微程序控制器
微程序控制器的组成
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。
微程序控制器原理
微程序控制器原理微程序控制器是一种基于微程序技术的控制器，用于实现计算机指令的执行和控制。
微程序控制器的原理可以分为微指令设计、微指令控制和微指令存储三个方面。
首先，微指令设计是微程序控制器的核心。
微指令是一种低级别的指令，用于指导计算机硬件执行高级指令。
它是由微操作码组成的，每个微操作码对应一个微操作。
微操作可以是一组硬件控制信号，用于控制计算机中的各个功能模块（如运算器、存储器、输入输出设备等）的操作。
微指令的设计需要考虑计算机的指令集体系结构、硬件功能和执行流程，并通过微指令的编码来实现对这些功能的控制。
在微指令设计中，通常采用类似于汇编语言的方式来描述微操作和微指令，并通过微指令格式来定义微指令的结构和字段。
其次，微指令控制是微程序控制器的基本工作原理。
微指令控制是指根据微程序设计的要求，按照指令执行的顺序和要求，将微指令从微指令存储器中取出，并通过时序逻辑电路将微指令的控制信号送到各个功能模块中，从而实现对指令的执行和控制。
微指令的控制过程可以通过有限状态自动机来实现。
具体来说，微指令控制包括微指令的取指、解码、执行和存储等过程。
其中，微指令的取指是指通过地址发生器从微指令存储器中读取对应地址的微指令；微指令的解码是指将读出的微指令进行解码，提取出微操作码；微指令的执行是指根据微指令中的微操作码，产生相应的控制信号，并将其发送给硬件功能模块；微指令的存储是指通过控制信号，将执行完毕的微指令的结果存储到相关的寄存器或存储器中。
最后，微指令存储是实现微程序控制器的重要组成部分。
微指令存储器是用于存储微指令的硬件设备，通常采用的是ROM（只读存储器）或EPROM（可擦写可编程存储器）。
微指令存储器中的每一个地址对应一个微指令，每个微指令由多个位组成，包括微操作码字段、操作控制信号字段和跳转地址字段等。
在微程序控制器的工作过程中，通过对微指令的读取和执行，实现对计算机指令的解码和执行。
微指令存储器的设计需要根据计算机的指令集特点和系统需求，确定微指令的数量、位数和总线宽度等设计参数。
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计算机控制系统，通过微程序来实现指令的执行和计算机的操作。
其工作原理可分为以下几个步骤：
1. 指令译码：微程序控制器首先从内存中获取指令，然后通过指令译码器将指令转换为微操作码。
微操作码是微程序控制器内部使用的一种指令格式，它描述了具体的操作和数据流向。
2. 微程序寻址：微程序控制器根据微操作码寻址内部的微程序存储器。
微程序存储器中存储了一系列微程序，每个微程序对应一条机器指令的执行步骤。
通过寻址，微程序控制器能够定位到当前指令对应的微程序。
3. 微操作执行：微程序控制器通过执行微程序中的微操作来完成指令的执行。
微操作是微程序中的最小执行单位，它可以是一条简单的数据传输、计算、逻辑运算等操作。
通过逐个执行微操作，微程序控制器实现了指令的功能。
4. 数据传输：在执行微操作的过程中，微程序控制器需要将数据从寄存器或内存中读取，并将结果写回到寄存器或内存中。
为了实现数据传输，微程序控制器通常会拥有多个数据通路和寄存器，并通过内部的数据总线来完成数据的读写操作。
5. 状态控制：微程序控制器还需要实现对计算机状态的控制。
例如，在执行分支指令时，需要判断条件并根据结果来选择下一条指令的地址。
为了实现状态控制，微程序控制器通常会拥有一组状态寄存器和判断逻辑，并根据状态来更新指令的地址。
通过以上的工作原理，微程序控制器能够实现对指令的执行和控制，从而完成计算机的各种操作。
它具有指令灵活、易于维护和扩展等特点，被广泛应用于各种计算机系统中。
微程序控制器原理实验报告
微程序控制器原理实验报告一、引言微程序控制器作为计算机系统的重要组成部分，扮演着指挥和控制计算机操作的关键角色。
本实验报告将对微程序控制器的原理进行探讨，并描述相关实验的设计、步骤、结果和分析。
