计算机系统设计微指令
计算机原理6.12微指令格式
计算机原理6.12微指令格式1、微指令设计原则有利于缩短微指令字长度有利于减少控制存储器容量有利于提⾼微程序执⾏速度有利于对微指令进⾏修改有利于提⾼程序设计的灵活性2、微指令格式（直接表⽰法）这种⽅法简单直观，便于输出控制，但是微指令长度太长，控存容量⼤，如何压缩微指令长度？这⾥介绍三种⽅法：改直接表⽰为编码表⽰（压缩互斥性微指令）去掉下址字段，采⽤µPC=µPC+1的⽅式⽣成微指令地址改⽔平型微指令为垂直型微指令（牺牲并⾏性）下⾯分别介绍这三种⽅法3、微指令格式（编码表⽰法）我们要将微指令中的⼀系列命令进⾏分类，分为相容性的微命令，和互斥性的微命令，⽐如说单总线⾥边的，输出到总线的out型的，像R0out、R1out、R2out、PCout、DRout等等，这些信号是不能同时唯⼀的，因为总线在同⼀时刻只能有⼀种信号，那么这些就是互斥性的微命令，还有⼀些信号是可以同时给出的，这些信号我们称之为相容性的微命令。
⽽对于互斥性的微命令，由于他们不能同时给出，所以我们没有必要给他们这么长的编码，可以通过编码以后再译码的⽅式，表⽰这⼀类互斥性的微命令。
另外像运算器的+1、add、sub等信号也是不能给出的，也是互斥性微命令，所以也可以⽤编码的⽅法来给出。
⽐如说这⾥，前7个信号都是互斥型的，那么他们就可以⽤编码的⽅法显⽰，因为不能同时给出，只能同时给出⼀个，所以可以⽤⼀个三⼋译码器来进⾏编码，三⼋译码器有三位，三位全为0的时候，代表什么指令也不给，注意这⾥必须要留出⼀个状态表⽰什么信号也不给，所以如果有8个互斥信号的话，是不能⽤三⼋译码器的，得⽤四位来编码。
2、微指令地址形成⽅法下地址字段法特点：微指令长，控存容量⼤计数器法 µPC特点：微指令器，需要加法器减少了下址字段，有效节约了控存的空间。
5、⽔平型微指令编码效率6、垂直型微指令7、垂直型微指令实例8、⽔平型与垂直型微指令⽔平型微指令 并⾏操作能⼒强，效率⾼，灵活性强 微指令字较长，微程序短，控存容量⼤，性能佳垂直型微指令 字长短，微程序长，控存容量⼩，性能差 垂直型与汇编指令相似，易于掌握 基本被淘汰。
计组课设-微指令的设计实验
计算机组成原理课程设计报告班级：计算机/物联网 ________ 班姓名：_______ 学号：___________完成时间：2016.1.14 _____________________一、课程设计目的1 •在实验机上设计实现机器指令及对应的微指令（微程序）并验证，从而进一步掌握微程序设计控制器的基本方法并了解指令系统与硬件结构的对应关系；2 •通过控制器的微程序设计，综合理解计算机组成原理课程的核心知识并进一步建立整机系统的概念；3 •培养综合实践及独立分析、解决问题的能力。
二、课程设计的任务针对COP2000实验仪，从详细了解该模型机的指令/微指令系统入手，以实现乘法和除法运算功能为应用目标，在COP2000 的集成开发环境下，设计全新的指令系统并编写对应的微程序；之后编写实现乘法和除法的程序进行设计的验证。
三、课程设计使用的设备（环境）1 .硬件COP2000实验仪PC机2 .软件COP2000仿真软件四、课程设计的具体内容（步骤）1•详细了解并掌握COP 2000模型机的微程序控制器原理，通过综合实验来实现该模型机指令系统的特点：从指令字长来看该模型机指令系统包含单字长和双字长两种格式的指令，字长为8位，对于需要访问内存的指令都是双字长的，指令系统中大多数指令是单字长；从指令操作码是定长和变长来看，这里认为，虽然ADD A, R?和ADD A, @R?都是执行加法操作，但他们是不同的指令，将指令格式中寻址寄存器的两位也认为是操作码的一部分，这两条指令的操作码不同。
因此，指令系统的指令格式是定长操作码的，操作码为6位。
1）双字长的指令格式如下：举例2）单字长的指令格式如下:举例:助记符 机器码1机器码2ADD A, R? 000100xxORA, R? 011000xxMOV R?, A100000xx该模型机微指令系统的特点（包括其微指令格式的说明等） ：该模型机微指令系统的微指令格式是水平型微指令， 微指令的字长为24位，是机器字长的3倍，每条微指令仅包含微操作控制字段，无顺序控制字段。
简述计算机系统设计的主要方法
1.简述计算机系统设计的主要方法。
答：基于计算机系统层次结构的基础上，其计算机系统设计方法可以有以下的三种：方法1：由上向下（Top-Down）设计过程：面向应用的数学模型→面向应用的高级语言→面向这种应用的操作系统→面向操作系统和高级语言的机器语言→面向机器语言的微指令系统和硬件实现。
应用场合：专用计算机的设计（早期计算机的设计）。
特点：对于所面向的应用领域，性能（性能价格比）很高。
随着通用计算机价格降低，目前已经很少采用。
方法2：由下向上（Bottom-Up）（通用计算机系统的一种设计方法）设计过程：根据当时的器件水平，设计微程序机器级和传统机器级。
根据不同的应用领域设计多种操作系统、汇编语言、高级语言编译器等。
最后设计面向应用的虚拟机器级。
应用场合：在计算机早期设计中（60～70年代）广为采用。
特点：容易使软件和硬件脱节，整个计算机系统的效率降低。
方法3：中间开始（Middle-Out）设计过程：首先定义软硬件的分界面。
然后各个层次分别进行设计。
应用场合：用于系列机的设计。
特点：软硬件的分界面在上升，硬件比例在增加。
硬件价格下降，软件价格上升。
