速访问指令。
微指令寄存器是控制存储器中用于存放当前微指令的部件。
它用于存储从控制存储器中读取的微指令，并将其提供给微指令流控制逻辑进行解码和执行。
微指令寄存器的设计通常采用高速寄存器，以保证微指令的快速读取和执行。
微指令流控制逻辑是微程序控制器中的另一个重要组成部分，它用于解码和执行微指令。
通过对微指令进行解码，微指令流控制逻辑可以确定下一条要执行的微指令，并将其从控制存储器中读取到微指令寄存器中。
它还负责控制微指令的执行顺序和跳转逻辑，以保证指令的正确执行。
微指令编码和执行逻辑是微程序控制器中的最关键组成部分之一，它用于将微指令进行编码和执行。
通过对微指令进行编码，微指令编码和执行逻辑可以将微指令转化为对计算机硬件的控制信号，从而实现对计算机各个部件的控制。
它负责生成和传递控制信号，以控制计算机的运算和存储操作。
微程序控制器的基本结构通过以上几个部分的协同工作，可以控制计算机的各种操作。
它的作用是将计算机程序中的指令转化为硬件级别的控制信号，以控制计算机的硬件执行指令。
它通过高度集成的控制存储器、高速寄存器和逻辑电路，提供了高效稳定的微指令执行能力。
在计算机系统中，微程序控制器具有重要的指导意义。
它为计算机的设计和优化提供了重要的参考依据。
通过对微程序控制器的研究和优化，可以提高计算机的性能和可靠性，同时也可以减小计算机的体积和功耗。
简述微程序控制器的构成
简述微程序控制器的构成微程序控制器是计算机中的一个重要组成部分，它负责解析和执行指令，控制整个计算机系统的运行。
本文将从构成的角度来详细介绍微程序控制器。
微程序控制器主要由微指令存储器、控制存储器、译码器和时序控制电路组成。
首先是微指令存储器，它是微程序控制器的核心部件。
微指令存储器是一个存储微指令的组件，它内部由一系列存储单元组成，每个存储单元存储一个微指令。
微指令是执行机器指令时所需的一系列控制信号的集合，用于控制计算机的各个部件的工作。
微指令存储器的容量决定了微程序控制器可以存储的微指令的数量。
其次是控制存储器，它用于存储控制信号。
控制存储器是一个存储控制信号的组件，它内部由一系列存储单元组成，每个存储单元存储一个控制信号。
控制信号是微指令中的一部分，用于控制计算机的各个部件的工作。
通过控制存储器，微程序控制器可以根据需要提供不同的控制信号，实现对计算机系统的灵活控制。
第三是译码器，它负责对微指令进行译码。
微指令经过译码后，会产生一系列控制信号，用于控制计算机的各个部件的工作。
译码器根据微指令存储器中的微指令的格式和内容，将微指令中的操作码和地址码解析为对应的控制信号。
译码器可以根据不同的微指令格式和内容，生成不同的控制信号，实现对计算机系统的灵活控制。
最后是时序控制电路，它负责控制微程序控制器的时序。
时序控制电路是微程序控制器中的一个重要组成部分，它根据计算机系统的时钟信号和控制信号，控制微指令存储器、控制存储器和译码器的工作时序，确保微指令能够按照正确的顺序进行执行。
除了以上的主要组成部分，微程序控制器还包括输入接口和输出接口。
输入接口负责接收来自计算机系统的指令和数据，输出接口负责将控制信号发送给计算机系统的各个部件。
输入接口和输出接口是微程序控制器与其他部件之间的桥梁，通过它们，微程序控制器可以与其他部件进行数据交换和控制信号传输。
总结起来，微程序控制器由微指令存储器、控制存储器、译码器、时序控制电路、输入接口和输出接口等组成。
微程序控制器的工作原理
微程序控制器的工作原理微程序控制器是一种用于控制计算机硬件执行指令的微处理器。
它的工作原理是通过微程序来控制计算机的指令执行流程，实现对计算机硬件的控制和管理。
在本文中，我们将详细介绍微程序控制器的工作原理，包括微程序的概念、微程序控制器的结构和工作过程等内容。
微程序的概念。
微程序是一种用于控制计算机硬件执行指令的低级程序。
它由一系列微指令组成，每条微指令对应计算机硬件的一个控制信号。
微程序的主要作用是实现对计算机硬件的控制和管理，使得计算机能够按照指定的顺序执行指令，从而完成各种计算任务。
微程序控制器的结构。
微程序控制器通常由微指令存储器、微指令译码器、控制逻辑单元和时序逻辑单元等部分组成。
微指令存储器用于存储微程序，微指令译码器用于译码微指令，控制逻辑单元用于生成控制信号，时序逻辑单元用于控制微指令的执行时序。
微程序控制器的工作过程。
微程序控制器的工作过程通常包括指令译码、控制信号生成和执行时序控制三个阶段。
在指令译码阶段，微程序控制器从存储器中读取当前指令对应的微指令，并将其送入微指令译码器进行译码。
译码后的微指令包括一系列控制信号，用于控制计算机硬件执行指令。
在控制信号生成阶段，控制逻辑单元根据译码后的微指令生成相应的控制信号，用于控制计算机硬件的执行。