二、微程序控制器的原理2.1 微程序控制器的概念微程序控制器是一种控制计算机操作的技术，通过将指令集中的每个指令分解为一系列微操作，并以微指令的形式存储在控制存储器中，从而实现指令的执行控制。
2.2 微指令的组成和格式微指令由多个字段组成，每个字段代表一个微操作控制信号。
常见的微指令格式包括微地址字段、条件码字段、操作码字段等。
2.3 微指令的执行过程微指令的执行过程包括指令的取指、译码、执行和写回等阶段。
每个阶段对应微指令的不同部分，通过控制信号的转换和传递，完成相应的操作。
三、微程序控制器的设计与实验3.1 设计思路在进行微程序控制器实验前，需要明确实验的目标和设计思路。
实验通常包括以下几个步骤：确定指令集、确定微指令格式、设计控制存储器、设计控制逻辑电路等。
3.2 实验步骤1.确定指令集：根据实验需求，确定需要支持的指令集。
2.确定微指令格式：根据指令集的要求，设计适合的微指令格式。
3.设计控制存储器：根据微指令格式，设计控制存储器的结构和内容。
4.设计控制逻辑电路：根据微指令的执行过程，设计控制逻辑电路，实现指令的控制和转换。
5.构建实验平台：将设计的控制存储器和控制逻辑电路构建成实验平台，并与计算机系统相连。
6.进行实验：在实验平台上执行指令，观察和记录实验结果。
3.3 实验结果与分析根据实验步骤中的设计和操作，得到了相应的实验结果。
通过比对实验结果和预期效果，可以对微程序控制器的设计和实验进行分析和评估。
四、总结与展望微程序控制器作为计算机系统的关键组成部分，通过微操作的方式实现指令的执行控制。
本实验报告对微程序控制器的原理进行了探讨，并描述了相关实验的设计、步骤、结果和分析。
通过实验，我们深入理解了微程序控制器的工作原理和设计方法。
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控制计算机指令执行的技术，其工作原理如下：
1. 程序存储器中存储了一系列的微指令序列，每个微指令对应一个基本的操作，例如加载寄存器、执行运算等。
这些微指令按照指令的执行顺序排列。
2. 当计算机执行一条指令时，控制器从程序存储器中读取对应的微指令序列。
3. 控制器对微指令进行解码，并根据微指令中的控制信息，启动或停止相应的功能部件，例如读取和写入存储器、调用运算单元等。
4. 控制器还会在必要时修改程序计数器，以便跳转到下一条指令或者执行其他的程序控制操作。
5. 微指令序列中的每个微指令以微指令周期为单位进行执行，每个周期结束后，控制器会从程序存储器中读取下一条微指令。
通过微程序控制器，计算机能够自动化执行指令，并根据指令操作码的不同，按照事先编写好的微指令序列，控制计算机硬件工作，实现复杂的计算和操作。
这种控制方式可以提高计算机的执行效率和灵活性，使计算机能够运行各种不同的程序。
微程序控制器的设计与实现
微程序控制器的设计与实现
微程序控制器是一种用于控制微程序的硬件设备，它通常由控制存储器、控制
逻辑和时序电路组成。
微程序控制器的设计与实现可以分为以下几个步骤：
1. 确定微指令的格式：微指令是微程序的最小执行单位，包含了一系列控制信号，用于控制计算机的各个部件。
在设计微程序控制器之前，需要确定微指令的格式，包括控制信号的位数和编码方式。
2. 设计控制存储器：控制存储器用于存储微程序，每一个微指令对应一个存储
单元。
在设计控制存储器时，需要确定存储单元的数量和位数，以及存储单元的编址方式。
3. 设计控制逻辑：控制逻辑用于根据当前微指令和计算机的状态生成控制信号。
在设计控制逻辑时，需要根据微指令的格式和计算机的功能要求，确定各个控制信号的生成方式和逻辑关系。
4. 设计时序电路：时序电路用于控制微程序的执行顺序和时序要求。
在设计时
序电路时，需要考虑微指令的执行时间和时序要求，确保微程序的执行顺序和时序满足计算机的功能要求。
5. 实现微程序控制器：根据上述设计结果，可以开始实现微程序控制器。
实现
过程包括选择适当的集成电路、设计电路图、布线和焊接等步骤。
6. 调试和测试：完成微程序控制器的实现后，需要进行调试和测试，确保其功