软硬件人员结合共同设计。
2.简述冯.诺依曼计算机的特征。
答：计算机的工作过程就是执行程序的过程。
怎样组织程序，涉及到计算机体系结构问题。
现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。
(l)冯．诺依曼(V on Neumann)的“程序存储”设计思想冯．诺依曼是美籍匈牙利数学家，他在1946年提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。
到现在为止，尽管计算机制造技术已经发生了极大的变化，但是就其体系结构而言，仍然是根据他的设计思想制造的，这样的计算机称为冯·诺依曼结构计算机。
冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：①计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
②计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。
每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。
简述计算机系统设计的主要方法
1.简述计算机系统设计的主要方法。
答：基于计算机系统层次结构的基础上，其计算机系统设计方法可以有以下的三种：方法1：由上向下（Top-Down）设计过程：面向应用的数学模型→面向应用的高级语言→面向这种应用的操作系统→面向操作系统和高级语言的机器语言→面向机器语言的微指令系统和硬件实现。
应用场合：专用计算机的设计（早期计算机的设计）。
特点：对于所面向的应用领域，性能（性能价格比）很高。
随着通用计算机价格降低，目前已经很少采用。
方法2：由下向上（Bottom-Up）（通用计算机系统的一种设计方法）设计过程：根据当时的器件水平，设计微程序机器级和传统机器级。
根据不同的应用领域设计多种操作系统、汇编语言、高级语言编译器等。
最后设计面向应用的虚拟机器级。
应用场合：在计算机早期设计中（60～70年代）广为采用。
特点：容易使软件和硬件脱节，整个计算机系统的效率降低。
方法3：中间开始（Middle-Out）设计过程：首先定义软硬件的分界面。
然后各个层次分别进行设计。
应用场合：用于系列机的设计。
特点：软硬件的分界面在上升，硬件比例在增加。
硬件价格下降，软件价格上升。
软硬件人员结合共同设计。
2. 一般来讲，计算机组成设计要确定的内容应包括那些方面？答：(1)数据通路的宽度; (2)专用部件的设置;(3)各种操作对部件的共享程度;(4)功能部件的并行度;(5)控制机构的组成方式;(6)缓冲和排队技术;(7)预估,预判技术(8)可靠性技术。
3. 简述计算机系统结构用软件实现和用硬件实现各自的优缺点。
答：计算机系统结构用硬件实现：速度快、成本高；灵活性差、占用内存少。
用软件实现：速度低、复制费用低；灵活性好、占用内存多。
4.简述冯.诺依曼计算机的特征。
答：计算机的工作过程就是执行程序的过程。
怎样组织程序，涉及到计算机体系结构问题。
现在的计算机都是基于“程序存储”概念设计制造出来的。
(l)冯．诺依曼(V on Neumann)的“程序存储”设计思想冯．诺依曼是美籍匈牙利数学家，他在1946年提出了关于计算机组成和工作方式的基本设想。
计算机组成原理-第4章_指令系统
7. 段寻址方式(Segment Addressing)
方法：E由段寄存器的内容加上段内偏移地址而形成。
应用：微型机采用段寻址方式，20位物理地址为16位 段地址左移四位加上16位偏移量。
分类：① 段内直接寻址； ② 段内间接寻址； ③ 段间直接寻址； ④ 段间间接寻址；
9 堆栈寻址方式
堆栈：是一组能存入和取出数据的暂时存储单元。
*** 指令字长度
概念 指令字长度（一个指令字包含二进制代码的位数） 机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数。 单字长指令 半字长指令 双字长指令
多字长指令的优缺点
优点提供足够的地址位来解决访问内存任何单元的寻址问题 ； 缺点必须两次或多次访问内存以取出一整条指令，降低了CPU的运 算速度，又占用了更多的存储空间。
*** 指令系统的发展与性能要求
*** 指令系统的发展
指令：即机器指令，要计算机执行某种操作的命令。
指令划分：微指令、机器指令和宏指令。
简单
复杂
指令系统：一台计算机中所有指令的集合；是表征
计算机性能的重要因素。
系列计算机：基本指令系统相同、基本体系结构相同 的一系列计算机。
*** 对指令系统性能的要求
（2）立即数只能作为源操作数，立即寻址主要用来给寄存 器或存储器赋初值。以A～F开头的数字出现在指令中时，前 面要加0。
（3）速度快（操作数直接在指令中，不需要运行总线周期）
（4）立即数作为指令操作码的一部分与操作码一起放在代 码段区域中。
（5）指令的长度（翻译成机器语言后）较长，灵活性较差。
【例】MOV AX， 10H 执行后（AX）=？ 其中：这是一条字操作指令，源操作数为立即寻址 方式，立即数为0010H，存放在指令的下两个单元。
计算机组成原理微程序设计乘法指令
郑州轻工业学院本科计算机组成原理课程设计总结报告设计题目：基本模型机的设计与实现学生姓名：系别：专业：班级：学号：指导教师：2011 年1月7 日郑州轻工业学院课程设计任务书题目基本模型机的设计与实现专业、班级学号姓名主要内容：乘法指令、停机指令的设计与实现。
