微程序控制器的原理框图
微程序控制器(ppt16).pptx
。2020年9月6日星期日上午9时58分34秒09:58:3420.9.6
• •
T H E E N D 15、会当凌绝顶，一览众山小。2020年9月上午9时58分20.9.609:58September 6, 2020
16、如果一个人不知道他要驶向哪头，那么任何风都不是顺风。2020年9月6日星期日9时58分34秒09:58:346 September 2020
➢ 将一条指令分成若干条微指令，按次序执行 这些微指令，就可以实现指令的功能。
➢ 组成微指令的微操作命令就是微命令。 ➢ 微命令执行的结果就是完成微操作。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢微程序控制器的工作原理 ➢微指令：同时发出的控制信号所执行的
一组微操作。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢微命令：控制器发出的指挥机器执行微 操作的命令。
➢微指令：在一个CPU周期中，一组实现 操作功能的的微命令的组合。
• 例如：加法指令的执行可分为：取指、计算 地址、取操作数和加法运算四步，每一步都 由一组微操作实现。这一组能同时执行的微 操作就构成一条微指令。
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢相容性微命令： 在同一个CPU 周期中，可以 同时执行的微 操作命令。
➢相斥性微命令：
在同一个CPU
相 斥
周期中，不能
同时执行的微
操作操作。
相 斥
相 斥
计算机组成原理 第五章 中央处理器 微程序控制器
➢不能在一条微指令中将微命令全部发完。
➢微程序：计算机每条指令的功能均由微指 令序列解释完成，这些微指令序列的集合 就叫做微程序。
R1
1
计算机组成原理第五章-第4讲-微程序控制器
R1 + R2 + R3
ab
6
做加法：
• a+b+6有进位？
• 是：结果值正确
• 否：结果值减6恢复a+b的真实结果
2021/6/7
32
5.4.1微程序控制原理
假设在某编程环境下，需要完成BCD两个 位加法运算，代码：b = b + a；
该代码被编译成机器语言后，以汇编语言 写出可以假定是
指令:ADD R2 R1
• 如果微程序不出现分支：下一条微指令地址直 接由微地址寄存器给出
• 如果微程序出现分支：通过判别测试字段P和 执行部件的“状态条件”反馈信息，修改微地 址寄存器内容。
2021/6/7
24
勘误：
• 其实不能叫勘误，要指出的是，教材P158页， 介绍完基本三个部分功能之后，没有给出微程 序控制器的工作过程描述。
6
5.4.1微程序控制原理
微操作：是微命令的操作过程。
• 微命令和微操作是一一对应的。 • 微命令是微操作的控制信号，微操作是微命令
的操作过程。 • 微操作是执行部件中最基本的操作。
举例：
• 控制门电位信号的变化、寄存器输入端的控制、 ALU的基本执行过程…
2021/6/7
7
5.4.1微程序控制原理
13.PC->ABUS（I） 15.LDIR’
2021/6/7
17.PC+1 18.P1判别:操作码译码 “ADD2”：1010 36
取指执行过程图示
Hale Waihona Puke 2021/6/737
第2条微指令：R2+R1->R2
1010
010 100 100 100
微程序控制器设计
EDA第六次实验日志微程序控制器实验实验预习：1.微程序控制器的组成和工作原理是什么？2.微程序、微指令、微命令之间有什么关系？3.微指令、微程序如何设计与调试？预习解答：1. 微程序控制器的组成和工作原理是什么？微程序控制器的原理图如图所示。
微程序控制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，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）控制寄存器控制寄存器用来存放实现全部指令系统的所有微程序，它是一种只读型存储器。
一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。
其工作过程是：读出一条微指令并执行；重复上面动作知道微程序结束。
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寄存器是的工作周期。
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。
对控制寄存器的要求是读出周期要短，因此通常采用双极型半导体只读寄存器。
（2）微指令寄存器微指令寄存器用来存放由控制器读出的一条微指令信息。
其中微指令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条微指令的地址，通常简称为微地址，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和执行内部的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容；并按照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。
其工作原理分为：一、将程序和数据通过输入设备送入存储器；二、启动运行后，从存储器中取出程序指令送到控制器去识别，分析该指令要求什么事；三、控制器根据指令的含义发出相应的命令（如加法、减法），将存储单元中存放的操作数据取出送往运算器进行运算，再把运算结果送回到存储器指定的单元中；四、运算任务完成后，就可以根据指令将结果通过输出设备输出。
第六章 微程序控制(3)
控制器的设计方法
¾硬布线控制（组合逻辑控制）¾微程序控制
模型机组合逻辑控制器的设计
第3节微程序控制原理
优点：不需译码，并行性好，速度快。
¾优点：使微指令中的字段进一步减少，可有效减小微指令字长宽度
¾缺点：有可能使得微指令的并行能力下降，并增加译码线
2.
