1、基本組成結構中國地 大學計 機學院主要內容CPU的功能和組成控制器控制原理指令周期（）時序產生器和控制方式微程序控制器（）微程序設計技術硬布線控制器流水線處理器CPU的組成和功能CPU的功能CPU的組成CPU中的主要寄存器操作控制器時序產生器CPU的功能取出指令并執行指令的部件CPU指令控制：指令執行的順序控制;程序是一個指令序列，這些指令的相互順序不能任意顛倒，必須嚴格按程序規定的順序進行。（首要任務）操作控制: 產生信號;解釋指令的操作碼，通過若干操作信號組合控制來實現指令功能。時間控制: 控制操作信號的發生時間;完成一條指令的若干操作信號定時，有序執行。數據加工:ALU. 算術/邏輯運算

2、；（根本任務）異常處理：接收、控制、管理信號資源及異常情況。CPU的組成運算器算術運算/邏輯運算累加器、狀態條件寄存器、緩存寄存器、移、鎖存器、求補器等。控制器從內存取出一條指令,并下條指令的地址對指令進行譯碼,產生相應的控制信號指揮并控制CPU,內存和I/O設備之間的數據傳送程序計數器、指令寄存器、指令譯、時序產生器、操作控制器、地址寄存器等。CPU65432計算機組成原理第五章處理器CPUCPU中的主要寄存器PC(Program Counter)程序計數器AR Address Re ister地址寄存器DR(Data Register)數據緩沖寄存器IR(Instruction Regis

3、ter)指令寄存器AC(Accumulate Count)累加寄存器PSW (Program Sus Word)程序狀態字PC為了保證程序能夠連續地執行下去，CPU如何確定下一條指令的地址？程序計數器，又稱指令計數器。在程序開始執行前，首先將起始地址，即程序的第一條指令所在的內存單元地址送入 PC，因此PC的內容即是從內存提取的第一條指令的地址。當執行指令時，CPU將自動修改PC的內容，以便使其保持的總是將要執行的下一條指令的地址。由于多數指令都是按順序來執行的，修改的過程通常只是簡單的對PC加1。當遇到轉移指令如JMP指令時，那么后繼指令的地址（即 PC的內容)必須從指令的地址段取得。在這種

4、情況下，下一條從內存取出的指令將由轉移指令來規定，而不是像通常一樣按順序來取得。因此程序計數器的結構應當是具有寄存信息和計數兩種功能的結構。AR地址寄存器用來保存當前CPU所 的內存單元的地址。使用地址寄存器來保持地址信息，直到內存的讀/寫操作完成為止。當CPU和內存進行信息交換，即CPU向內存存/取數據時，或者CPU從內存中讀出指令時，都要使用地址寄存器和數據緩沖寄存器。地址寄存器的結構和數據緩沖寄存器、指令寄存器一樣，通常使用單純的寄存器結構。信息的存入一般采用電位-脈沖方式，即電位輸入端對應數據信息位，脈沖輸入端對應控制信號，在控制信號作用下，瞬時地將信息打入寄存器。DR數據緩沖寄存器用

5、來暫時存放由內器讀出的一條指令或一個數據字；反之，當向內存存入一條指令或一個數據字時，也暫時將它們存放在數據緩沖寄存器中。緩沖寄存器的作用是：(1)作為CPU和內存、外部設備之間信息傳送的中轉站； (2)補償CPU和內存、 設備之間在操作速度上差別； (3)在單累加器結構的運算器中，數據緩沖寄存器還可兼作為操作數寄存器。IR指令寄存器IR 用來保存當前正在執行的一條指令。當執行一條指令時，先把它從內存取到DR中，然后再傳送至IR。指令劃分為操作碼和地址碼字段， 二組成。為了執行任何給定的指令，必須對操作碼進試，以便識別所要求的操作。 指令譯 就是做這項工作的。指令寄存器中操作碼字段的輸出就是指

6、令譯 的輸入。操作碼一經譯碼后，即可向操作控制器發出具體操作的特定信號。AC累加寄存器AC通常簡稱為累加器，它是一個通用寄存器。其功能是：當運算器的算術邏輯單元ALU)執行算術或邏輯運算時，為ALU提供一個工作區。累加寄存器暫時存放ALU運算的結果信息。顯然，運算器中至少要有一個累加寄存器。目前CPU中的累加寄存器，多達16個，32個，甚至。當使用多個累加器時，就變成通用寄存器堆結構，其中任何一個可存放源操作數，也可存放結果操作數。在這種情況下，需要在指令格式中對寄存器號加以編址。121110987PSW狀態條件寄存器保存由算術指令和邏輯指令運行或建立的各種條件碼內容， 運進位標志(C)，運算