基本说明：由于乘法指令较为复杂，本次模型机设计只完成乘法机器指令和停机指令的设计与实现。
主要参考资料等：《计算机组成原理》白中英主编科学出版社。
完成期限：一周指导教师签名：课程负责人签名：2011年 1月 7 日目录课程设计任务书 (2)一、微程序控制器的基本原理 (4)二、模型机结构 (5)三、微指令格式 (6)四、指令系统 (7)五、指令流程图 (8)六、程序清单 (9)七、微程序清单 (10)八、心得与体会 (11)附录：微程序详解 (11)1. 总述 (11)2. 乘法算法 (11)3. 实现难点 (12)一、微程序控制器的基本原理微程序控制器原理框图如图所示。
它主要有控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。
其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。
（1）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，机器运行时只读不写。
其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令接着以读出下一条微指令，又执行这条微指令……。
（2）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。
（3）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人内容，并按改好人内容去读下一条微指令。
计算机组成原理微程序系统实验总结
计算机组成原理微程序系统实验总结计算机组成原理是计算机科学与技术专业的基础课程之一，它主要研究计算机硬件系统的组成和工作原理。
在这门课程中，我们学习了计算机的基本组成部分，包括中央处理器（CPU）、存储器、输入输出设备等，并了解了它们之间的工作原理和相互关系。
在计算机组成原理课程的实验环节中，我们进行了微程序系统的实验。
微程序系统是一种将指令集的控制逻辑以微指令的形式存储在存储器中的控制方式。
通过实验，我们进一步加深了对计算机硬件组成和工作原理的理解，并掌握了微程序系统的设计和实现方法。
在实验过程中，我们首先需要了解微程序系统的基本原理和设计思想。
微程序系统通过将指令的控制逻辑以微指令的形式存储在存储器中，然后通过控制器按照微指令的顺序来执行指令。
这种方式可以使得计算机的指令集更加灵活，并且可以方便地进行指令的扩展和修改。
在实验中，我们使用了VHDL语言来描述微程序系统的控制逻辑。
VHDL是一种硬件描述语言，可以用于描述数字电路的结构和行为。
通过使用VHDL语言，我们可以将微程序系统的控制逻辑以硬件的形式描述出来，并通过仿真软件来验证其正确性。
在实验中，我们首先进行了微程序系统的设计。
我们根据指令集的要求，设计了适当的微指令，并将其存储在存储器中。
然后，我们设计了控制器的逻辑电路，用于按照微指令的顺序来执行指令。
最后，我们使用仿真软件对设计的微程序系统进行了验证，确保其能够正确地执行指令。
通过实验，我们不仅加深了对计算机组成原理的理解，还掌握了微程序系统的设计和实现方法。
我们学会了使用VHDL语言来描述微程序系统的控制逻辑，并通过仿真软件来验证其正确性。
通过这些实验，我们对计算机硬件的工作原理有了更加深入的了解，并且提高了我们的实践能力和问题解决能力。
计算机组成原理微程序系统实验是计算机科学与技术专业中重要的实践环节。
通过这个实验，我们加深了对计算机硬件组成和工作原理的理解，掌握了微程序系统的设计和实现方法，并提高了实践能力和问题解决能力。
微指令格式
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，称为垂直型微指令 微操作码规定微指令的功能，称为垂直型微指令 . 垂直型微指令的结构类似于机器指令的结构.它有操作码 它有操作码， 垂直型微指令的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l－ 个微操作命令 个微操作命令， 在一条微指令中只有 －2个微操作命令，每条微指令的 功能简单，因此， 功能简单，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 .它是采用较长的微程序 它是采用较长的微程序 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 下面举4条垂直型微指令的微指令格式加以说明 条垂直型微指令的微指令格式加以说明. 下面举 条垂直型微指令的微指令格式加以说明 设微指令字长为16位 做操作码3位 设微指令字长为 位，做操作码 位. （1）寄存器-寄存器传送型微指令 ）寄存器 寄存器传送型微指令 15 13 12 8 7 3 2 0 000 源寄存器编址 目标寄存器编址 其他 其功能是把源寄存器数据送目标寄存器 .13—15位为微 位为微 操作码（下同）， ），源寄存器和目标寄存器编址各 位 操作码（下同），源寄存器和目标寄存器编址各 5位， 可指定水平型微指令用户难以掌握，而垂直型微指令 ）水平型微指令用户难以掌握， 与指令比较相似，相对来说。 与指令比较相似，相对来说。比较容易掌握 .