当某条件（如
全零）成立时
由次地址
明的微地址，反之则选择μ
顺序执行。
4.
首地址的产生
¾取微指令时间
•从CP1的上升沿到CP2的上升沿¾执行微指令时间
•从CP2上升沿至下一个CP2上升沿•微周期等于微指令的执行时间
第4节模型机的微程序控制器的设计。
计算机原理6.10微程序控制器
计算机原理6.10微程序控制器1、微程序控制器基本思想硬布线：同步逻辑、繁、快、贵、难改⼀条指令多个时钟周期⼀个时钟周期⼀个状态⼀个状态对应⼀组并发信号微程序：存储逻辑、简、慢、廉、易改将并发信号事先存储为微指令⼀条指令对应多条微指令状态等同于存储器地址2、微程序控制器⼯作原理微程序是利⽤软件⽅法来设计硬件的技术将完成指令所需的控制信号按格式编写成微指令，存放到控制存储器 ⼀条机器指令对应⼀段微程序（多条微指令） 指令取指执⾏--》微程序的执⾏---》执⾏多条微指令--》依次⽣成控制信号存储技术和程序设计相结合，回避复杂的同步时序逻辑设计3、单总线结构CPU主要部件都连接在总线上各部件间通过总线进⾏传输4、单总线CPU微指令构造操作控制字段：存储操作控制信号 每⼀位对应⼀个控制信号，也称微命令，可同时给出多个操作信号顺序控制字段：⽤于控制微程序的执⾏顺序 判别逻辑为零，下⼀条微指令地址从下址字段获取，否则按约定规则⽣成。
5、程序、微程序、指令、微指令对应关系5、微程序控制器组成原理框图（下址字段）指令寄存器IR是微程序控制器的最基本的输⼊，它将指令的操作码送到⼀个地址转移逻辑中，⽣成不同指令的微程序⼊⼝地址，每⼀条指令完成取指令以后，要进⼊到不同的执⾏状态，或者说要进⼊到不同的微程序⼊⼝地址，有了⼊⼝地址之后，再经过⼀个多路选择器进⾏选择，有可能是⾛不同指令的⼊⼝地址，也有可能是直接由微指令字的下址字段给出来的下址部分，到底要⾛哪个，由判别字段来选择，判别字段为1的时候，则⾛微程序⼊⼝地址，判别字段为零，则执⾏下⼀条微指令，得到正确的微地址后，送⼊到⼀个微地址寄存器中，微地址寄存器受时钟控制，每来⼀个时钟，对应的微地址寄存器就会重新更新地址，通过微地址寄存器，微地址输⼊到控制存储器（控存），控制存储器是⽤来存储微程序的，所以控制存储器得到⼀个微地址后，就会得到⼀条微指令，将微指令进⾏解析，⼀部分⽤来形成下址字段，⼀部分形成判别字段，⼀部分形成微操作控制字段，微操作控制字段会产⽣操作控制信号，这些信号会送到对应的功能部件，这些信号不需要执⾏，只需要连接到对应控制部件的控制执⾏点就可以了。
计算机原理实验三 微程序控制器实验 操作步骤
3.2 微程序控制器实验3.2.1 实验目的(1) 掌握微程序控制器的组成原理。
(2) 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。
3.2.2 实验设备PC机一台，TD-CMA实验系统一套。
3.2.3 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的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。
它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码，即将微命令的集合仿照机器指令一样，用数字代码的形式表示，这种表示称为微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令，这种微指令序列称为微程序。
微程序存储在一种专用的存储器中，称为控制存储器,微程序控制器原理框图如图3-2-1所示。
图3-2-1 微程序控制器组成原理框图控制器是严格按照系统时序来工作的，因而时序控制对于控制器的设计是非常重要的，从前面的实验可以很清楚地了解时序电路的工作原理，本实验所用的时序由时序单元来提供，分为四拍TS1、TS2、TS3、TS4，时序单元的介绍见附录2。
微程序控制器的组成见图3-2-2，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，用三片正沿触发的双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时刻打入微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。
