第六章中央处理器(微指令格式)
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C4
28位*8=224位 编码表示法 + μPC
C5
T3 (Z)PC, Mem[AR]DR C6
T4
(DR)IR
C7
19位*8=152位 垂直微指令
C8
T5
(IRA)AR, (PC)X
C9
C10
T6
Read Mem
C11
8位*14=112位
T7
Mem[AR]DR
C12
操作控制字段
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
第六章 6.12 微指令格式
4 微指令地址形成方法
+1 Zout, PCin DRout, IRin
P1 IRout,ARin PCout, Xin DREin,Read DREin,Read DRout, R0in
第六章 6.12 微指令格式
8 水平型与垂直型微指令 水平型微指令 并行操作能力强，效率高，灵活性强， 微指令字较长，微程序短，控存容量大，性能佳 垂直型微指令 字长短，微程序长，控存容量小，性能差 垂直型与指令相似，易于掌握 基本被淘汰
微地址
下址字段
0000
000000 100000 101000000000000 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
第六章 6.12 微指令格式
6 垂直型微指令
数据通路分类
寄存器传输 MOV reg1,reg2 MOV AR，PC
运算类型 ALU_OP reg
INC、ADD R1
访存类型 顺序控制
Mem Branch
LOAD、STORE Branch P1
如采用扩展操作码，需8位字长
MOV 源寄存器(3) 目的寄存器(3)
INC
无操作数
ADD 源寄存器编号（3位）
Mem
Read/Write
Branch
判断条件
节拍
第六章 6.12 微指令格式
谢谢!
操作控制字段
顺序控制字段
简单直观，便于输出控制，微指令长度太长，控存容量大，如何压缩微指令长度？
改直接表示为编码表示 （压缩互斥性微指令）
去掉下址字段，采用 μPC = μPC +1 的方式生成微指令地址
改水平型微指令为垂直型微指令 （牺牲并行性）
第六章 6.12 微指令格式
3 微指令格式（编码表示法） 如果互斥的输出控制信号8个，编码后长度多少？
计算机组成原理
第六章 中央处理器 6.12 微指令格式
第六章 6.12 微指令格式
1 微指令设计原则 有利于缩短微指令字长度 有利于减少控制存储器容量 有利于提高微程序执行速度 有利于对微指令进行修改 有利于提高微程序设计的灵活性
第六章 6.12 微指令格式
2 微指令格式（直接表示法）
微操作控制字段
微指令字
操作控制信号
第六章 6.12 微指令格式
5 水平型微指令编码效率
R1out IRout DRout DREout R1in IRin DRin DREin Write +1
SUB P2
R0out R2out Zout PCout R0in R2in
Xin
ARin PCin Read ADD P1
取指令
LOAD
MOVE
T1
(PC)AR, (PC)X (IRA)AR, (PC)X (IRA) R[0]
T2 (X)+1Z Read Mem
Read Mem
T3 (Z)PC, Mem[AR]DR Mem[AR]DR
T4
(DR)IR
(DR)R0
ADD
STORE
(R0)X
(R2)AR
下地址字段法
微指令长，控存容量大
计数器法 μPC
微指令短，需要加法器
MUX MUX
地址转移逻辑
1
时钟脉冲 CLK
微地址
μAR
微地址寄存器
控制 存储器
微指令
下址字段 判别字段
微操作控制字段
操作控制信号
微指令字
地址转移逻辑
1
时钟脉冲 CLK 微地址
μPC
微地址寄存器
+1
控制 存储器
微指令
判别字段
T8
(DR)R0
C13
容量小，速度慢，指令执行需译码电路
C14
LOAD
MOV AR,PC MOV X,PC
LOAD LOAD
INC MOV PC,Z MOV IR,DR Branch P1 MOV AR,IR MOV X，PC
LOAD LOAD MOV R0，DR Branch
信号
PCout, ARin PCout, Xin DREin,Read DREin,Read
R1out IRout DRout DREout R1in IRin DRin DREin Write +1
SUB P2
R0out R2out Zout PCout R0in R2in
Xin
ARin PCin Read ADD P1
下址字段
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
R1out IRout DRout R0out R2out Zout PCout
0
3源自文库8译码器
7
+1 SUB 无信号 ADD
0
3
2:4译码器
DREout R1in IRin DRin DREin Write R0in R2in Xin ARin PCin Read
P1 P2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P1 P1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
(X)+(R1)Z
(R0)DR
(Z)R0 (DR)Mem[AR]
JMP
(IRA)PC
第六章 6.12 微指令格式
7 垂直型微指令实例
节拍
LOAD指令
#
LOAD指令微程序容量：
T1
(PC)AR, (PC)X
C1
C2
直接表示法 + 下址字段 T2 (X)+1Z Read Mem C3