水平型微指令与机器指令差别很大，一般需要对机器的结构、 水平型微指令与机器指令差别很大，一般需要对机器的结构、 数据通路、时序系统以及微命令很精通才能设计 . 数据通路、 5.5.4 动态微程序设计 微程序设计技术有静态微程序设计 动态微程序设计之分 静态微程序设计和 之分。 微程序设计技术有静态微程序设计和动态微程序设计之分。 1.静态微程序设计 静态微程序设计 对应于一台计算机的机器指令只有一组微程序， 对应于一台计算机的机器指令只有一组微程序，而且这一组微 程序设计好之后，一般无须改变而且也不好改变， 程序设计好之后，一般无须改变而且也不好改变，这种微 程序设计技术称为静态微程序设计。 程序设计技术称为静态微程序设计。 2.动态微程序设计 动态微程序设计 当采用EPROM作为控制存储器时，还可以通过改变微指 作为控制存储器时， 当采用 作为控制存储器时 令和微程序来改变机器的指令系统， 令和微程序来改变机器的指令系统，这种微程序设计技术 称为动态微程序设计。采用动态微程序设计时， 称为动态微程序设计。采用动态微程序设计时，微指令和 微程序可以根据需要加以改变， 微程序可以根据需要加以改变，因而可在一台机器上实现 不同类型的指令系统。 不同类型的指令系统。这种技术又称为仿真其他机器指令 系统，以便扩大机器的功能。 系统，以便扩大机器的功能。
指令,微指令,微命令的概念以及关系
微指令、微命令的概念及其关系1. 概念微指令是指微程序的执行所需的基本控制信号和数据信息的表示。
微命令则是在微程序执行过程中，由微指令所表示的控制信号和数据信息组成的微操作。
微指令和微命令是在微程序控制下执行指令的基本单元，它们是微程序控制器实现计算机指令周期的基本要素。
2. 微指令与微命令的关系微指令是微程序中的最小操作单位，它包含了微程序控制器实现指令周期所需的全部控制信息。
而微命令则是微指令的具体执行过程，是微指令所表示的操作信号和数据信息在微程序执行过程中的表现。
可以说，微命令是微指令的具体执行。
微命令的执行是通过微控制器对微指令进行解码、执行和控制完成的。
3. 微指令、微命令与指令的关系指令是计算机执行操作的基本单位，是由操作码和位置区域码组成的。
微指令是在微程序控制下执行指令的基本控制单位，是实现指令周期的基本要素。
微命令则是微指令的具体执行过程，通过微控制器对微指令进行解码、执行和控制，完成了指令的执行过程。
简而言之，微指令、微命令是实现指令周期的基本操作单位，而指令则是计算机执行操作的基本单位。
4. 总结在计算机系统中，微指令、微命令和指令之间存在着密切的关系。
微指令是微程序控制下执行指令的基本控制单位，包含了微程序控制器实现指令周期所需的全部控制信息。
微命令是微指令的具体执行过程，是微指令所表示的操作信号和数据信息在微程序执行过程中的表现。
指令是计算机执行操作的基本单位。
微指令、微命令与指令之间相互衔接，共同实现了计算机的指令执行功能。
微指令、微命令的概念及其关系微指令和微命令是计算机系统中的重要组成部分，其概念和关系对于理解计算机执行指令的基本原理和机制具有重要意义。
在本文中，我们将继续深入讨论微指令、微命令与指令的关系，并探讨它们在计算机系统中的作用和意义。
5. 微程序控制的原理在计算机系统中，微程序控制是一种通过微程序控制器实现指令执行的方式。
它将指令的执行过程分解为一系列微操作，并将这些微操作按照一定的控制顺序组成微程序。
计算机组成原理(十二条指令)
计算机学院计算机科学与技术专业《计算机组成原理课程设计》报告（2008/2009学年第一学期）学生姓名：闫全胜学生班级：计算机062202H学生学号： 200620030227指导教师：康葆荣2009年1月3日目录1 关于此次课程设计 (2)1.1 设计的目的： (2)1.2 设计内容及要求： (2)2 分析阶段 (3)2.1指令译码电路分析 (3)2.2 寄存器译码电路分析 (4)2.3 微指令格式分析 (5)2.4 时序分析 (6)3 初步设计阶段 (7)3.1 数据格式 (7)3.2指令描述 (7)3.3 存储器分区 (9)3.4 控制台微程序流程： (10)3.5 运行微程序 (11)4 详细设计阶段 (12)4.1控制台流程分解 (12)4.2 运行微程序子流程 (15)4.3 微程序总流程图 (24)5 实现阶段 (25)5.1 所用模型机数据通路的介绍 (25)5.2 微程序代码设计与编写 (26)微程序二进制代码表 (26)5.3 机器指令的输入及运行 (28)心得体会 (30)参考资料 (31)1 关于此次课程设计1.1 设计的目的：本课程设计是计算机科学与技术专业重要的实践性教学环节之一，是在学生学习完《计算机组成原理》课程后进行的一次全面的综合设计。