能和性能符合设计要求。
调试和测试过程包括功能验证、时序分析和性能评估等步骤。
总之，微程序控制器的设计与实现需要进行微指令格式的确定、控制存储器的
设计、控制逻辑的设计、时序电路的设计、微程序控制器的实现以及调试和测试等步骤。
这些步骤需要根据计算机的功能要求和设计约束进行综合考虑和实现。
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。
微程序控制器实验原理
微程序控制器实验原理一、微程序控制器简介微程序控制器是计算机中一个重要的控制单元，它负责解析和执行计算机指令。
在计算机中，指令是由一系列操作码组成的二进制序列，微程序控制器通过对这些操作码进行解析和执行，指导计算机完成各种操作。
本文将详细介绍微程序控制器的实验原理。
二、微程序控制器的工作原理微程序控制器的工作原理主要包括以下几个方面：1. 存储和解析指令微程序控制器首先将存储在存储器中的指令读取到指令寄存器中，然后对指令进行解析。
指令解析过程中，微程序控制器会将指令的操作码和操作数从指令寄存器中提取出来，并根据不同的操作码进行相应的操作。
2. 控制信号的生成微程序控制器根据解析得到的操作码生成相应的控制信号，控制信号通常包括时钟信号、数据写入信号、数据读取信号等。
这些控制信号会被发送给计算机的其他部件，控制其按照指令的要求进行相应的操作。
3. 微指令的执行微程序控制器根据解析得到的操作码和相应的操作数，执行相应的微指令。
微指令是微程序控制器中的最小指令单位，它可以完成一些基本的操作，如数据传输、逻辑运算、算术运算等。
微程序控制器通过执行一系列的微指令来完成整个指令的操作。
4. 微程序的存储和调用微程序控制器中的微指令是存储在微存储器中的，微存储器作为微程序控制器的核心组成部分，它负责存储和调用微指令。
微程序控制器在执行指令时，会根据微指令的地址从微存储器中读取相应的微指令，然后执行。
三、微程序控制器的实验原理微程序控制器的实验原理主要包括以下几个方面：1. 环境准备进行微程序控制器的实验需要准备相应的实验环境。
首先需要搭建一个实验平台，包括微程序控制器、指令存储器、数据存储器等。
同时还需要准备实验所需的指令和数据，可以通过编程的方式生成指令和数据。
2. 设计微程序在进行微程序控制器的实验前，需要先设计相应的微程序。
微程序设计是指根据具体的指令集和指令执行流程，将指令分解为微指令，并确定微指令之间的执行顺序和相互之间的依赖关系。
64微程序控制器2PPT课件
6、R3→A 7、 R3→B 8、 R2→B
9、 R1→B
10、BUS → R1 11、 BUS → R2 12 、 BUS → R3
（二）相斥的微命令
1、 + 、- 、M
2、R1→A 、 R2→A 、R3→A
3、R3→B 、 R2→B 、 R1→B
4、BUS → R1 、 BUS → R2 、 BUS → R3
微程序是由微指令构成的，用于描述机器指令。在设计计算机时，
将它预先编制好，存入ROM中，供用户使用，通常微程序不允许用 户修改。
程序是由机器指令构成的，是用户或软件设计人员编写的，并存
于主存或外存中，允许修改。
7、指令操作与微操作区别
指令操作是存储在主存中的指令所指定的操作，控制器根据操作
码发出一系列控制信号，完成指令指定的操作。
的操作控制。 （3）可以方便地增加和修改指令，甚至可实现其他计算机的指令。
三、微指令控制方式及微地址形成方式
1、设计微指令的目的 缩短微指令长度，减小控制存储器的容量，提高微程序的执行
速度，便于微指令的修改，便于微程序设计的灵活性。
2、微操作的相容性和相斥性
相容性：在同一微周期中可以同时出现的微命令。
度快。但增加了微指令代码的长度，而且不能有效的解决条 件转移以及多路分支问题。 （3）结合方式 微指令的格式由微指令控制字段、条件选择字段和转移地址 字段三部分组成。 ①控制字段产生微操作控制信号。 ②条件选择字段用于规定条件转移微指令要测试的外部条件。
③转移地址字段当条件满足时用它作为下一个微指令的微地址，否 则用 μPC产生下一条微指令的微地址。
.