7、結果溢出標志（V)，運算結果為零標 志(Z)，運算結果為負標志(N)等等。這些標志位通常分別由 1位觸發器保存。除此之外，狀態條件寄存器還保存中斷和系統工作狀態等信息，以便使CPU和系統 了解機器運行狀態和程序運行狀態。因此，狀態條件寄存器是一個由各種狀態條件標志拼湊而成的寄存器。控制器基本組成PC (Program Counter)程序計數器IR Instruction Re ister指令寄存器ID (Instruction Decoder)指令譯OC (Operate Controller)操作控制器TG (Timer Generator)時序發生器操作控制器數據通路 是許多寄存器之間傳

8、送信息的通路。操作控制器的功能：根據指令操作碼和地址碼,產生各種控制信號序列,建立正確的數據通路,從而完成取指令和執行指令的控制。根據設計方法不同，操作控制器可分為時序邏輯型、 邏輯型、時序邏輯與 邏輯結合型三種。硬布線控制器 (時序邏輯型 硬件實現)微程序控制器 ( 程序型) ( 實現)時序產生器產生各種時序信號(電位,脈沖)；對實施時間上的控制。CPU的主要參數1、字長2、時鐘頻率：主頻和外頻， 主頻外頻倍頻3、片內Cache容量和速率4、工作電壓：早期CPU工作電壓為5V，PIIICPU的電壓為1.7V，P4的電壓LA IR A -AR MM-DR執行指令過程ADD R0，（81）DR-

9、LB開始PCAR RDMMDRPC1DRIRLADADDSTAJOIR(A)ARR0LAR1AR溢出 N YRDR0DRIR(A)PCM2MMDRIR(A)ARWRDRR0RDMMDRM3DRLBADDM4ALUR0雙總線結構機器的數據通路(例子)A總線RWXi+IRi PRiDRi R0iR3iXAIR PC ARMDR R0 R1 R2 R3YLGiU-IRo PCo ARoDRo R0oR3oB總線執行指令ADD R0,R2A總線RWXi+Ri PRiDRi R0iR3iXAIR PC ARMDR R0 R1 R2 R3YLGiU-IRo PCo ARoDRo R0oR3oB總線“ADD

10、 R2，R0”指令的指令周期框圖CPU周期Y周期T1PCo,G,ARi周期T2RW=R周期T3DRIRDRo,G,IRi周期T4譯碼測試執行R2o,G,YiR0o,G,Xi, ,iR0+R2R0R0XR2YMDRPCAR5453YM1525150主要內容CPU的功能和組成控制器控制原理指令周期（）時序產生器和控制方式微程序控制器（）微程序設計技術硬布線控制器流水線處理器時序產生器和控制方式時序信號來自CPU時序信號產生器。機器一旦被啟動，即CPU開始取指令并執行指令時，操作控制器就利用定時脈沖的順序和不同的脈沖間隔，有條理、有節奏地指揮機器的動作，規定在這個脈沖到來時做什么，在那個脈沖到來時又

11、做什么。問題：用二進制碼表示的指令和數據都放在內存里，CPU是怎樣識別出它們是數據還是指令呢?從時間上來說，取指令是在指令周期的第一個CPU周期，即“取指令”階段；而取數據是在指令周期的后面幾個CPU周期中，即“執行指令”階段。從空間上來說，如果取出的代碼是指令，則送指令寄存器，如果取出的代碼是數據，則送運算器。時序產生器和控制方式計算機采用多級時序機制：硬布線控制器，時序信號往往采用主狀態周期-節拍電位-節拍脈沖三級機制。微程序控制器，時序信號比較簡單，一般采用節拍電位-節拍脈沖二級體制。節拍電位表示一個 CPU周期的時間，而節拍脈沖把一個CPU周期劃分成幾個較小的時間間隔。時序發生器（邏輯

