微程序设计和微控制器组成.ppt

微程序设计和微控制器组成 微程序设计思想 微指令的编码方式及微指令格式 微地址的形成 微控制器的组成及工作原理 模型机实验 微程序设计思想 为克服组合逻辑控制单元线路庞杂的问题 仿照解题程序的方法，把操作控制信号编成所谓的“微指令”，存放到一个只读存储器中。当机器运行时，一条又一条地读出这些微指令，从而产生全机所需要的各种控制信号，使相应部件执行所规定的操作。 一条机器指令?一个微程序?(多条)微指令?一系列的微命令 微指令编码 微指令格式 微指令编码实例1 微指令编码实例2 微地址的形成 在执行微指令时应明确下一条要执行的微指令的地址。 实验箱微控制器的地址转移逻辑 微控制器的组成及工作原理 微程序控制器原理框图 控制存储器 　　控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，它是一种只读存储器。一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令；接着又读出下一条微指令，又执行这一条微指令……。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存储器的工作周期。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。对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。 微指令寄存器 　　微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。其中微地址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。 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，通常我们简称微地址，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。当微程序出现分支时，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和执行部件的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器的内容，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。 模型机实验 实验目的 1、构造一台基本模型计算机。 2、掌握在模型计算机上进行微程序编制、指令输入、运行调试的方法。 实验准备 熟悉实验原理 分析实验要求 实验步骤： 先详细了解实验的原理然后进行以下步骤： ⑴设计模型机的数据通路图，根据机器指令系统要求，设计微程序流程图及确定微地址； ⑵根据⑴的设计，编制好微程序； ⑶根据⑴中的数据通路，连接好实验线路，仔细检查无误后接通电源； ⑷将编制好的微程序写入控存； ⑸使用上面设计好的机器指令编写机器指令程序，存放在内存中； ⑹执行⑸中的机器指令程序，并验证前面的设计是否正确，若不正确请修改前面的设计和微程序； 实验记录 ⑴模型机的数据通路图： ⑵微程序流程图（含相应微地址）： ⑶微程序（列表显示或输出相应的十六进制表示的微程序）： ⑷用于验证的机器指令程序： ⑸机器指令执行的情况： * * 机器指令 … 微程序 一条微指令 … … 一系列的微命令 微命令：控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令（控制信号）。 微操作：执行部件接受微命令后进行的操作。 微指令：在一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合，构成一条微指令。 1. 直接编码（直接控制）方式 在微指令的操作控制字段中， 每一位代表一个微操作命令 速度最快 下地址 … 控制信号 操作控制 某位为 “1” 表示该控制信号有效 2. 字段直接编码方式 将微指令的控制字段分成若干 “段”， 每段经译码后发出控制信号 每个字段中的命令是 互斥 的 译码 … 译码 … 译码 … 下地址 操作控制 控制信号 缩短 了微指令 字长，增加 了译码 时间 微程序执行速度较慢 显式编码 3. 字段间接编码方式 4. 混合编码 直接编码和字段编码（直接和间接）混合使用 5. 其他 … 字段 1 … 字段 2 译码 译码 译码 … 操作控制 控制信号 … 字段 n 下地址 … … 控制信号 隐式编码 1. 水平型微指令 如 直接编码、字段直接编码、字段间接编码、 直接和字段混合编码 2. 垂直型微指令 类似机器指令操作码 的方式 一次能定义并执行多个并行操作 由微操作码字段规定微指令的功能 3. 两种微指令格式的比较 (1) 水平型微指令比垂直型微指令 并行操作能力强 ， 灵活性强 (2) 水平型微指令执行一条机器指令所要的 微指令 数目少，速度快 (3) 水平型微指令 用较短的微程序结构换取较长的 微指令结构 (4) 水平型微指令与机器指令 差别大 简单运算器模型 微指令的结构包括操作控制字段和顺序控制字段。 操作控制字段的每一位代表了一个微命令。 下图为一个具体