S E 1S E 2S E 3S E 4S E 5S E 0图3-2-2 微程序控制器原理图3.2.4 实验步骤1. 按图3-2-10所示连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。
如果有‘滴’报警声，说明总线有竞争现象，应关闭电源，检查接线，直到错误排除。
图3-2-10 实验接线图2. 对微控器进行读写操作，分两种情况：手动读写和联机读写。
计算机组成原理-微程序控制器
5.4.5 CPU周期与微指令周期
的关系
➢ 【分析】
一个CPU周期为0.8μs，它包含四个等间隔 的节拍脉冲T1—T4，每个脉冲宽度为200ns。 用T4作为读取微指令的时间，用T1+T2+T3时 间作为执行微指令的时间。例如，在前600ns 时间内运算器进行运算，在600ns时间的末尾 运算器已经运算完毕，可用T4上升沿将运算结 果打入某个寄存器。与此同时可用T4间隔读取 下条微指令，经200ns时间延迟，下条微指令 又从只读存储器读出，并用T1上升沿打入到微 指令寄存器。
➢ 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。
上一页 返回 下一页
5.4.2 微指令和微程序
➢ 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。
➢ 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。
上一页 返回 下一页
5.4.6 机器指令与微指令的关系
➢ 【例2】
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。
上一页 返回 下一页
5.4.6 机器指令与微指令的关系
读控制
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。
上一页 返回 下一页
5.4.4 微程序举例
➢ 我们举“十进制加法”指令为例，具体 看一看微程序控制的过程。
➢ 第一条微指令的二进制编码是
最新7-5微程序控制器ppt课件
控制存储器 CM
微指令寄存器µIR
微操作控制部分 顺序控制部分
❖微指令寄存器µIR
标志微指令执行的开始
微地址寄微存操器作控制部分 µAR ▪以编码的形式存在，经 过微指令译码后形成微
微地址形操令成作。控制信号，即IR微命 电路顺序控制部分 µAG ▪控制微指令的执PS行W顺序， 包含了下一条微指令地 址的信息，用于形成后 继微指令的微地址。
控制存储器 CM
微指令寄存器µIR
微地址寄存器 µAR
微地址形成 电路 µAG
IR PSW
微操作控制部分 顺序控制部分
18
7.5.3 微程序的顺序控制
❖增量计数器法
在顺序执行时，µAR+1
▪µAR也称为µPC，即微程序计数器
需要转移时，由微转移指令给出转移微地址，更新µAR
两种微指令格式
▪微命令
0
PSW
▪在某些场合，需要根据 微操P作S控W制部中分的顺状序态控标制部志分决定
分支转移的微地址。
微地址寄存器 µAR
微地址形成 电路 µAG
IR PSW
9
微程序控制器的基本组成
控制存储器 CM
微指令寄存器µIR
微地址寄存器 µAR
微地址形成 电路 µAG
微操作控制部分 顺序控制部分
IR PSW
10
7-5微程序控制器
7.5.1 微程序控制基本原理
❖基本思想：
计算机操作可以归结为信息传递，而信息传递的关键是控 制门。控制门可以用存储器中的信息来控制，从而可用类似 于程序设计的方法来设计复杂的控制逻辑，这就是微程序控 制的基本思想。
▪硬件设计简单、规整； ▪灵活性好，便于扩充指令。 ▪执行速度慢
微程序控制单元实验、指令部件模块实验、时序与启停实验
《计算机组成原理》实验报告实验名称微程序控制单元实验、指令部件模块实验、时序与启停实验实验室实验楼418 实验日期2012-12-12、2012-12-14、2012-12-19图7-1微控制器原理其中控制存储器采用4片6116静态存储器，微程序寄存器32位，用三片（273）和一片4D（175）触发器组成。
微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双器（74）组成，它们带有清零端和置位端。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄图7-2微程序流程图实验原理分析:1.在“H”状态下，即按键状态下编写程序，四片锁存器是微指令寄存器，UA0~UA5为微地址触发器，8位LED显示时，6位二进制代码能表示图7-3微程序控制原理图(2)微地址控制输入单元的实验连线控制线于控制信号“”连接：用双头实验导线连接上图中所有标明“图8-1程序计数器单元2片74LS163组成了PC程序计数器，它有LDPC、LOAD信号，脉冲装载和加1操作。
