第12章 控制单元的设计

12.2 微程序控制器
• 描述一个时间内出现的一组微操作，被 称为一条微指令（Microinstruction）
• 微指令序列被称为微程序或固件 （Firmware）
• 水平型微指令的基本格式
微操作
条件 微指令地址
12.2 微程序控制器
• 微程序控制器原理框图
12.2 微程序控制器
• 机器指令与微指令的关系
– 一条机器指令对应一个微程序，这个微程 序是由若干条微指令序列组成的
– 从指令与微指令，程序与微程序，地址与 微地址的一一对应关系来看，前者与内存 储器有关，后者与控制存储器有关
– 执行一条指令所需要的时间被称为指令周 期，而执行一条微指令的时间被称为微指 令周期
12.2 微程序控制器
• 微指令编码
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译码器
…… I M
…
……
时钟
定时器
控制器
B
…
T ……
C
12.1 硬布线控制器
• 硬布线控制器的基本原理
– 某一微操作控制信号C是指令操作码译码器输出I、 节拍电位M、节拍脉冲T和状态条件信号B的逻辑 函数，即C=f(I, M, T, B)
• 设计微操作控制信号的方法和过程是
– 根据机器指令流程图，寻找出产生同一个微操作 信号的所有条件，并与适当的节拍电位和节拍脉 冲组合，从而写出其布尔代数表达式并进行简化， 然后用门电路或可编程器件来实现
指令指令字比较短而微程序长 – 水平型微指令难以掌握，而垂直型比较容易掌握
12.1 硬布线控制器
• 硬布线控制器的输入
– 来自指令操作码译码器的输出I – 来自执行部件的反馈信息B – 来自时序产生器的时序信号，包括节拍电
位信号M和节拍脉冲信号T
• 硬布线控制器的输出
– 微操作控制信号C，它用来对执行部件进行 控制
12.1 硬布线控制器
• 硬布线控制器逻辑框图
指令寄存器
12.2 微程序控制器
• 1951年，M. V. Wilkes最先提出了微程序 （Micro Program）概念
• 微程序控制器具有规整性、灵活性、可维护 性等一系列优点
• 微程序控制的基本思想
– 仿照通常的解题程序的方法，把操作控制信号编 成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器里。 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。
– 直接表示法 – 编码表示法 – 混合表示法
• 微地址的形成方法
– 计数器方式 – 多路转移方式
12.2 微程序控制器
• 微指令格式
– 水平型微指令 – 垂直型微指令
• 两种微指令的比较
– 水平型微指令并行操作能力强，效率高，灵活性 强，垂直型微指令则较差
– 水平型微指令执行时间短，垂直型执行时间长 – 水平型微指令指令字较长而微程序短，垂直型微
第12章 控制单元的设计
内容要点
• 硬布线控制器的设计 • 微程序控制器的设计
12.1 硬布线控制器
• 硬布线控制器是早期设计计算机的一种 方法，这种逻辑电路是一种由门电路和 触发器构成的复杂树形网络
• 硬布线控制器的优点是操作速度快 • 硬布线控制器的缺点是设计负责，调试
困，除非重新设计和物理上对它重新布 线，否则要想增加新的控制功能是不可 能的