微程序控制器

　　1簡介

　　微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解題程序的方法，把操作控制信號編成所謂的“微指令”，存放到一個只讀存儲器里．當機器運行時，一條又一條地讀出這些微指令，從而產(chǎn)生全機所需要的各種操作控制信號，使相應(yīng)部件執(zhí)行所規(guī)定的操作.

　　采用微程序控制方式的控制器稱為微程序控制器。所謂微程序控制方式是指微命令不是由組合邏輯電路產(chǎn)生的，而是由微指令譯碼產(chǎn)生。一條機器指令往往分成幾步執(zhí)行，將每一步操作所需的若干位命令以代碼形式編寫在一條微指令中，若干條微指令組成一段微程序，對應(yīng)一條機器指令。在設(shè)計CPU時，根據(jù)指令系統(tǒng)的需要，事先編制好各段微程序，且將它們存入一個專用存儲器（稱為控制存儲器）中。微程序控制器由指令寄存器IR、程序計數(shù)器PC、程序狀態(tài)字寄存器PSW、時序系統(tǒng)、控制存儲器CM、微指令寄存器以及微地址形成電路、微地址寄存器等部件組成。執(zhí)行指令時，從控制存儲器中找到相應(yīng)的微程序段，逐次取出微指令，送入微指令寄存器，譯碼后產(chǎn)生所需微命令，控制各步操作完成。

　　2相關(guān)概念

　　微命令和微操作

　　微命令控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出的各種控制命令。

　　微操作執(zhí)行部件接受微命令后所進行的操作。

　　控制部件與執(zhí)行部件通過控制線和反饋信息進行聯(lián)系。

　　微指令和微程序

　　微指令在機器的一個CPU周期中，一組實現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合。

　　微程序?qū)崿F(xiàn)一條機器指令功能的許多條微指令組成的序列。

　　控制部件與執(zhí)行部件通過控制線和反饋信息進行聯(lián)系。

　　微程序控制器原理框圖

　　它主要由控制存儲器、微指令寄存器和地址轉(zhuǎn)移邏輯三大部分組成。

　　1.控制存儲器

　　控制存儲器用來存放實現(xiàn)全部指令系統(tǒng)的微程序，它是一種只讀存儲器。一旦微程序固化，機器運行時則只讀不寫。其工作過程是：每讀出一條微指令，則執(zhí)行這條微指令；接著又讀出下一條微指令，又執(zhí)行這一條微指令……。讀出一條微指令并執(zhí)行微指令的時間總和稱為一個微指令周期。通常，在串行方式的微程序控制器中，微指令周期就是只讀存儲器的工作周期。控制存儲器的字長就是微指令字的長度，其存儲容量視機器指令系統(tǒng)而定，即取決于微程序的數(shù)量。對控制存儲器的要求是速度快，讀出周期要短。

　　2.微指令寄存器

　　微指令寄存器用來存放由控制存儲器讀出的一條微指令信息。其中微地址寄存器決定將要訪問的下一條微指令的地址，而微命令寄存器則保存一條微指令的操作控制字段和判別測試字段的信息。

　　3.地址轉(zhuǎn)移邏輯

　　在一般情況下，微指令由控制存儲器讀出后直接給出下一條微指令的地址，通常我們簡稱微地址，這個微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出現(xiàn)分支，那么下一條微指令的地址就直接由微地址寄存器給出。當微程序出現(xiàn)分支時，意味著微程序出現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移。在這種情況下，通過判別測試字段P和執(zhí)行部件的“狀態(tài)條件”反饋信息，去修改微地址寄存器的內(nèi)容，并按改好的內(nèi)容去讀下一條微指令。地址轉(zhuǎn)移邏輯就承擔自動完成修改微地址的任務(wù)。

　　CPU周期與微指令周期的關(guān)系

　　在串行方式的微程序控制器中:微指令周期=讀出微指令的時間+執(zhí)行該條微指令的時間

　　一個CPU周期為0.8μs，它包含四個等間隔的節(jié)拍脈沖T1—T4，每個脈沖寬度為200ns。用T4作為讀取微指令的時間，用T1+T2+T3時間作為執(zhí)行微指令的時間。例如，在前600ns時間內(nèi)運算器進行運算，在600ns時間的末尾運算器已經(jīng)運算完畢，可用T4上升沿將運算結(jié)果打入某個寄存器。與此同時可用T4間隔讀取下條微指令，經(jīng)200ns時間延遲，下條微指令又從只讀存儲器讀出，并用T1上升沿打入到微指令寄存器。如忽略觸發(fā)器的翻轉(zhuǎn)延遲，那么下條微指令的微命令信號就從T1上升沿起就開始有效，直到下一條微指令讀出后打入微指令寄存器為止。因此一條微指令的保持時間恰好是0.8μs，也就是一個CPU周期的時間。