408计组之微程序控制器设计

基本思想：每条指令的执行过程用一个微程序来表示，每个微程序由若干微指令组成，每条微指令相当于有限状态机中的一个状态
存储：所有指令对应的微程序都存放在一个ROM中，这个ROM称为控制存储器（控存）
执行：通常一个周期执行一条微指令

微程序控制器的结构

微操作：一条指令的功能通过一系列基本操作来完成
微命令：每个微操作在响应的控制信号的控制下执行，这些控制信号称为微命令
微程序（控制字CW）：一个微指令序列，对应一条机器指令的功能

下图为结构图：

过程：指令装入IR——起始和转移地址发生器根据指令生成微程序入口地址，放入PC——此后每来一个时钟，PC加一。

注意：生成的微命令送到数据通路中；微指令中的“转移控制”部分被送到转移地址发生器，根据条件码及相应微命令产生新的微指令抵制放入PC；取指令过程是公共操作，可以用一个专门的取指令微程序实现。

微命令编码

直接控制法（直接编码法）

一位对应一个微命令，微操作码的长度于所有微命令的个数相当
优点：并行控制能力强，控制电路简单速度快
缺点：编码空间利用率低

字段直接编码法

相容微操作：数据通路中能同时进行的微操作，对应相容微指令
互斥微操作：不能同时进行的微操作，对应互斥微操作
基本思想：将微指令分为若干字段，每个字段包含若干微指令，互斥微操作组合在同一字段，相容微操作组合在不同字段，对每一字段内的微操作进行编码。一条微指令中最多可同时发出的微操作数就是微命令字段的个数（因为可同时发出的微指令是相容微指令）。
注意：每个小段还要留出一个状态，表示本字段不发出任何微指令，例如3位的字段长度，最多只能表示7个互斥的微命令，通常000表示不操作。

某计算机的控制器采用微程序控制方式，为指令中的操作控制字段采用字段直接编码法，共有33个微命令，构成5个互斥类，分别包含7、3、12、5和6个微命令，则控制字段至少有：15位

第1个互斥类包含7个微命令，则2³=8，比7大，用3位编码，同理第2个用2位编码，第3个用4位编码，第4个用3位编码，第5个用3位编码，3+2+4+3+3=15位

字段间接编码

一个字段某些微命令需由另一个字段中的某些微命令解释，缩短指令字长，但削弱微指令并行控制能力

指令地址的确定

计数器法

用专门的微程序计数器，将下条微指令地址隐含的存放在其中
顺序执行：PC+1-〉PC
转移执行：在当前微指令后添加一条转移微指令，并在微指令中添加专门的转移控制字段。通常用ROM实现。

断定法（下地址法）

在微指令中明确指定下一条微指令地址，相当于每条都是转移微指令，用微指令地址寄存器来存放当前微地址
优点：加快指令执行速度，消除了专门的转移微指令
缺点：增加微指令长度，影响控制存储器的有效利用

某计算机采用微程序控制器，共有32条指令，公共的取指令微程序包含2条微指令，各指令对应的微程序平均由4条微指令组成，采用断定法（下地址字段法）确定下条微指令地址，则微指令中下地址字段的位数至少是8

32条指令，而每条指令由4条微指令组成，则一共有32*4=128条微指令，又包含两条公共的取指令程序的微指令，则一共包含的微指令数位128+2=130，130大于128小于256，故需要8位来表示。