在“L”状态下，由8位数据开关装入起始地址，当图8-2指令寄存器单元指令数据寄存器IR（74LS273）的LDIR为电平正跳变时，把来自数据总线的数据打入寄存图8-3 CY、零标志锁存原理图控制线于控制信号“”连接：用双头实验导线连接上图中所有标明“图9-1时序、启停、单次脉冲原理图（一）时序启停实验所用的时序与启停电路原理如图所示，其中时序电路由 1/2 片74LS7474LS175及6个二输入与门、2个二输入与非门和3个反向器构成。
可产生4个等间隔的时序信号T1~T4，其中“时钟”信号由“脉冲源”提供。
为了便于控制程序的运行，时序电。
微程序控制器的原理框图
图5.20 微程序控制器结构框图 返回
4.微程序控制器中一条机器指令执行的全过程 4.微程序控制器中一条机器指令执行的全过程 微程序控制器中 当一条机器指令从存储器调入CPU CPU时 机器指令会被存放在CPU CPU中的指令 ①当一条机器指令从存储器调入CPU时，机器指令会被存放在CPU中的指令 寄存器中。运行该机器指令时， 寄存器中。运行该机器指令时，该指令的操作码和相关的状态条件被一起 送到地址转移逻辑中。 送到地址转移逻辑中。 ②在地址转移逻辑中产生该机器指令所对应的微程序中的第一条微指令的 微地址，并把该微地址传送到微地址寄存器中。 微地址，并把该微地址传送到微地址寄存器中。 根据微地址寄存器中的微地址， ③根据微地址寄存器中的微地址，经过地址译码从控制存储器中取出 一条微指令，把这条微指令的微命令信息送到微命令寄存器， 一条微指令，把这条微指令的微命令信息送到微命令寄存器，同时在微地 址寄存器中直接给出下一条微指令的微地址。 址寄存器中直接给出下一条微指令的微地址。 如果当前微指令不是转移类微指令， ④如果当前微指令不是转移类微指令，则由微命令寄存器中控制字段 生成相应的微命令，并把它们传到相关的部件，执行相应的微操作； 生成相应的微命令，并把它们传到相关的部件，执行相应的微操作；如果 当前微指令是转移类微指令，则通过判别测试字段P和执行部件的“ 当前微指令是转移类微指令，则通过判别测试字段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， 条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容，从而让微地址寄存器保存 指向下一条将要执行的微指令的微地址。 指向下一条将要执行的微指令的微地址。 重复执行第③ ⑤重复执行第③和④步，直到该机器指令所对应的微程序执行完毕为 止。
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。
7-4 微程序控制原理
微程序控制器的组成和工作过程
①执行取指令公共操作。具体的执行是：在机 器开始运行时，自动将取指微程序的入口微地址送 MAR，并从CM中读出相应的微指令送入IR。微 指令的操作控制字段产生有关的微命令，用来控制 计算机实现取机器指令的公共操作。取指微程序的 入口地址一般为CM的0号单元，当取指微程序执行 完后，从主存中取出的机器指令就已存入指令寄存 器中了。
微程序入口地址的形成
微程序入口地址的形成
指令操址的形成
由此可见，相邻两个微程序的入口地址相差4个 单元，也就是说，每个微程序最多可以由4条微指令 组成，如果不足4条就让有关单元空闲着。
后继微地址的形成
找到初始微地址之后，可以开始执行微程序， 每条微指令执行完毕都要根据要求形成后继微地址 。后继微地址的形成方法对微程序编制的灵活性影 响很大，它主要有两大基本类型：增量方式和断定 方式。
字段间接编码法的微指令结构
微指令编码法
字段编码法中操作控制字段的分段并非是任意 的，必须要遵循如下的原则：
① 把互斥性的微命令分在同一段内，兼容性的 微命令分在不同段内。这样不仅有助于提高信息的 利用率，缩短微指令字长，而且有助于充分利用硬 件所具有的并行性，加快执行的速度。
② 应与数据通路结构相适应。
微程序入口地址的形成
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。