目的是通过一个完整的8位指令系统结构（ISA）的设计和实现，加深对计算机组成原理课程内容的理解，建立起整机系统的概念，掌握计算机设计的基本方法，培养学生科学的工作作风和分析、解决实际问题的工作能力。
1.2 设计内容及要求：基于TDN-CM++计算机组成原理实验教学系统，设计和实现一个8位指令系统结构（ISA），通过调试和运行，使设计的计算机系统能够完成指定的功能。
设计过程中要求考虑到以下各方面的问题：1、指令系统风格（寄存器-寄存器，寄存器-存储器，存储器-存储器）；2、数据类型（无符号数，有符号数，整型，浮点型）；3、存储器划分（指令，数据）；4、寻址方式（立即数寻址，寄存器寻址，直接寻址等）；5、指令格式（单字节，双字节，多字节）；6、指令功能类别（算术／逻辑运算，存储器访问，寄存器操作，程序流控制，输入／输出）；7、依据CPI值对指令系统进行性能分析。
微程序设计原理
微程序设计原理微程序设计是一种计算机组织技术，它允许通过微指令集来控制计算机的操作。
微指令是一组比传统指令集更小、更简单的指令，它们定义了计算机硬件的基本操作。
微程序设计的原理可以概括为以下几个方面：1. 微指令与宏指令- 宏指令：是高级语言中的指令，通常由多个低级操作组成。
- 微指令：是控制计算机硬件执行基本操作的最小指令单元。
2. 微程序的组成微程序由一系列微指令组成，每个微指令控制硬件执行一个或多个操作。
这些操作可以是数据传输、算术运算、逻辑运算等。
3. 控制存储器微程序设计中，控制存储器（Control Store）是存储微指令的地方。
它通常由只读存储器（ROM）或可编程逻辑设备（如PLD）实现。
4. 微指令的执行- 取指阶段：从控制存储器中取出当前的微指令。
- 译码阶段：将微指令中的操作码译码，确定需要执行的操作。
- 执行阶段：根据译码结果，执行相应的硬件操作。
5. 微程序的流程控制微程序设计允许通过微指令来实现复杂的控制逻辑，包括条件分支、循环等。
这通过在微指令中设置跳转指令来实现。
6. 微程序设计的优势- 灵活性：可以通过修改控制存储器中的微程序来改变计算机的行为。
- 可扩展性：通过增加微指令的数量，可以扩展计算机的功能。
- 可维护性：微程序的修改和调试相对容易。
7. 微程序设计的限制- 存储空间：微程序可能需要大量的存储空间。
- 执行效率：由于需要从控制存储器中取指和译码，微程序设计可能比直接硬件控制慢。
8. 微程序设计的应用微程序设计广泛应用于现代计算机系统中，尤其是在需要高度可定制性和灵活性的场合。
例如，某些嵌入式系统和高性能计算平台。
9. 微程序设计的未来随着技术的发展，微程序设计可能会与硬件描述语言（HDL）和可编程逻辑门阵列（FPGA）等技术结合，以实现更加灵活和高效的计算机系统设计。
10. 结论微程序设计是一种重要的计算机组织技术，它通过使用微指令来控制硬件操作，提供了一种灵活、可扩展和可维护的计算机系统设计方法。
微指令的三种编码方式
微指令的三种编码方式
微指令的三种编码方式分别是：
1.垂直型微指令编码方式：采用逐位表示微指令功能的方式，即将每个微操作的控制信号按位编码。
垂直型微指令编码方式的控制位数较多，但由于它明晰简洁、容易理解，因此在早期计算机系统中得到了广泛应用。
2.水平型微指令编码方式：采用横向方式，将各个微操作的控制信号紧密排列在一起，每个微操作的控制信号占用相邻的几个连续控制位。
水平型微指令编码方式可以减少微指令的位数，降低程序存储器和微程序存储器的成本，但缺点是不便于新指令的扩充和微指令修改。
3.联合型微指令编码方式：采用垂直型和水平型微指令编码方式的结合，将某些微操作的控制信号紧密排列在一起以形成水平型编码，而有些复杂操作的控制信号则采用垂直型编码。
联合型微指令编码方式既能满足指令选项扩充的需要，又不影响编码位数的限制，具有较高的灵活性和可靠性。
这三种编码方式各自有其优缺点，根据计算机设计中需要考虑的因素（如成本、控制位数等），选择合适的微指令编码方式使用。
计算机组成原理微程序设计
1.已知某机采用微程序控制方式，其存储器容量为512×48（位），微程序在整个控制存储器中实现转移，可控制微程序的条件共4个，微指令采用水平型格式，后继微指令地址采用断定方式，如图所示：（1）微指令中的三个字段分别应多少位？（2）画出对应这种微指令格式的微程序控制器逻辑框图。
解：（1）假设判别测试字段中每一位为一个判别标志，那么由于有4个转移条件，故该字段为4位，（如采用字段译码只需2位），下地址字段为9位，因为控制容量为512单元，微命令字段是（48 – 4 - 9 ）= 35 位。
（2）对应上述微指令格式的微程序控制器逻辑框图B1.2如下：其中微地址寄存器对应下地址字段，P字段即为判别测试字段，控制字段即为微命令子段，后两部分组成微指令寄存器。