1
2、微操作：一个微命令所控制实现的操作过程。它是构成指令操作 序列或其他处理过程的操作序列最基本的，不可再分解 的操作。微命令是微操作的控制信号，而微操作微命令 的操作过程。
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。
实验六_CPU_微程序控制器实验
CPU__微程序控制器实验实验目的1.理解微程序控制器的控制原理2.进一步掌握指令流程和功能3.了解掌握微程序控制器的设计思路和方法实验原理微程序控制器的设计思想是由英国剑桥大学的威尔克斯（Wilkes）教授于1951年提出来的, 即将机器指令的操作（从取指令到执行）分解成若干个更基本的微操作序列, 并将有关的控制信号（微命令）按照一定的格式编成微指令, 存放到一个只读存储器中, 当机器运行时, 一条一条地读出这些微指令, 从而产生全机所需要的各种操作控制信号, 使相应部件执行所规定的操作。
微指令格式:N _µA 0N _µA 1N _µA 2N _µA 3N _µA 4P 0P 1P 2P C _i n cl j _i n s t r u c tc _z _j _f l a gl d _I Ro p _c o d e 0o p _c o d e 1o p _c o d e 2c h a n g e _zc h a n g e _cD R W rs e l _m e m d a t aM e m _W r i t e1234567891011121314151617181920D W _i n s t r u c t实验步骤（1）实验台设置成FPGA-CPU 独立调试模式, REGSEL=0、CLKSEL=1.FDSEL=0.使用实验台上的单脉冲, 即STEP_CLK 短路子短接, 短路子RUN_CLK 断开；（2）将设计在Quartus II 下输入, 编译后下载到TEC-CA 上的FPGA 中；（3）按复位键后, 拨动实验台上的开关SD5~SD0, 改变IR[15…12]、进位标志C 和结果为0标志Z, 观察指示灯R15~R0、A4~A0、A12~A8、A14和A15显示的信号, 追踪每条指令的执行过程并把相应数据填在表6-1中。
（4）观察每条指令的执行过程, 每个节拍进行的微操作和微操作控制信号。
微程序控制单元的基本特点
微程序控制单元的基本特点
微程序控制单元的基本特点包括：
1.规整性、可维护性和灵活性：微程序控制器是一种利用软件方
法来设计硬件的技术，可实现复杂指令的操作控制，具有规整性、可维护性和灵活性等一系列优点。
2.高度规整性：微程序控制器主要由控制存储器、指令寄存器、
地址形成器、模拟逻辑电路和微程序计数器等组成，其中最核心的是控制存储器，也被称为微程序存储器，它存储着微程序控制器执行指令所需要的全部微操作序列。
3.灵活性：微程序控制器可以方便地增加和修改指令，甚至可实
现其他计算机的指令。
4.极高的维护性和调试性：微程序控制器还具有非常好的维护性
和调试性，在出现问题时，能够很快诊断和修复故障。
总的来说，微程序控制单元的基本特点主要表现在结构、工作原理和性能等方面。
微程序控制器
若干时钟
设备使用 总线
若干时钟
CPU使用 总线
设备请求 CPU响应， 设备释放 总线权交设备 总线权 总线权 CPU 设备 CPU 设备 CPU 设备
4 组合逻辑控制方式的优缺点及应用
1.组合逻辑控制方式 综合化简产生微命令的条件，形成逻辑 式，用组合逻辑电路实现； 执行指令时，由组合逻辑电路(微命令发 生器)在相应时间发出所需微命令，控制
微命令序列
微地址 形成电路 微地址寄存器 µ AR
译码器
微命令字段 下地址字段 µ IR
控制存储器
CM
（3）微地址形成电路 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。 后续微地址： 由微地址字段、现行微地 址、运行状态等形成。
微命令序列
微地址 形成电路 微地址寄存器 µ AR
微程序执行完，返回CM (存放取指微指令的 固定单元)。
微程序：完成指定任务的微指令序列称为微程序。 一条机器指令其功能可由一段微程序解释完成。 微周期：一条微指令所需的执行时间。
程序
指令的集合
指令 （微程序）
微指令
微指令的集合
微命令的集合
微命令
微程序控制器的组成原理图
微命令序列
微地址 形成电路 微地址寄存器 µ AR
译码器
微命令字段 下地址字段 µ IR
译码器
微命令字段 下地址字段 µ IR
控制存储器
CM
（4）微地址寄存器AR 功能：接收微地址形成部件送来的微地址 。
微命令序列
IR
PSW PC
微地址 形成电路 微地址寄存器 µ AR
译码器
微程序控制器
IR
操作码 微地址形 入口 成电路
µAR
（3）执行首条微指令
CM 首条微指令µIR
µIR 微命令字段 译码器 微命令 操作部件
（4）取后续微指令
微地址字段 现行微地址 运行状态
微地址形 成电路
后续微地址
µAR
后续微指令
µIR
CM