12、電路不作要求）MREQ IORQ T1T2T3 T4 RD WE啟動停機MREQRDIORQWE時鐘源環形脈沖發生器與讀寫時序00000000MREQ IORQTT 1RDT 2T 3WE&RDWEMREQ IORQQ D5V CLRS電路說明4個觸發器輸入輸出串聯循環移位電路D觸發器R/S端分別為Reset和SetC1 C2 C3 時鐘信號為上跳沿C4 時鐘信號為下跳沿Q D&C 1 QQ C 2 QQ C 3 Q R DD3C Q1脈沖時鐘源26059脈沖發生器T01T02T 03T 04RD0WE0節拍脈沖和讀/寫時序產生邏輯啟停控制邏輯58575655Q D5V CLRST 0 C C

13、112T 0 C C223T 0 C33T 0 C41RD0 C RD2WE0 C WE3啟停控制邏輯T1T2T3T4RDWE&000000T1T2T3T4RDWEQQCrDR0T4CLR啟動停機V2.0控制方式每條指令和每個操作控制信號所需的時間各不相同，形成控制不同操作序列的時序信號的方法，稱為控制器的控制方式。常用的有同步控制、異步控制、聯合控制三種方式。其實質則反映了時序信號的定時方式。1.同步控制方式在任何情況下，已定的指令在執行時所需的機器周期數和時鐘周期數都固定不變。根據不同情況，同步控制方式可選取如下方案：采用完全的機器周期執行各種不同的指令。采用不定長機器周期。控。控制方式V

14、2.02.異步控制方式特點：每條指令、每個操作控制信號需要多少時間就占用多少時間。這意味著每條指令的指令周期可由多少不等的機器周期數組成；也可以是當控制器發出某一操作控制信號后，等待執行部件完成操作后發“回答”信號，再開始新的操作。顯然，用這種方式形成的操作控制序列沒有固定的CPU周期數(節拍電位)或嚴格的時鐘周期(節拍脈沖)與之同步。3.聯合控制方式同步控制和異步控制相結合的方式。1）大部分操作序列安排在固定的機器周期中，對某些時間難以確定的操作則以執行部件的“回答”信號作為本次操作的結束；2） 機器周期的節拍脈沖數固定，但是各條指令周期的機器周期數不固定。時序圖CPU周期CPU周期節拍脈沖

15、狀態周期電位取指執行節拍電位T1 T2 T34LDIR LDAR RD M LDDR PC+1Q D6665&6463C4C1C2C3CLR 上跳沿1000下跳沿0000上跳沿0100上跳沿0110上跳沿下跳沿上跳沿011110110110C 1 QQ C 3 Q RDC Q3Q C 2 Q D1脈沖時鐘源26261CPU周期CPU周期節拍脈沖狀態周期電位取指節拍電位T1 T2 T34LDAR RD M LDDRLDIRLDIRPC+1LDAR RD M LDDR PC+1CPU周期CPU周期節拍脈沖狀態周期電位取指節拍電位T1 T2 T34LDARLDAR=lDAR*T1 RD=RD*T2L

16、DIRLDAR RD M LDDR PC+1CPU周期CPU周期節拍脈沖狀態周期電位取指LDAR RD M LDDRLDIR PC+1LDAR RDLDDR LDIRLDIRLDAR RD M LDDR PC+1主要內容CPU的功能和組成控制器控制原理指令周期（）時序產生器和控制方式微程序控制器（）微程序設計技術硬布線控制器流水線處理器微程序控制器發展微程序的概念和原理是由英國 大學的VWilkes教授于1951年在曼徹斯特大學計算機會議上首先提出來的，當時還沒有合適的存放微程序的控制器的元件。到1964年，IBM公司在IBM 360系列機上成功地采用了微程序設計技術。20世紀70年代以來，由

17、于VLSI技術的發展，推動了微程序設計技術的發展和應用。目前，從大型機到小型機、微型機都普遍采用了微程序設計技術。微程序控制器基本 ：仿照解題的方法，把操作控制信號編制成微指令，存放到控制 器里，運行時，從控存中取出微指令，產生指令運行所需的操作控制信號。采用微程序控制方式的控制器稱為微程序控制器。微程序設計技術是用 方法來設計硬件的技術。6867727170微程序控制器 -微命令和微操作控制部件與執行部件二者通過控制線，反饋線聯系。微命令控制部件通過控制線向執行部件發出的各種控制命令。微命令是控制計算機各部件完成某個基本微操作令。例如：打開或關閉某個控制門的電位信號、某個寄存器的打入脈沖等。