地址转移逻辑的输入是指令寄存器OP码，各状态条件以及判别测试字段所给的判别标志（某一位为1），其输出修改微地址寄存器的适当位数，从而实现微程序的分支转移。
图B1.22．某计算机有8条微指令I1—I8，每条微指令所包含的微命令控制信号见下表，a—j 分别对应10种不同性质的微命令信号。
假设一条微指令的控制字段仅限8位，请安排微指令的控制字段格式。
a*(b,c,d,e,f,g,h,j) b*(c,d,e,h) c*(d,e,g,h) d*(e,f,g,h) e*(g,,i) f*(g) g*(i) h*(j) 解：为了压缩指令字的长度，必须设法把一个微指令周期中的互斥性微命令信号组合在一个小组中，进行分组译码。
经分析，（e ,f ,h）和（b, i, j）可分别组成两个小组或两个字段，然后进行译码，可得六个微命令信号，剩下的a, c, d, g 四个微命令信号可进行直接控制，其整个控制字段组成如下：01 e 01 b直接控制10 f 10i4位2位2位3．运算器结构如图B5.2所示，R1 ，R2，R3是三个寄存器，A和B是两个三选一的多路开关，通路的选择由AS0 ,AS1 和BS0，BS1端控制，例如BS0BS1 = 11时，选择R3 ，BS0BS1 = 01时，选择R1……，ALU是算术/ 逻辑单元。
计算机组成原理课程设计 微指令
计算机组成原理课程设计微指令一、课程设计题目微指令设计与实现二、设计目的通过本次课程设计，学生将深入了解微指令的概念、设计方法和实现过程，掌握微指令的编写技巧和调试方法，提高学生的计算机组成原理理论水平和实践能力。
三、设计内容1. 微指令的概念和作用2. 微指令的设计方法和流程3. 微指令的编写技巧和调试方法4. 微指令的实现过程和实验操作四、设计步骤1. 学生自行学习微指令的概念和作用，了解微指令的设计方法和流程。
2. 学生根据所学知识，编写一个简单的微指令程序，包括指令的操作码、操作数、寻址方式等。
3. 学生使用微指令编译器，将编写好的微指令程序转换成微指令码。
4. 学生使用微指令模拟器，将微指令码加载到模拟器中，进行调试和测试。
5. 学生根据实验结果，对微指令程序进行优化和改进，提高程序的执行效率和稳定性。
6. 学生撰写实验报告，总结微指令的设计方法和实现过程，分析实验结果和问题，并提出改进方案和建议。
五、设计要求1. 学生需要独立完成本次课程设计，不得抄袭他人作品。
2. 学生需要按照设计步骤，认真完成实验操作和调试工作。
3. 学生需要撰写规范的实验报告，包括实验目的、原理、方法、结果和结论等内容。
4. 学生需要在规定时间内完成课程设计，并按时提交实验报告。
六、设计评价1. 学生的实验报告质量和内容是否符合要求。
2. 学生的实验操作和调试能力是否达到要求。
3. 学生的微指令程序设计和实现是否合理和有效。
4. 学生的课程表现和参与度是否积极和认真。
七、设计参考资料1. 《计算机组成原理》（第2版），唐朔飞，高等教育出版社，2015年。
2. 《计算机组成原理实验指导书》（第2版），唐朔飞，高等教育出版社，2016年。
3. 《微指令设计与实现》课程教材，作者待定。
计算机组成原理课程设计（中央处理器--微程序控制器设计）
“计算机组成原理”课程设计报告微程序控制器的设计一、设计思路按照要求设计指令系统，该指令系统能够实现数据传送，进行加、减运算和无条件转移，具有累加器寻址、寄存器寻址、寄存器间接寻址、存储器直接寻址、立即数寻址等五种寻址方式。
从而可以想到如下指令： （１）24位控制位分别介绍如下：位控制位分别介绍如下： XRD XRD ：： 外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。
定外设读数据。
EMWR EMWR：： 程序存储器EM 写信号。
写信号。
EMRD EMRD：： 程序存储器EM 读信号。
读信号。
PCOE PCOE：： 将程序计数器PC 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
EMEN EMEN：： 将程序存储器EM 与数据总线DBUS 接通，由EMWR 和EMRD 决定是将DBUS 数据写到EM 中，还是从EM 读出数据送到DBUS DBUS。
IREN IREN：： 将程序存储器EM 读出的数据打入指令寄存器IR 和微指令计数器uPC uPC。
EINT EINT：： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。
ELP ELP：： PC 打入允许，与指令寄存器的IR3IR3、、IR2位结合，控制程序跳转。
转。