（5）执行后续微执行完，返回CM (存放取指微指令的 固定单元)。
（1）控制存储器用来存放各机器指令对应 的微程序。译码器用来形成机器指令对应 的微程序的入口地址。当将一条机器指令 对应的微程序的各条微指令逐条取出，并 送到微指令寄存器时，其微操作命令也就 按事先的设计发出，因而也就完成了一条 机器指令的功能。对每一条机器指令都是 如此。
（2）微指令的宽度直接决定了微程序 控制器的宽度。为了简化控制存储器， 可采取一些措施来缩短微指令的宽度。 如采用字段译码法一级分段译码。显 然，微指令的控制字段将大大缩短。， 一些要同时产生的微操作命令不能安 排在同一个字段中。为了进一步缩短 控制字段，还可以将字段译码设计成 两级或多级。
微程序控制方式优缺点及应用
1.优点
（1）设计规整，设计效率高；
（2）易于修改、扩展指令系统功能；
（3）结构规整、简洁，可靠性高；
（4）性价比高。
2.缺点 （1）速度慢
访存频繁 转移较多
（2）执行效率不高
未充分发挥数据 通路本身具有的 并行能力
3.应用范围
特别适用于系列机
用于速度要求不高、功能较复杂的机器中。
组成原理
IR
微地址
PSW
形成电路
微命令序列
译码器
微命令字段 微地址字段
µIR
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。
6.5 微程序控制器
理原成组河南科技大学计算机中央处理器06目录CATALOGCPU的功能和组成控制器的功能和组成时序系统与控制方式指令周期0102030405微程序控制器硬布线控制器06微程序控制器6.5微程序控制器明德笃行博学日新◆微程序控制器的设计思想◆微程序控制器的基本组成◆微程序设计技术微命令的编码方式微地址的形成方法微指令的格式美国剑桥大学的Wilkes教授在1951年首次提出，采用与存储程序相类似的办法，来产生控制信号序列。
采用存储逻辑，将微操作控制信号按照一定规则进行信息编码（也就是代码化），形成“微指令”，再把这些微指令按照时间的先后顺序排列起来构成微程序，并存放到一个专门的存储器里（控制存储器CM）。
当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作。
1、微命令与微操作微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令。
微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。
2、微指令与微程序微指令：在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。
微程序：微指令序列为微程序。
3、控制存储器与微地址控制存储器：用来存放微程序的存储器，简称控存。
微地址：控制存储器的存储单元的编号。
机器指令1 机器指令2 机器指令i ……..………微指令2 微指令1微指令i …….. …….. 微程序 程序控制存储器：用来保存指令系统中所有指令的微程序。
微指令寄存器：用来保存当前正在执行的微指令。
地址转移逻辑：用来产生微程序的入口地址和后继微地址，以保证微指令的连续执行。
控制存储器 地址译码 微地址寄存器 OP P 字段 控制字段地址转移 逻辑 状态条件 指令寄存器 微命令信号1.根据PC的值，从内存中取出一条指令放入指令寄存器IR。
2.根据微程序的入口地址，从控存中取出微指令存入微指令寄存器，产生相应的微命令，送往执行部件，完成规定的操作。
3.继续从控存中取出下一条微指令并执行，直至这段微程序全部执行完，此时一条指令的执行结束。
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CPU周期与微指令周期的关系
在串行方式的微程序控制器中: 微指令周期 = 读出微指令时间 + 执行该条微指令时间
下图示出了某小型机中CPU周期与微指令周期的时间关系：
设某计算机运算器框图如图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平 工作)，SA,SB为16位暂存器。4个通用寄存器由D触发器组成，Q端输 出，其读、写控制功能见下表。
设某计算机运算器框图如图(a)所示，其中ALU为16位的加法器(高电平 工作)，SA,SB为16位暂存器。4个通用寄存器由D触发器组成，Q端输 出，其读、写控制功能见下表。
机器采用串行微程序控制方式，其微指令周期见图（b)。其中读ROM是 从控存中读出一条微指令时间，为1μs；ALU工作是加法器做加法运算， 为500ns；m1是读寄存器时间，为500ns；m2是写寄存器的工作脉冲宽度， 为100ns。 微指令字长12位，微指令格式如下：
要求用二进制代码写出如下指令的 微指令: ADD R0,R1; (R0)+(R1)→R1 SUB R2,R3; (R3)-(R2)→R3 MOV R2,R3; (R2)→(R3)