28位*8=224位 编码表示法 + μPC
C5
T3 (Z)PC, Mem[AR]DR C6
T4
(DR)IR
C7
19位*8=152位 垂直微指令
C8
T5
(IRA)AR, (PC)X
C9
C10
T6
Read Mem
C11
8位*14=112位
T7
Mem[AR]DR
C12
操作控制字段
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
第六章 6.12 微指令格式
4 微指令地址形成方法
+1 Zout, PCin DRout, IRin
P1 IRout,ARin PCout, Xin DREin,Read DREin,Read DRout, R0in
第六章 6.12 微指令格式
8 水平型与垂直型微指令 水平型微指令 并行操作能力强，效率高，灵活性强， 微指令字较长，微程序短，控存容量大，性能佳 垂直型微指令 字长短，微程序长，控存容量小，性能差 垂直型与指令相似，易于掌握 基本被淘汰
微地址
下址字段
0000
000000 100000 101000000000000 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
第六章 6.12 微指令格式
6 垂直型微指令
数据通路分类
寄存器传输 MOV reg1,reg2 MOV AR，PC
运算类型 ALU_OP reg
INC、ADD R1
访存类型 顺序控制
Mem Branch
LOAD、STORE Branch P1
如采用扩展操作码，需8位字长
MOV 源寄存器(3) 目的寄存器(3)
INC
无操作数
ADD 源寄存器编号（3位）
Mem
Read/Write
Branch
判断条件
节拍
第六章 6.12 微指令格式
谢谢!
操作控制字段
顺序控制字段
简单直观，便于输出控制，微指令长度太长，控存容量大，如何压缩微指令长度？
改直接表示为编码表示 （压缩互斥性微指令）
去掉下址字段，采用 μPC = μPC +1 的方式生成微指令地址
改水平型微指令为垂直型微指令 （牺牲并行性）
第六章 6.12 微指令格式
3 微指令格式（编码表示法） 如果互斥的输出控制信号8个，编码后长度多少？
计算机组成原理
第六章 中央处理器 6.12 微指令格式
第六章 6.12 微指令格式
1 微指令设计原则 有利于缩短微指令字长度 有利于减少控制存储器容量 有利于提高微程序执行速度 有利于对微指令进行修改 有利于提高微程序设计的灵活性
第六章 6.12 微指令格式
2 微指令格式（直接表示法）
微操作控制字段
微指令字
操作控制信号
第六章 6.12 微指令格式
5 水平型微指令编码效率
R1out IRout DRout DREout R1in IRin DRin DREin Write +1
SUB P2
R0out R2out Zout PCout R0in R2in
Xin
ARin PCin Read ADD P1
取指令
LOAD
MOVE
T1
(PC)AR, (PC)X (IRA)AR, (PC)X (IRA) R[0]
T2 (X)+1Z Read Mem
Read Mem
T3 (Z)PC, Mem[AR]DR Mem[AR]DR
T4
(DR)IR
(DR)R0
ADD
STORE
(R0)X
(R2)AR
下地址字段法
微指令长，控存容量大
计数器法 μPC
微指令短，需要加法器
MUX MUX
地址转移逻辑
1
时钟脉冲 CLK
微地址
μAR
微地址寄存器
控制 存储器
微指令
下址字段 判别字段
微操作控制字段
操作控制信号
微指令字
地址转移逻辑
1
时钟脉冲 CLK 微地址
μPC
微地址寄存器
+1
控制 存储器
微指令
判别字段
T8
(DR)R0
C13
容量小，速度慢，指令执行需译码电路
C14
LOAD
MOV AR,PC MOV X,PC
LOAD LOAD
INC MOV PC,Z MOV IR,DR Branch P1 MOV AR,IR MOV X，PC
LOAD LOAD MOV R0，DR Branch
信号
PCout, ARin PCout, Xin DREin,Read DREin,Read
R1out IRout DRout DREout R1in IRin DRin DREin Write +1
SUB P2
R0out R2out Zout PCout R0in R2in
Xin
ARin PCin Read ADD P1
下址字段
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 P1 P2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
R1out IRout DRout R0out R2out Zout PCout
0
3源自文库8译码器
7
+1 SUB 无信号 ADD
0
3
2:4译码器
DREout R1in IRin DRin DREin Write R0in R2in Xin ARin PCin Read
P1 P2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 P1 P1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
(X)+(R1)Z
(R0)DR
(Z)R0 (DR)Mem[AR]
JMP
(IRA)PC
第六章 6.12 微指令格式
7 垂直型微指令实例
节拍
LOAD指令
#
LOAD指令微程序容量：
T1
(PC)AR, (PC)X
C1
C2
直接表示法 + 下址字段 T2 (X)+1Z Read Mem C3