在执行时序控制阶段，时序逻辑单元根据微指令的执行时序控制计算机硬件的执行顺序，确保指令能够按照正确的顺序执行。
总结。
微程序控制器通过微程序来控制计算机硬件执行指令，实现对计算机的控制和管理。
它的工作原理是通过微程序控制计算机硬件的执行流程，包括指令译码、控制信号生成和执行时序控制三个阶段。
微程序控制器的结构包括微指令存储器、微指令译码器、控制逻辑单元和时序逻辑单元等部分。
通过这些部分的协同工作，微程序控制器能够实现对计算机硬件的精确控制，从而实现各种计算任务的执行。
微程序控制器的工作原理
微程序控制器的工作原理微程序控制器是一种基于微处理器的控制器，它是由微指令集组成的，可以实现对计算机各个部件的控制。
微程序控制器的工作原理主要分为三个部分：微指令生成、微指令执行和微指令存储。
微指令生成是微程序控制器的核心部分，它的作用是将指令编码转换成一系列微操作，以控制计算机各个部件的工作。
微指令生成器通常采用ROM或PROM存储器，存储着一组预先设计好的微指令集。
当CPU向微程序控制器发送指令时，微指令生成器会读取相应的微指令，将其转换成一组微操作信号，以控制CPU和其他硬件设备的工作。
微指令执行是微程序控制器的另一个重要部分，它的作用是根据微指令生成器输出的微操作信号，控制计算机各个部件的工作。
微指令执行通常由微操作控制器实现，微操作控制器的作用是根据微指令生成器输出的微操作信号，控制各个硬件设备的工作。
在微操作控制器的控制下，CPU可以执行各种操作，如算术逻辑运算、存储器读写等。
微指令存储是微程序控制器的另一个重要部分，它的作用是存储微指令集。
微指令存储器通常采用ROM或PROM存储器，存储着一组预先设计好的微指令集。
当CPU向微程序控制器发送指令时，微指令生成器会读取相应的微指令，将其转换成一组微操作信号，以控制CPU和其他硬件设备的工作。
微指令存储器的容量大小限制了微指令集的大小，越大的微指令集意味着更为复杂的控制逻辑。
微程序控制器的优点是能够灵活地控制计算机各个部件的工作，使得计算机的功能更为强大。
此外，微程序控制器的设计也非常灵活，可以根据不同需求设计不同的微指令集，从而实现不同的功能。
微程序控制器也有一些缺点，最主要的是性能较低。
由于微程序控制器需要将指令编码转换成一系列微操作，再进行控制，因此会增加一定的延迟。
此外，微程序控制器的设计也比较复杂，需要进行大量的编程和测试工作，从而增加了设计和制造成本。
微程序控制器是一种基于微处理器的控制器，它的工作原理主要包括微指令生成、微指令执行和微指令存储三个部分。
微程序控制器实验报告
一、实验目的1、通过实验,进一步理解微程序控制器的组成结构。
理解微程序控制器的控制原理2、加深理解微程序控制器的工作原理。
掌握指令流程与功能3、理解掌握微程序控制器的设计思路与方法二、实验内容与步骤1、微程序控制器的组成原理控制存储器：实现整个指令系统的所有微程序，一般指令系统是规定的由高速半导体存储器构成，容量视机器指令系统而定，取决于微程序的个数，其长度就是微指令字的长度。
微指令寄存器：存放从控存读出的当前微指令。
微操作控制字段将操作控制信号送到控制信号线上，微地址字段指出下一条微地址的形成。
微地址寄存器：存放将要访问的下一条微指令地址地址转移逻辑：形成将要执行的微指令地址，形成方式：取指令公操作所对应的微程序一般从控存的0地址开始，所以微程序的人口地址0是由硬件控制的。
当出现分支时，通过判别测试字段、微地址字段、和执行部件的反馈信息形成后即微地址。
Cpu设计步骤：1.拟定指令系统2.确定总体结构（数据通路）3.安排时序4.拟定指令流程。
根据指令系统，写出对应所有机器指令的全部微操作机器节拍安排，然后列出操作时间表5.确定微指令的控制方式、下地址形成方式、微指令格式及微指令字长，编写全部的微指令的代码，最后将编写的微指令放入控制存储器中。
微程序控制器的设计步骤（1）设计微程序确定微程序流程图，也就是控制算法流程图。
（2）确定微指令格式微指令格式中的操作控制字段取决于执行部件的子系统需要多少微指令。
假定采用直接控制方式，执行部件需要10个微命令，则操作控制字段需要10位。
??? 测试判别字段取决于微程序流程图中有多少处分支转移。
假定有3处分支，则测试判别字段需要3位。
下址字段取决于微程序流程图的规模。
假定微程序共用50条微指令，则下址字段至少需要6位。
这是因为ROM地址译码时，26=64，6位地址可容纳64条微指令。
