- 中文名
- 微程序控制器
- 外文名
- Microprogram controller
- 基本思想
- 按照通常的解题程序的方法
- 优 点
- 规整性、灵活性、可维护性
- 设计技术
- 利用软件方法来设计硬件
- 定 义
- 采用微程序控制方式的控制器
采用微程序控制方式的控制器称为微程序控制器。所谓微程序控制方式是指微命令不是由组合逻辑电路产生的，而是由微指令译码产生。一条机器指令往往分成几步执行，将每一步操作所需的若干位命令以代码形式编写在一条微指令中，若干条微指令组成一段微程序，对应一条机器指令。在设计CPU时，根据指令系统的需要，事先编制好各段微程序 ，且将它们存入一个专用存储器（称为控制存储器）中。微程序控制器由指令寄存器IR、程序计数器PC、程序状态字寄存器PSW、时序系统、控制存储器CM、微指令寄存器以及微地址形成电路、微地址寄存器等部件组成。执行指令时，从控制存储器中找到相应的微程序段，逐次取出微指令，送入微指令寄存器，译码后产生所需微命令，控制各步操作完成。
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。它构成控制信号的最小单元 [1]。
微操作：执行部件接受微命令后所进行的操作。它是由微命令实现的最基本操作 [1]。
控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。
控制部件与执行部件通过控制线和反馈信息进行联系。
在串行方式的微程序控制器中:微指令周期 = 读出微指令的时间 + 执行该条微指令的时间
一个CPU周期为0.8μs，它包含四个等间隔的节拍脉冲T1—T4，每个脉冲宽度为200ns。用T4作为读取微指令的时间，用T1+T2+T3时间作为执行微指令的时间。例如，在前600ns时间内运算器进行运算，在600ns时间的末尾运算器已经运算完毕，可用T4上升沿将运算结果打入某个寄存器。与此同时可用T4间隔读取下条微指令，经200ns时间延迟，下条微指令又从只读存储器读出，并用T1上升沿打入到微指令寄存器。如忽略触发器的翻转延迟，那么下条微指令的微命令信号就从T1上升沿起就开始有效，直到下一条微指令读出后打入微指令寄存器为止。因此一条微指令的保持时间恰好是0.8μs，也就是一个CPU周期的时间。 [2]
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。若指令系统中有多少条机器指令，就有多少微程序。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。 [3]
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。 [3]
微程序控制的基本思想，就是仿照通常的解题程序的方法，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里．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操作控制信号，使相应部件执行所规定的操作 。
微程序控制的基本原理是：
（1）将机器指令分解为基本的微命令序列，在制造CPU时固化在控制存储器CM中，执行一条机器指令时，CPU依次从CM中取出微指令产生微命令。
（1）根据计算机给出的第一条微指令的地址，从控制存储器中取出第一条微指令。
（2）微指令由操作控制部分和顺序控制部分组成。操作控制部分产生微操作控制信号，控制执行部分完成规定的操作。顺序控制部分中的直接顺序控制部分放入微地址寄存器，顺序控制部分的P字段和执行部件反馈的状态条件信息决定修改微地址寄存器中的值。
（3）按地址寄存器中的值从控制存储器中取出下一条微指令，继续第二步，如此循环，直到全部指令执行完毕。
微程序控制器的设计步骤如下：
（1）根据CPU的结构图描述出每条指令的微操作流程图并综合成总的流程图；
（2）用混合控制法对微命令进行编码；
（3）选择合适的控制和时序；
（5）画出微程序控制器组成框图。 [4]