18、微操作執行部件接受微命令后進行的操作。微命令是微操作的控制信號，微操作是微命令的操作過程。微程序控制器 -微命令和微操作打開或者關閉控制門的控制信號為微命令微命令是控制信號最小，最基本的微命令帶來的執行部件的動作稱為微操作由于數據通路的結構關系，微操作可分為相容的和互斥的兩種：互斥性微命令互斥性的微操作，是指不能在同時或不能在同一個CPU周期內并行執行的微操作。相容性微命令相容性的微操作，是指在同時或同一個CPU周期內可以并行執行的微操作。微程序控制器 -微命令和微操作Cy左路開關選擇468R11圖5.21 簡單運算器數據通路圖微程序控制器 -微命令和微操作一條指令的處理包含許多微操作序列這些

19、操作可以歸結為信息傳遞、運算將這些操作所需要的控制信號以多條微指令表示執行一條微指令就給出一組微操作控制信號執行一條指令也就是執行一段由多條微指令組成的微程序微指令和微程序在機器的一個CPU周期中，一組實現一定操作功能的微命令的組合，一條微指令Microinstruction 。一條微指令通常至少包含兩大部分信息：操作控制字段，又稱微操作碼字段，用以產生某一步操作所需的各個微操作控制信號。某位為1，表明發微指令微指令發出的控制信號都是節拍電位信號，持續時間為一個CPU周期微命令信號還要引入時間控制順序控制字段，又稱微地址碼字段，用以控制產生下一條要執行的微指令地址。圖5.22表示一個具體的微指

20、令結構，微指令字長為23位，它由操作控制和順序控制兩大部分組成 。LDR2 R1X R2X DRX+-LDDR LDARP1 P2LDR1 LDR3 R1Y R2Y R3Y MRD LDIR PC+1直接地址.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23操作控制順序控制7877+- M操作數X操作數YDR579R2R323ALU76757473微命令1： LDR110： +2： LDR2 11： -3： LDR3 12： M4： R1X 13： RD5： R1Y 14： LDDR6： R2X 15： LDIR7： R2Y

21、 16： LDAR8： DRX 17： PC+19： R3Y微指令和微程序將指令系統功能實現所需的控制信號以微指令為單位。微指令中的每一位對應一根控制信號線每條指令對應一段微程序微程序由若干條微指令機器執行指令時逐條取出微指令執行，使得相應部件執行規定的操作，執行完微程序，也就給出了該指令所需要的全部控制信號，從而完成一條指令的執行。微指令格式操作控制字段操作控制字段直接給出多種微操作的控制信號順序控制字段用于控制微程序的執行順序包括判斷邏輯字段和直接地址字段直接地址字段存放下一條微指令的地址判斷邏輯非零，則按約定好的規則，根據狀態修正直接地址字段，從而得到下一條微指令的地址微指令周期微指令周

22、期微指令周期T1T2T3T4T1T2T3T4微取指令微取指令微程序控制器原理框圖指令寄存器狀態條件IRAR微命令信號I微命令寄存器微程序控制器原理框圖控制器(CM)。這是微程序控制狀態條件器的部件，用來存放微程序。其性能(包括容量、速度、可靠性等)與計算機的性能密切相關。AR微命令信號用來存放由控制器寄存器CM中微指令作準備。微命令寄存器則保存一條微指令的操作控制字段和判別測試字段的信息。指令信息。地址寄存器(MAR)接受微地址形成部件送來的微地址，為下一步從OPOP執行微指令執行微指令IRP字段控制字段RP字段控制字段微地址寄存器地址譯碼控制器微指令寄存器讀出的一條微微地址寄存器地址譯碼控制

23、器地址轉移邏輯地址轉移邏輯8483控制字段測試字段下址字段82818079取指令微程序/執行指令微程序取指令:取指令的微指令(簡稱取指微指令)地址送AR，并自動啟動控制器進行讀操作，將讀出的微指令送IR，執行微指令,指令到IR。執行指令：根據IR中指令的功能，產生該指令微程序 地址，微程序 地址送入AR，讀CS，讀出的微指令送IR、(下址字段送AR)，控制字段的微命令控制完成一組微操作。同時由微地址產生邏輯或微指令下址字段形成下條微指令地址，按取微指令，執行微指令過程重復執行完微程序實現指令的功能。執行指令微程序采用微程序控制的計算機的工作過程是執行微指令序列的過程。微指令控制了取指令操作，多