（3）将微程序编译成二进制代码（4）微程序写入控制存储器（5）设计硬件电路三、实验现象--CPU 头文件 cpu_defsLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;PACKAGE cpu_defs IS --定义程序包，包头，包体TYPE opcode IS (load, store, add, sub, bne); --这个语句适合于定义一些用std_logic 等不方便定义的类型，综合器自动实现枚举类型元素的编码，一般将第一个枚举量（最左边）编码为0CONSTANT word_w: NATURAL :=8;CONSTANT op_w: NATURAL :=3;CONSTANT rfill: STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 downto 0):=(others =>'0');--FUNCTIOn slv2op(slv:IN STD_LOGIC_VECTOR) RETURN opcode;FUNCTION op2slv(op:in opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR;END PACKAGE cpu_defs;PACKAGE BODY cpu_defs ISTYPE optable IS ARRAY(opcode) OF STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--数组有5个元素，其他均0CONSTANT trans_table:optable :=("000", "001", "010", "011", "100");FUNCTION op2slv(op:IN opcode) RETURN STD_LOGIC_VECTOR ISBEGINRETURN trans_table(op);END FUNCTION op2slv;END PACKAGE BODY cpu_defs;--实验 7-8 微程序控制器实验LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL,IEEE.NUMERIC_STD.ALL;USE WORK.CPU_DEFS.ALL;--使用自己定义的程序包ENTITY CPU ISPORT( clock : IN STD_LOGIC;--时钟reset : IN STD_LOGIC;--复位mode : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); --查看用mem_addr : INUNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);--地址output : OUT STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);data_r_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);--微指令Rop_out : OUT STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);--操作码add_r_out : OUT UNSIGNED(4 DOWNTO 0) --微地址R);END ENTITY;ARCHITECTURE rtl OF CPU ISTYPE mem_array IS ARRAY (0 TO 2**(word_w-op_w)-1) OF STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);--定义RAMSIGNAL mem : mem_array;CONSTANT prog : mem_array:=(0=> op2slv(load) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(4,word_w-op_w)),1=> op2slv(add) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(5,word_w-op_w)),2=> op2slv(store) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(6,word_w-op_w)),3=> op2slv(bne) & STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(7,word_w-op_w)), --TO_UNSIGNED转换函数将4转换为5位“00100”4=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(2,word_w)),5=> STD_LOGIC_VECTOR(TO_UNSIGNED(3,word_w)),OTHERS => (OTHERS =>'0'));TYPE microcode_array IS ARRAY (0 TO 14) OF STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0); CONSTANT code : microcode_array:=(--控制存储器14=> "00000000000000000000");SIGNAL count : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL op : STD_LOGIC_VECTOR(op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL z_flag : STD_LOGIC;SIGNAL mdr_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL mar_out : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL IR_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL acc_out : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);SIGNAL sysbus_out : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);EGINPROCESS(reset,clock)VARIABLE instr_reg : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE acc : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0);CONSTANT zero : UNSIGNED(word_w-1 DOWNTO 0):=(OTHERS =>'0')VARIABLE mdr : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE mar : UNSIGNED(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE sysbus : STD_LOGIC_VECTOR(word_w-1 DOWNTO 0);VARIABLE microcode : microcode_array;VARIABLE add_r : UNSIGNED(4 DOWNTO 0);VARIABLE data_r : STD_LOGIC_VECTOR(19 DOWNTO 0);VARIABLE temp : STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 0);BEGINIF reset='0' THENadd_r:=(OTHERS =>'0');count <= (OTHERS =>'0');instr_reg := (OTHERS =>'0');acc := (OTHERS =>'0');mdr := (OTHERS =>'0');mar := (OTHERS =>'0');z_flag <='0';mem <= prog;sysbus :=(OTHERS =>'0');ELSIF RISING_EDGE(clock) THEN--microprogram controllerdata_r := code(TO_INTEGER(add_r));IF data_r(4 DOWNTO 0)="01111" THEN --判断下地址temp:="01" & op(2 DOWNTO 0);add_r := UNSIGNED(temp);ELSIF data_r(4 DOWNTO 0)="10000" THENIF z_flag='1' THENadd_r:="01110";ELSEadd_r :="01101";END IF;ELSEadd_r := UNSIGNED(data_r(4 DOWNTO 0));END IF;data_r_out <=data_r;add_r_out <= add_r;--PCIF data_r(16)='1' THEN --PC_bus='1'sysbus := rfill & STD_LOGIC_VECTOR(count);END IF;IF data_r(19)='1' THEN --load_PC='1'count <= UNSIGNED(mdr(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(10)='1' THEN --INC_PC='1'count <= count+1;ELSEcount <= count;END IF;--IRIF data_r(15)='1' THEN --load_IRinstr_reg := mdr;END IF;IF data_r(9)='1' THEN --Addr_bus='1'sysbus := rfill & instr_reg(word_w-op_w-1 DOWNTO 0);END IF;op <= instr_reg(word_w-1 DOWNTO word_w-op_w);IR_out <= instr_reg;op_out <=op;--ALUIF data_r(17)='1' THEN --load_ACC='1'acc:=UNSIGNED(mdr);END IF;IF data_r(11)='1' THEN --ALU_ACC='1'IF data_r(6)='1' THEN --ALU_add='1'acc := acc + UNSIGNED(mdr);ELSIF data_r(5)='1' THEN --ALU_sub='1'acc := acc - UNSIGNED(mdr);END IF;END IF;IF data_r(18)='1' THEN --ACC_bus='1'sysbus := STD_LOGIC_VECTOR(acc);END IF;IF acc=zero THENz_flag <='1';ELSEz_flag <='0';END IF;acc_out<= acc;--RAMIF data_r(14)='1' THEN --load_MAR='1'mar := UNSIGNED(sysbus(word_w-op_w-1 DOWNTO 0));ELSIF data_r(12)='1' THEN --load_MDR='1'mdr := sysbus;ELSIF data_r(8)='1' THEN --CS='1'IF data_r(7)='1' THEN --R_NW='1'mdr := mem(TO_INTEGER(mar));ELSEmem(TO_INTEGER(mar))<=mdr;END IF;END IF;IF data_r(13)='1' THEN --MDR_bus='1'sysbus:=mdr;END IF;mdr_out <= mdr;mar_out <= mar;END IF;sysbus_out <=sysbus;END PROCESS;PROCESS(mode,mem_addr)BEGIN--mode=0 -> sysbus--mode=1 -> PC--mode=2 -> result of ALU--mode=3 -> IR--mode=4 -> MAR--mode=5 -> MDR--mode=6 -> memoutput <= (OTHERS =>'0');CASE mode isWHEN "000" =>output<=sysbus_out;WHEN "001" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0)<= STD_LOGIC_VECTOR(count);WHEN "010" =>output <= STD_LOGIC_VECTOR(acc_out);WHEN "011" =>output <= IR_out;WHEN "100" =>output(word_w-op_w-1 DOWNTO 0) <= STD_LOGIC_VECTOR(mar_out);WHEN "101" =>output <= mdr_out;WHEN "110" =>output <= mem(TO_INTEGER(mem_addr));WHEN others =>output <= (OTHERS =>'Z');END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE;现象结果：四、实验体会原本对于控制器的设计还是一片空白，通过实验初步理解微程序控制器的组成结构。
微程序控制器原理
微程序控制器原理
在微程序控制器中，微指令通常由两个部分组成：操作码和控制字段。
操作码决定了所执行的微操作的种类，而控制字段则决定了这些微操作所
作用的硬件模块。
在执行指令时，微程序控制器会读取存储器中的微指令，并按照指令
中的操作码和控制字段来进行控制。
每个微操作都会引起一个或多个硬件