机器采用串行微程序控制方式，其微指令周期见图（b)。其中读ROM是 从控存中读出一条微指令时间，为1μs；ALU工作是加法器做加法运算， 为500ns；m1是读寄存器时间，为500ns；m2是写寄存器的工作脉冲宽度， 为100ns。 微指令字长12位，微指令格式如下：
RA0RA1 WA0WA1 R W LDSA LDSB SB-ALU SB-ALU Reset ~
2.编码表示法
编码表示法是把一组相斥性的微命令信号组 成一个小组(即一个字段) ，然后通过小组(字段） 译码器对每一个微命令信号进行译码 ，译码输 出作为操作控制信号，其微指令结构如下图所
示。
3.混合表示法
这种方法是把直接表示法与字段编码法混合 使用，以便能综合考虑指令字长、灵活性、执 行微程序速度等方面的要求。
编码表示法：将操作控制字段分为若干个小段， 每段内采用最短编码法，段与段之间采用直接 控制法。
5.4.2 微程序设计技术
编码表示法特点：可以避免互斥，使指令字大 大缩短，但增加了译码电路，使微程序的执行 速度减慢
微命令编码
对微指令中的操作控制字段采用的表示方法。
1.直接表示法
其特点是操作控制字段中的 每一位代表一个微命令。 这种方法的优点是简单直观，其输出直接用于控制。缺 点是微指令字较长，因而使控制存储器容量较大。
RA0RA1 WA0WA1 R W LDSA LDSB SB-ALU SB-ALU Reset ~
指令 微程序代码
ADD
1.00**10100000 2.01**10010000 3.**010100100 5.10**10010000 6.**1101000101
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。
地址转移逻辑
在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下 一条微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信 息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那 么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出。当微 程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。在这种情 况下，通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈 信息，去修改微地址寄存器的内容，并按改好的内容去读 下一条微指令。地址转移逻辑就承担自动完成修改微地址 的任务。
简单运算器数据通路
微指令和微程序
G:/Chap05/5.4.htm 在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作 功能的微命令的组合。
微程序 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。
1 R1->X
微程序控制器原理框图
微程序控制器原理框图
微程序举例
一条机器指令对应一个微程序。 十进制加法指令 十进制加法指令的功能是用BCD码来完成十进制数的加法运算。在十进制
中，两数相加之和大于9时产生进位，用BCD码进行加法运算，当和数 大于9时，必须进行加6修正。
000 000 000 000 11111 10 0000 010 100 100 100 00000 00 1001 010 001 001 100 00000 01 0000 010 001 001 001 00000 00 0000
7.10**10100000 8.**1101001011
微程序控制器原理框图
5.4.2 微程序设计技术
设计微指令应当追求的目标
有利于缩短微指令的长度 有利于缩小CM的容量 有利于提高微程序的执行速度 有利于对微指令的修改 有利于提高微程序设计的灵活性
5..4.2 微程序设计技术
微命令编码 微地址的形成方法 微指令格式 动态微程序设计
它主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
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。
微程序控制器
5.4 微程序控制器
5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 5.4.5 5.4.6
微命令和微操作 微指令和微程序 微程序控制器原理框图 微程序举例 CPU周期与微指令周期的关系 机器指令与微指令的关系
微命令和微操作
微命令 控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。 微操作 执行部件接受微命令后所进行的操作。 控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。