MAREN MAREN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据打入地址寄存器MAR MAR。
MAROE MAROE：将地址寄存器：将地址寄存器MAR 的值送到地址总线ABUS 上。
上。
OUTEN OUTEN：将数据总线：将数据总线DBUS 上数据送到输出端口寄存器OUT 里。
里。
STEN STEN：： 将数据总线DBUS 上数据存入堆栈寄存器ST 中。
中。
RRD RRD：： 读寄存器组读寄存器组R0-R3R0-R3，寄存器，寄存器R?R?的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
的选择由指令的最低两位决定。
微指令的设计格式
微指令的设计格式
微指令是计算机中一种重要的指令系统，也是计算机硬件设计中相当复杂的一个部分。
微指令的设计格式包括微指令的编写、微指令的存储、微指令的执行与微指令的测试等几个方面。
首先，微指令的编写是微指令设计格式的首要任务。
编写微指令时，需要根据计算机的指令系统设计，将操作码、地址码等信息转化为对应的微操作，再将这些微操作组合成一个完整的微指令。
编写微指令时还需要考虑指令的优化以及指令的执行时间等问题，保证微指令的高效率和准确性。
其次，微指令的存储是微指令设计格式的重要环节。
微指令存储方式有ROM硬连线存储、EPROM可擦写存储、RAM随机存储和CAM内容寻址存储等多种方式。
在选择微指令存储方式时，需要根据计算机的实际使用环境和设计需求来进行选择，以保证微指令的正确性和可靠性。
微指令的执行是微指令设计格式的核心部分。
微指令的执行过程需要根据微指令编写的具体功能实现，通过微指令存储器中的地址信息找到对应的微指令，并按照微指令中的微操作依次执行，完成指令的功能。
在执行微指令时，需要考虑微指令间的依赖关系，以及微指令的时序要求等问题，保证指令的正确执行。
最后，微指令的测试是微指令设计格式中一个关键的环节。
在微指令的设计过程中，需要进行各种测试，检验微指令的正确性、有效
性以及稳定性等方面的问题，并进行微指令的修正和完善，以保证微指令的质量和可靠性，是微指令设计过程中不可忽略的一个环节。
总之，微指令设计格式是计算机硬件设计中必不可少的一个环节。
编写、存储、执行和测试是微指令设计过程中的四个重要方面，需要根据计算机的设计需求进行综合考虑，以确保微指令的高效、准确和可靠。
指令与微指令的关系
指令与微指令的关系
指令与微指令是计算机中两个非常重要的概念，它们之间存在着密切的关系。
指令是计算机中最基本的操作，它是计算机执行任务的基本单位。
指令可以分为机器指令和汇编指令两种类型。
机器指令是计算机直接可以执行的指令，它们是由二进制代码组成的。
而汇编指令是机器指令的助记符，是一种更易于人类理解和编写的指令形式。
微指令是指令的执行过程中的最小控制单元，它是指令执行的基本步骤。
微指令是由微操作组成的，每个微操作都是对计算机硬件中的一个元件进行操作，如寄存器、ALU等。
微指令是由控制器产生的，控制器会根据指令的类型和操作码产生相应的微指令序列，控制计算机硬件的运行。
指令和微指令之间的关系可以用指令的执行过程来解释。
当计算机接收到一条指令时，控制器会根据指令的操作码产生相应的微指令序列，这些微指令会控制计算机硬件的运行，完成指令的执行。
在执行过程中，微指令会对计算机中的各个元件进行操作，如将数据从寄存器中读取出来，将数据送入ALU进行计算，将计算结果存储到内存或寄存器中等。
因此，指令和微指令是密切相关的，微指令是指令执行的基本步骤，指令的执行需要依赖微指令的产生和执行。
指令和微指令的关系可以用如下公式来表示：指
令= 微指令序列。
微程序名词解释
微程序名词解释
微程序是一种计算机指令集，它是一系列的简单指令序列，用于执行特定的任务。
微程序是计算机硬件和软件之间的接口，它将高级指令转换为底层硬件操作。
微程序的设计和实现可以根据不同的计算机架构和操作系统进行调整。
在微程序中，每个指令都有一个对应的微操作，这些微操作是计算机硬件执行的基本操作。
微程序使用微指令来描述这些微操作，通过微指令序列的执行，可以完成特定任务。
微指令是一系列的微操作代码，用于控制硬件执行不同的操作。
微程序的优点是可以实现复杂指令的高效执行。
相对于硬布线的方式，微程序的设计更加灵活，可以根据需求进行修改和优化。
此外，微程序还可以隐藏底层硬件的细节，使软件开发人员更容易编写和调试代码。
微程序也具有一定的缺点。
由于微指令的执行需要一定的时间，微程序的执行速度相对较慢。
此外，微程序的设计和实现需要一定的工程和计算资源，增加了系统的成本。
总的来说，微程序是计算机系统中重要的组成部分，它实现了高级指令与底层硬件操作之间的桥梁。