24、條微指令實現了指令的功能。而微指令中的微命令使執行部件完成微操作，計算機的工作過程是執行程序的過程，微，是執行指令的過程，再微觀一點看，是執行部件進行微操作的過程。微程序存放示意圖控制器CS0000X取指微指令00010010加法微程序0011主0100取數微程序0101存數微程序01100111轉移微程序1000地址微程序舉例000 000 000 000 11111 10 0000010 100 100 100 00000 00 1001010 001 001 100 00000 01 0000010 001 001 001 00000 00 0000第一條微指令LDDR LDARP1直接

25、地址RD LDIR PC+10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 04 15 16 17 18 19 20 21 22 23PCARABUSDBUSDRIRPC+1LDAR RD LDDR LDIR PC+1第二條微指令LDR2 R1X+直接地址R2Y0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1218 19 20 21 22 23R1X R2Y X+Y X+YR2R1X R2Y+LDR2908960LAD R0，(80)61ADD R0，(81)62JO

26、7563STA (R1) ，R064HALT0010001100000000011000000000操作控制字段下址字段88878685第三條微指令LDR2R2X+P21 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1218 19 20 21 22 23R2X R3YX+YX+YR2R2X R3Y+LDR2第四條微指令LDR2R2X-P1 P2R3Y直接地址0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 00 0 0 0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1218 19 20 21 22 23R2X R3YX-YX-YR2R2X R3Y-LDR2CPU周期與微指

27、令周期的關系在串行方式的微程序控制器中：微指令周期 = 讀出微指令的時間 + 執行該條微指令的時間為了保證整個機器控制信號的同步，可以將一個微指令周期時間設計得恰好和CPU周期時間相等.下圖示出了某小型機中CPU周期與微指令周期的時間關系：機器指令與微指令的關系機器指令和取微指令之間到底是什么關系?一條機器指令對應一個微程序,這個微程序是由若干條微指令序列組成的。因此，一條機器指令的功能是由若干條微指令組成的序列來實現的。簡言之，一條機器指令所完成的操作劃分成若干條微指令來完成，由微指令進行解釋和執行.從指令與微指令，程序與微程序，地址與微地址的一一對應關系來看，前者與內 器有關，后者與控制

28、器有關。一 CPU周期就對應一條微指令。圖5.27機器指令與微指令的關系096959493R3Y直接地址10 0 01001 10 00 000 0100009291【例2】設某計算機運算器框圖如圖28(a)所示，其中ALU為16位的加法器(工作)，SA,SB為16位暫存器。4個通用寄存器由D觸發器組成，Q端輸出，其讀、寫控制功能見下表。機器采用串行微程序控制方式，其微指令周期見圖28(b)。其中讀ROM是從控存中讀出一條微指令時間，為1s；ALU工作是加法器做加法運算，為500ns；m1是讀寄存器時間，為 500ns；m2是寫寄存器的工作脈沖寬度，為100ns。LDSALDSB圖 .微指令字

29、長12位，微指令格式如下：0 1 2 3 4 5 67 8910 11F1F2 R W F3 F4 F5 F6 F7 F8F1：讀R0-R3的選擇控制 F2：寫R0-R3的選擇控制 F3：打入SA的控制信號F4：打入SB的控制信號 F5：打開非反相三態門的控制信號L DALU F6：打開反相三態門的控制信號L DALU并使加法器低位加1 F7：清暫存器SB為零的Reset信號 F8：一段微程序結束，轉入取機器指令的控制信號 R：寄存器讀命令W：寄存器寫命令要求：用二進制代碼寫出如下指令的微程序：(1) “ADD R0，R1”指令，即(R0)+(R1)R1(2)“SUB R2，R3”指令，即(R

30、3)-(R2)R3(3) “MOV R2，R3”指令，即(R2)(R3)【解】先畫出三條指令的微指令的微程序流程圖，如下圖所示。其中未考慮“取指周期”和順序控制問題，也即微程序僅考慮“執行周期”，微指令序列的順序用數字標號標在每條微指令的右上角。每一框表示一條微指令。ADD 00*1010000001*10010000*0101001001SUB11*1010000010*10010000*1101000101MOV 10*10100000*1101001011根據給定的微指令周期時間關系，完成ADD，SUB指令的執行動作需要3條微指令，MOV指令只需2條微指令。用二進制代碼寫出的三條指令的微