模块的状态改变，以完成指令的执行。
微程序控制器可以根据当前指令的
需要和执行状态来选择合适的微指令，并将其解码为电路信号，控制计算
机硬件的运行。
微程序控制器还可以提高计算机的功能扩展性和性能优化。
由于微指
令是以微操作的形式存储和执行的，因此可以将一些复杂的指令拆分成多
个微指令，以提高指令执行的效率。
此外，微程序控制器还可以实现对特
殊指令和异常情况的处理，以及对外设和内存的控制。
微程序控制器的实现方式可以是硬布线的，也可以是微码存储器或ROM/RAM存储器。
在硬布线的实现方式中，微指令是通过逻辑门电路和触
发器来实现的。
在微码存储器或存储器的实现方式中，微指令是以二进制
码的形式存储在存储芯片中。
总之，微程序控制器是一种利用微指令来控制计算机硬件操作的控制
电路。
它以微操作为单位，通过读取存储器中的微指令，并根据微指令的
操作码和控制字段来控制硬件模块的状态改变，以完成指令的执行。
微程
序控制器的优势在于其高度可编程性和灵活性，以及对计算机性能的优化
和扩展的支持。
微程序控制器的构成
微程序控制器的构成微程序控制器是一种用于控制计算机操作的高级硬件设备。
它由微程序存储器和微指令控制逻辑组成，可以根据指令的要求执行相应的操作。
在本文中，将详细介绍微程序控制器的构成及其作用。
一、微程序存储器微程序存储器是微程序控制器的核心部件，用于存储一系列微指令。
微指令是一种非常简单的指令，由一组二进制位组成，用于控制计算机的各种操作。
微程序存储器的容量决定了微指令的数量，也决定了微程序控制器能够执行的操作种类。
二、微指令控制逻辑微指令控制逻辑是微程序控制器的控制部分，它根据微指令的内容和计算机的状态来控制计算机的操作。
微指令控制逻辑通常包括微指令译码器、微指令计数器和状态寄存器等部件。
微指令译码器负责将微指令的二进制位解码为具体的控制信号，用于控制计算机各个部件的操作。
微指令计数器用于记录当前执行的微指令的地址，以便按照顺序执行微指令。
状态寄存器用于记录计算机的状态，例如指令执行完成、中断请求等。
三、指令译码器指令译码器是微程序控制器的重要组成部分，它负责将指令解码为微指令。
指令译码器根据指令的操作码、寻址方式等信息来确定对应的微指令，并将其发送给微程序存储器执行。
指令译码器的设计要兼顾指令的多样性和指令执行的效率，以提高计算机的整体性能。
四、时序控制器时序控制器是微程序控制器的重要组成部分，它负责控制计算机各个部件的时序。
时序控制器根据微指令的执行顺序和计算机的状态来发出相应的时钟信号，以保证各个部件按照正确的顺序和时机执行操作。
五、数据通路数据通路是微程序控制器的重要组成部分，它负责数据的传输和处理。
数据通路通常包括寄存器、运算器、数据选择器等部件。
寄存器用于暂存数据，运算器用于执行算术和逻辑运算，数据选择器用于选择不同的数据源。
微程序控制器的作用是将指令解码为各种微操作，然后控制计算机的各个部件按照微操作的要求执行相应的操作。
微程序控制器的优点是灵活性高，可以支持多种指令和操作，且易于扩展和维护。
4-1[1].2.3微程序控制器
![4-1[1].2.3微程序控制器](https://img.taocdn.com/s3/m/7041ba1bfc4ffe473368ab2b.png)
IR
数据总线 地址总线 2000
0 401 0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD 4275
控制总线 MOV [2007], R9
AR←PC ←
接口
器
2007
PC ← PC+1 IR← ← AR←PC PC ← PC+1 AR← ,数 数 ←R9+0
输入指令
读取指令 ① ②
运算器
C Z V S
控制器
程序计数器
ALU
3041
乘 商 寄 存 器
1234 6688
2000
PC AR
器
控制信号 产生部件
生器 数
器
R9
器
. 用于运算器
IR
数据总线 地址总线 2000
0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD
控制总线
接口
器
2007
指令执行步骤简单的文字描述
练习与作业
练习： 练习：P236 6.16 作业： 作业： 1.若某机主频为 若某机主频为200MHZ，每个指令周期平均为 若某机主频为 ， 2.5CPU周期，每个 周期， 周期平均包括2个主频周 周期 每个CPU周期平均包括 个主频周 周期平均包括 期，问： （1）该机平均指令执行速度为多少 ）该机平均指令执行速度为多少MIPS？ ？ （2）若主频不变，但每条指令平均包括 个CPU周 ）若主频不变，但每条指令平均包括5个 周 每个CPU周期又包括 个主频周期，求平均 周期又包括4个主频周期 期，每个 周期又包括 个主频周期， 指令执行速度？ 指令执行速度？ 2.P236 6.15
