吳奇霏

摘 要 硬連線路控制器速度快，簡(jiǎn)單或規(guī)整的指令系統(tǒng)比較適于它，例如mips指令集。對(duì)于復(fù)雜指令系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的英語(yǔ)連線路控制器結(jié)構(gòu)龐雜，實(shí)現(xiàn)困難，維護(hù)不易，擴(kuò)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(wú)法用有限狀態(tài)機(jī)描述，所以對(duì)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(lái)設(shè)計(jì)控制器。用微程序方式實(shí)現(xiàn)的控制器稱為微程序控制器，它是仿照程序設(shè)計(jì)方法將每條指令的執(zhí)行過(guò)程用一個(gè)微程序來(lái)表示。若干條微指令組成每個(gè)微程序，每條微指令相當(dāng)于有限狀態(tài)機(jī)中的某一個(gè)狀態(tài)。所有指令對(duì)應(yīng)的微程序都存放在一個(gè)ROM中，這個(gè)ROM中稱為控制存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱為控存（cs）。在微程序控制器控制下執(zhí)行指令時(shí)，每條指令對(duì)應(yīng)的微程序從控存中取出，在時(shí)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(gè)時(shí)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(lèi)號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1微程序控制器

1951年，m.v.wilkes最先提出這個(gè)概念。微程序設(shè)計(jì)的思想給計(jì)算機(jī)控制部件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)帶來(lái)了巨大的影響，語(yǔ)音連接路設(shè)計(jì)相比，它大大降低了控制器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提高了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，由于機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程用微程序控制，因而提供了很大的靈活性，使得設(shè)計(jì)的變更修改以及指令系統(tǒng)的擴(kuò)充都成為不太困難的事情。它與傳統(tǒng)的軟件有許多的類(lèi)似之處。不過(guò)，由于微程序相對(duì)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(yùn)行時(shí)間。它是一種固化了的微程序，稱為固件。但其又有一個(gè)主要的缺點(diǎn)，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(jī)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(yǔ)

一條指令的功能通過(guò)執(zhí)行一系列基本操作來(lái)完成，這些基本操作稱為微操作，每個(gè)微操作在相應(yīng)控制信號(hào)的控制下執(zhí)行，這些控制信號(hào)在微程序設(shè)計(jì)中稱為微命令。微程序是一個(gè)微指令序列，對(duì)應(yīng)于一條機(jī)器指令的功能，每條微指令是一個(gè)0/1序列，其中包含若干個(gè)微命令，它完成一個(gè)基本運(yùn)算或傳送功能，有時(shí)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(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)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(guò)程就是不斷地去面臨，執(zhí)行命令的過(guò)程，取命令過(guò)程是每條指令的公共操作，可以專(zhuān)門(mén)用一個(gè)取指命令為程序來(lái)實(shí)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(guò)程。CPU執(zhí)行程序的過(guò)程就是不斷的去面臨，執(zhí)行命令的過(guò)程，取命令過(guò)程是每條指令的公共操作，可以專(zhuān)門(mén)用一個(gè)取指命令為程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了加快指令及執(zhí)行速度，通常采用定長(zhǎng)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(duì)應(yīng)一個(gè)微命令，不進(jìn)行微命令的編碼，所以，微操作碼的長(zhǎng)度與所有為命定的個(gè)數(shù)相當(dāng)，無(wú)需譯碼因此也成為不譯法，對(duì)于二值微命令，本來(lái)就只占一位，沒(méi)有增加位數(shù)對(duì)于多值數(shù)命令，因?yàn)闆](méi)有進(jìn)行編碼所以相對(duì)來(lái)說(shuō)增加了位數(shù)。顯然直接控制法的并行控制能力強(qiáng)，不必譯碼控制電路簡(jiǎn)單，速度快。也由于一臺(tái)機(jī)器的微命令個(gè)數(shù)太多通常達(dá)到幾百個(gè)，因此微命令字可能多達(dá)幾百位，實(shí)現(xiàn)起來(lái)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(shí)進(jìn)行的微操作，對(duì)應(yīng)的微命令稱為相容為命令。互斥操作是指不能同時(shí)進(jìn)行的微操作，對(duì)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(gè)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(shí)對(duì)每一個(gè)字段內(nèi)進(jìn)行微操作，因此通常一條微指令中，最多可同時(shí)發(fā)出的微操作數(shù)就是為命令字段的個(gè)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(guò)字段間接編碼的方式進(jìn)一步壓縮微指令長(zhǎng)度。這種方式可縮短指令長(zhǎng)度，節(jié)省容量，意義卻不大，線路較復(fù)雜，時(shí)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(dòng)著現(xiàn)代化建設(shè)的快速進(jìn)行和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，而要促進(jìn)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，必須要加大計(jì)算機(jī)軟件工程技術(shù)的研發(fā)力度，同時(shí)要注重產(chǎn)品的創(chuàng)新和發(fā)展，重視產(chǎn)品知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，加速管理技術(shù)的更新升級(jí)。在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，計(jì)算機(jī)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(jī)會(huì)大力研發(fā)新的產(chǎn)品、鼓勵(lì)產(chǎn)品創(chuàng)新，從而推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。

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