淺談計算機微程序控制設(shè)計

吳奇霏

摘 要 硬連線路控制器速度快，簡單或規(guī)整的指令系統(tǒng)比較適于它，例如mips指令集。對于復(fù)雜指令系統(tǒng)來說，對應(yīng)的英語連線路控制器結(jié)構(gòu)龐雜，實現(xiàn)困難，維護不易，擴充和修改指令相當(dāng)困難，如果指令系統(tǒng)太復(fù)雜的話甚至無法用有限狀態(tài)機描述，所以對于復(fù)雜指令系統(tǒng)或其中的復(fù)雜的指令，大多采用微程序方式來設(shè)計控制器。用微程序方式實現(xiàn)的控制器稱為微程序控制器，它是仿照程序設(shè)計方法將每條指令的執(zhí)行過程用一個微程序來表示。若干條微指令組成每個微程序，每條微指令相當(dāng)于有限狀態(tài)機中的某一個狀態(tài)。所有指令對應(yīng)的微程序都存放在一個ROM中，這個ROM中稱為控制存儲器，簡稱為控存（cs）。在微程序控制器控制下執(zhí)行指令時，每條指令對應(yīng)的微程序從控存中取出，在時鐘的控制下，按照一定的順序執(zhí)行微程序中的每條微指令，通常一個時鐘周期執(zhí)行一條微指令。

關(guān)鍵詞 微程序控制器 控制結(jié)構(gòu) 微指令

中圖分類號：TP31 文獻標(biāo)識碼：A

1微程序控制器

1951年，m.v.wilkes最先提出這個概念。微程序設(shè)計的思想給計算機控制部件的設(shè)計和實現(xiàn)技術(shù)帶來了巨大的影響，語音連接路設(shè)計相比，它大大降低了控制器設(shè)計的復(fù)雜性，提高了設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化程度，由于機器指令的執(zhí)行過程用微程序控制，因而提供了很大的靈活性，使得設(shè)計的變更修改以及指令系統(tǒng)的擴充都成為不太困難的事情。它與傳統(tǒng)的軟件有許多的類似之處。不過，由于微程序相對固定且通常不放在主存內(nèi)。故有可能利用工作速度較高的ROM存放微程序，從而縮短為程序的運行時間。它是一種固化了的微程序，稱為固件。但其又有一個主要的缺點，比相同或相近指令系統(tǒng)的硬布線控制器慢，所以，r i s c機大都采用硬連線路控制器。

2微程序控制的主要結(jié)構(gòu)

2.1基本術(shù)語

一條指令的功能通過執(zhí)行一系列基本操作來完成，這些基本操作稱為微操作，每個微操作在相應(yīng)控制信號的控制下執(zhí)行，這些控制信號在微程序設(shè)計中稱為微命令。微程序是一個微指令序列，對應(yīng)于一條機器指令的功能，每條微指令是一個0/1序列，其中包含若干個微命令，它完成一個基本運算或傳送功能，有時也將微指令字，稱作控制字（control word）。

2.2微程序控制的基本結(jié)構(gòu)

機器指令的執(zhí)行過程常常與條件碼有關(guān)，因此微程序中也引起了條件轉(zhuǎn)移概念，微指令中的轉(zhuǎn)移控制部分，被送到轉(zhuǎn)移地址發(fā)生器根據(jù)條件及相應(yīng)微命令產(chǎn)生新的微指令地址送入。CPU執(zhí)行程序的過程就是不斷地去面臨，執(zhí)行命令的過程，取命令過程是每條指令的公共操作，可以專門用一個取指命令為程序來實現(xiàn)，因此微程序控制器的工作流程，就是不斷的執(zhí)行去執(zhí)行取指令微程序和執(zhí)行相應(yīng)指令功能微程序的過程。CPU執(zhí)行程序的過程就是不斷的去面臨，執(zhí)行命令的過程，取命令過程是每條指令的公共操作，可以專門用一個取指命令為程序來實現(xiàn)。為了加快指令及執(zhí)行速度，通常采用定長為指令字格式，每條微指令由兩部分組成，微操作碼部分和位地址碼部分。

3微命令編碼

3.1直接控制法

一位對應(yīng)一個微命令，不進行微命令的編碼，所以，微操作碼的長度與所有為命定的個數(shù)相當(dāng)，無需譯碼因此也成為不譯法，對于二值微命令，本來就只占一位，沒有增加位數(shù)對于多值數(shù)命令，因為沒有進行編碼所以相對來說增加了位數(shù)。顯然直接控制法的并行控制能力強，不必譯碼控制電路簡單，速度快。也由于一臺機器的微命令個數(shù)太多通常達(dá)到幾百個，因此微命令字可能多達(dá)幾百位，實現(xiàn)起來非常困難。

3.2字段直接編碼法

數(shù)據(jù)通路中的微操作之間存在兩種關(guān)系，相容和互斥。相容微操作是指在數(shù)據(jù)通路中，能同時進行的微操作，對應(yīng)的微命令稱為相容為命令。互斥操作是指不能同時進行的微操作，對應(yīng)的微命令稱為互斥為命令。字段直接編碼法的基本思想是將微指令分為若干字段，每個字段包含若干微命令，把相斥微操作組合在同一字段，相容為操作組合在不同階段，編碼時對每一個字段內(nèi)進行微操作，因此通常一條微指令中，最多可同時發(fā)出的微操作數(shù)就是為命令字段的個數(shù)。

3.3字段間接編碼法

在字段間接編碼法基礎(chǔ)上可通過字段間接編碼的方式進一步壓縮微指令長度。這種方式可縮短指令長度，節(jié)省容量，意義卻不大，線路較復(fù)雜，時間需要較多，極少用這種方式。

4總結(jié)

信息技術(shù)的快速發(fā)展推動著現(xiàn)代化建設(shè)的快速進行和社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，而要促進信息技術(shù)的進一步發(fā)展，必須要加大計算機軟件工程技術(shù)的研發(fā)力度，同時要注重產(chǎn)品的創(chuàng)新和發(fā)展，重視產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)保護，加速管理技術(shù)的更新升級。在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，計算機軟件工程與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷融合，相關(guān)企業(yè)要抓住這次機會大力研發(fā)新的產(chǎn)品、鼓勵產(chǎn)品創(chuàng)新，從而推動社會經(jīng)濟快速發(fā)展。

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