2004 1280 IN 80 2005 44FA JR C, 800 2006 8F00 RET
微程序控制器的基本原理
微程序控制器的基本原理1、控制存储器：控制存储器是微程序控制器中的核心部件，通常由只读存储器ROM 器件实现，简称控存。
2、微指令：控制存储器中的一个存储单元（字）表示了某一条指令的某一操作步骤的控制信号，以及下一步骤的有关信息，称该字为微指令。
作用：准确提供了指令执行中的每一步要用的操作信号及下一微指令的地址。
3、微程序：全部微指令的集合称为微程序。
4、微程序控制器的基本工作原理：根据IR（指令寄存器）中的操作码，找到与之对应的控存中的一段微程序的入口地址，并按指令功能所确定的次序，逐条从控制存储器中读出微指令，以驱动计算机各部件正确运行。
5、得到下一条微指令的地址的有关技术：要保证微指令的逐条执行，就必须在本条微指令的执行过程中，能得到下一条微指令的地址。
形成下条微指令地址（简称下地址）可能有下列五种情况：①下地址为本条微指令地址加1；②微程序必转某一微地址，可在微指令中给出该微地址值；③根据状态标志位，选择顺序执行或转向某一地址；④微子程序的调用及返回控制，要用到微堆栈；⑤根据条件判断转向多条微指令地址中的某一地址，比③更复杂的情况。
如：若C=1，转移到A1 微地址；若S=1，转移到A2 微地址；若Z=1，转移到B1 微地址；这种情况，在微指令中直接给出多个下地址是不现实的，应找出更合理的解决方案。
微指令的格式和内容：下地址字段控制命令字段补充：微指令编码的方法（1）直接表示法（水平型微指令）：操作控制字段中的每一位带代表一个微操作控制信号。
如教学实验计算机的微指令56位（2）编码表示法（垂直型微指令）：把一组相斥性的微命令信号组成一个小组，通过小组字段译码器对每一个微命令信号进行译码。
（3）混合表示法：将直接表示法与编码表示法相混合使用。
下地址字段的内容得到下地址的方法由指令操作码得到微指令顺序执行微指令必转或条件转移多路微地址转移微子程序调用和返回按次数循环一段微程序在微指令下地址字段中表示清楚:使用哪种方法哪个判断条件，要用的有关地址等，并用专门电路完成必要支持和处理微指令的下地址是微程序设计中要重其它：如特定入口微地址点解决的问题之一，技术、技巧性强应学得好些微程序定序器Am2910芯片的组成与功能①功能：在微程序控制器中，Am2910用于形成下一条微指令地址。
计算机组成原理 第3章4微程序控制器
微程序控制方式
3.6.1 微程序控制的基本原理 1、基本思想 、
(1)采用了“存储逻辑”的设计思想 采用了“存储逻辑” 采用了 将控制器所需要的微操作命令， 将控制器所需要的微操作命令，以微代码的形式编成微指 存在专门的存储器中，执行机器指令时， 令，存在专门的存储器中，执行机器指令时，从该存储器中取 出微指令，产生执行机器指令所需的微操作命令序列。 出微指令，产生执行机器指令所需的微操作命令序列。 (2)采用了“程序设计”的技术 采用了“程序设计” 采用了 把一条机器指令所需要的微操作命令序列， 把一条机器指令所需要的微操作命令序列，以微指令的 形式编成一段微程序，整个指令系统就编出一整套微程序， 形式编成一段微程序，整个指令系统就编出一整套微程序， 采用“顺序、转移、多分支” 采用“顺序、转移、多分支”等程序设计的技术进行微程序 的设计。 的设计。
功能转： 功能转：
指令操作码
区分操作类型
指令功能既与操作码有关,又与寻址 例2: 指令功能既与操作码有关 又与寻址 方式有关, 可以安排二次功能转移: 方式有关 可以安排二次功能转移 第一次: 按操作码实现功能转移 第二次: 按寻址方式实现转移
（3）用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移 用可编程逻辑阵列PLA实现功能转移 PLA
微命令序列 IR PSW PC
微地址 形成电路 微地址寄存器 AR
译码器
微命令字段 微地址字段 IR
控制存储器
CM
（3）微地址形成电路 功能：提供两类微地址。 功能：提供两类微地址。 微程序入口地址：由机器指令操作码形成。 操作码形成 微程序入口地址：由机器指令操作码形成。 后续微地址： 微地址字段、 后续微地址： 由微地址字段、现行微地 运行状态等形成 等形成。 址、运行状态等形成。
微程序设计和微控制器组成
对应 STA 操作的微程序