通过微程序，计算机可以高效地执行各种任务，并且具有一定的灵活性和可调整性。
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14. 15.同01功能 16.同01 18.同13 1B.同01 1C.同01
问题：
• 1. 02中有P操作，为什么不是03；07有P操作？ • 2. 02指令的后面地址不是03，而1C下一个地址是07
谢谢！
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.哈夫曼编码：用短码表示出现频率高的指令，用长码表示出现频 率低的指令 方法：
3.扩展编码法： 结合固定长度操作码与哈夫曼编码，方法有很多
固定长度操作码指令格式
单字节指令： OPC 7 4 寄存器地址 3 0
双字节指令：
OPC
15 12
寄存器地址
11
存储器地址 8 7 0
1、算数逻辑指令： ADD、SUB、AND、OR、NOT、XOR: 单字节地址指令 功能：取值，分析产生的控制信号；运算，送入寄存器 2、访存指令： MOVRA、MOVAR、JMP、JC 双字节地址指令 3、输入\输出指令 IN、OUT 访问端口的输出输入指令 单字节
微指令
谢磊金
微指令格式
操作码（OPC） 地址码（ADDR）
操作码：指明指令所要完成的操作，包括指令的操作种类、所用 操作书的数据类型； 地址码：指明某个进行操作数据的地址，表明数据来自何方去何 方
操作码的设计方法
1.固定长度操作码： 用固定长度的二进位数表示操作码，格式规整，硬件译码简单 缺点：浪费许多信息量，操作码总长度增加
• 01: PC的LOAD不为1，LDPC为1，每个机器周期在T5时刻给PC计数器一 个脉冲，PC自增；LDAR=1在T4脉冲把8为数据送入AR;PC-BUS输出通路 使能；下一个地址：000010 表示02 • 02：T2时刻指令寄存器从内部总线写入数据，RAMCE存储器使能， RAM存取器可读，P对指令操作码进行判别测试，下一地址：010000 表示 • 03： 地址总线装载使能。通过T4脉冲把总线上准备好的8位数据送入 AR寄存器；RAMCE存储器使能，RAM存取器可读；下一个地址： 000100 • 04： 寄存器装载使能端，是的寄存器地址选择使能，被选中的寄存器 接收数据线上数据；RAM-RN通路接通，其他通路封死 • 05： • 06:存储器写控制端，在周期T4脉冲上升沿时刻，数据线上8位数据送 入存储器相应地址单元中，寄存器输出始端允许寄存器输出端网数据 线上放数据
07.指令寄存器写控制端，T2检测为1，指令寄存器从内部总线装入数 据；RN-RAM寄存器到存储器数据通道使能，当该信号有效，则把RN的 数据放到总线供RAM读取，P判别测试 08. 同下 09.程序计数器PC置数控制端，当该位为1时，PC将在下一个脉冲的上 升沿，从数据显上输入数据；RAM存储器可读；下地址01 10. 11. 寄存器装载使能端。当该位为1时，使得寄存器地址选择使能，被 选中的寄存器可以接受数据线上的数据，外设数据可以通过二进制开关 输入，打开SW-BUS通道，把SW数据输入Ra寄存器，下地址01 12.寄存器输出使能端。当该位1时，允许某个寄存器的输出端往数据 总线上放数据；Ra寄存器中数据输入LED显示 13.选择运算类型，寄存器装载使能端。寄存器地址选择使能，被选 中的寄存器可以接受数据线上的数据，打开ALU-BUS输出使能，把运算结 果送到总线等待寄存器读取，下地址01
LOAD: 程序计数器PC置数控制端，当该位为1时，PC将在下一个脉冲的上升沿， 从数据显上输入数据 WE:存储器的写控制端。该位为1，在一个指令周期中的T4脉冲上升沿时刻，把 数据线上的8位数据送入存储器相应地址的单元 LDIR：指令寄存器写控制端，T2检测为1，指令寄存器从内部总线装入数据 LDPC： 程序计数器PC自增量控制端。如果LOAD不为1，而LDPC为1是，每个 机器周期将在T5时刻给PC计数器一个脉冲，使得PC在原来值上加1 POPREG:寄存器输出使能端。当该位1时，允许某个寄存器的输出端往数据总线 上放数据 LDREG: 寄存器装载使能端。当该位为1时，使得寄存器地址选择使能，被选中 的寄存器可以接受数据线上的数据 LDAR: 地址寄存器装载使能。当该位为1时，通过T4脉冲把总线上准备好的8位 数据送入AR中 O/ISEL: 输入或输出标志位。当该位为1时，外设数据可以通过二进制开关输入；当该位 为0时数据输出。 P:测试标志位。当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。当P为1时根 据指令操作码进行判别测试，修改位地址寄存器内容，并按改好的内容读取下一 条指令。