• 控制存储器 控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序， 它是一种只读存储器。一旦微程序固化，机器运行时 则只读不写。其工作过程是：每读出一条微指令，则 执行这条微指令；接着又读出下一条微指令，又执行 这一条微指令……。读出一条微指令并执 行微指令的 时间总和称为一个微指令周期。通常，在串行方式的 微程序控制器中，微指令周期就是只读存储器的工作 周期。控制存储器的字长就是微指令字的长度，其存 储容量视机器指令系统而定，即取决于微程序的数量。 对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。
7. 后续微指令地址形成方式原理图
OP 微地址 形成部件
分支 逻辑
IR
微程序入口 标志 …
地址 选择
多路选择 +1
控制信号 … CMDR
转移方式 下地址
CMAR
控制存储器
地址译码
实验箱微控制器的地址转移逻辑
微控制器的组成及工作原理
• 微程序控制器原理框图
存放实现 全部指令 系统的微 程序，是 一种只读 型存储器。 主要由控制存储器、微指令寄 存器和地址转移逻辑三大部分 组成。微指令寄存器包括：微 地址和微命令寄存器。
控制信号
…
下地址
操作控制
速度最快
某位为 “1” 表示该控制信号有效
2. 字段直接编码方式
将微指令的控制字段分成若干 “段”， 每段经译码后发出控制信号
控制信号 … 译码 … 译码 … 译码
显式编码 微程序执行速度较慢
下地址
操作控制
每个字段中的命令是 互斥 的
缩短 了微指令 字长，增加 了译码 时间
• 微指令寄存器 微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微 指令信息。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条 微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的 操作控制字段和判别测试字段的信息。
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微程序控制器的组成
微程序控制器是一种重要的计算机组成部分，它负责执行计算机指令并控制计算机的运行。
微程序控制器由多个组成部分组成，包括微指令存储器、微指令控制器、微操作控制器和微指令执行单元等。
1. 微指令存储器：微指令存储器用于存储微程序的指令。
微程序是一种低级的指令，它由一系列微操作组成，用于控制计算机的各个部件的操作。
微指令存储器通常使用高速的存储器芯片，能够快速地读取和写入微指令。
2. 微指令控制器：微指令控制器是微程序控制器的核心部分，负责解析和执行微程序。
它根据当前的微指令从微指令存储器中读取相应的微操作，并将其发送给微操作控制器执行。
微指令控制器通常由状态机和控制逻辑电路组成，能够根据不同的微指令执行相应的操作。
3. 微操作控制器：微操作控制器负责控制计算机的各个部件的操作。
它根据微指令控制器发送的微操作信号，控制计算机的寄存器、算术逻辑单元、存储器等部件的操作。
微操作控制器通常由多个控制逻辑电路组成，每个控制逻辑电路负责控制一个特定的部件。
4. 微指令执行单元：微指令执行单元是微程序控制器的关键部分，它负责执行微操作。
微指令执行单元通常由多个执行逻辑单元组成，每个执行逻辑单元负责执行一个特定的微操作。
微指令执行单元能
够根据微操作控制器发送的微操作信号，执行相应的操作，并将执行结果返回给微指令控制器。
5. 输入输出接口：微程序控制器还包括输入输出接口，用于与计算机的外部设备进行通信。
输入输出接口通常由多个输入输出端口组成，每个输入输出端口负责控制一个特定的外部设备。
微程序控制器通过输入输出接口与外部设备进行数据的输入和输出。
6. 控制总线：微程序控制器通过控制总线与计算机的其他部件进行通信。
控制总线能够传输微指令控制器发送的微操作信号和微指令执行单元返回的执行结果。
控制总线通常由多根数据线和控制线组成，能够并行传输多个信号。
7. 时钟：微程序控制器通过时钟信号来同步各个部件的操作。
时钟信号负责控制微指令控制器、微操作控制器、微指令存储器和微指令执行单元的操作顺序和时序。
时钟信号通常由时钟发生器产生，能够提供稳定的时钟脉冲。
微程序控制器是计算机中重要的组成部分之一，它能够根据微程序的指令控制计算机的运行。
微程序控制器由微指令存储器、微指令控制器、微操作控制器、微指令执行单元、输入输出接口、控制总线和时钟等部分组成。
微指令存储器用于存储微程序的指令，微指令控制器负责解析和执行微程序，微操作控制器控制计算机的各个部件的操作，微指令执行单元执行微操作，输入输出接口与外部设
备进行通信，控制总线传输控制信号和数据，时钟同步各个部件的操作。
微程序控制器的设计和实现对计算机的性能和功能有重要影响，因此在计算机系统的设计中扮演着重要的角色。