31、程序列于下表中，其中*表示代碼隨意設置(0或1均可)。0 12 3 4 567891011主要內容CPU的功能和組成控制器控制原理指令周期（）時序產生器和控制方式微程序控制器（）微程序設計技術硬布線控制器流水線處理器指令微程序代碼ADD1. 00*101000002. 01*100100003. *0101001001SUB4. 11*101000005. 10*100100006. *1101000101MOV7. 10*101000008. *110100101110210110099讀控制寫控制RRA0RA1選擇WWA0WA1選擇100R0100R0101R1101R1110R2110R

32、2111R3111R30*不讀出*不寫入9897微程序設計技術設計微指令結構應當追求的目標是：1）有利于縮短微指令字長度；2）有利于減小控制器的容量；3）有利于提高微程序的執行速度；4）有利于對微指令的修改；5）有利于微程序設計的靈活性。微命令編碼直接表示法操作控制字段中的各位分別可以直接控制計算機，不需要進行譯碼。編碼表示法將操作控制字段分為若干個小段，每段內采用最短編碼法，段與段之間采用直接控。混合表示法將前兩種結合在一起，兼顧兩者特點。直接表示方法特點：微指令中每一位代表一個微命令優點：簡單直觀，便于輸出控制，缺點：字長太長，控制器容量大LDR2 R1X R2X DRX+-LDDR LD

33、ARP1 P2LDR1 LDR3 R3Y R2Y R1Y MRD LDIR PC+1直接地址.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23操作控制順序控制編碼表示方法字段直接譯碼法字長短，控制器容量小，增加了譯碼電路微命令P1 P2 Pn直接地址譯碼.譯碼.譯碼.4 15 16 17 18 19 20 21 22 23操作控制順序控制混合表示法混合表示法：把直接表示法與字段編碼法相混合使用，以便能綜合考慮微指令字長、靈活性和執行微程序速度等方面的要求。編碼表示法特點：可以避免互斥，使指令字大大縮短，但增加了譯碼電路，使微

34、程序的執行速度減慢微程序設計技術編碼注意幾點：字段編碼法中操作控制字段并非是任意的，必須要遵循如下的原則：把互斥性的微命令分在同一段內，兼容性的微命令分在不同段內。這樣不僅有助于提高信息的利用率，縮短微指令字長，而且有助于充分利用硬件所具有的并行性，加快執行的速度。應與數據通路結構相適應。每個小段中包含的信息位不能太多，否則將增加譯碼線路的復雜性和譯碼時間。一般每個小段還要留出一個狀態，表示本字段不發出任何微命令。因此當某字段的長度為三位時，最多只能表示七個互斥的微命令，通常用000表示不操作。108107106105104103例子4、5：6、7：8、9：順序控制00 無操作00 無操作00

35、 無操作01 R1X01 R3Y01 10 R2 X10 R2 Y10 11 DR X11Y11 M混和表示法：1 2 3位為直接表示法478 9位為編碼表示法微地址形成方法（了解）微指令執行的順序控制問題，實際上是如何確定下一條微指令的地址問題產生后繼微 地址有兩種方法：1 計數器法 PC計數器方式：在順序執行微指令時，后繼地址由現行微地址加上一個增量來產生；在非順序執行微指令時，必須通過轉移方式，使現行微指令執行后，轉去執行指定后繼微地址的下一條微指令。在這種方法中，微地址寄存器通常改為計數器。為此，順序執行的微指令序列就必須安排在控制 器的連續單元中。計數器方式的基本特點：微指令的順序控

36、制字段較短，微地址產生機構簡單。但是多路并行轉移功能較弱，速度較慢，靈活性較差。微地址形成方法2 多路轉移方式一條微指令具有多個轉移分支的能力稱為多路轉移。例如，“取指”微指令根據操作碼 OP產生多路微程序分支而方式中，當微程序由微指令的順序控制時，有若干“后選制字段的“判別測試選擇其中一個微地址多路轉移控制字段配合，實現度較快，但轉移地微指令格式水平型微指令：一次能定義并執行多個并行操作微命令的微指令優點：微指令字較長，速度越快。微指令中的微操作有高度的并行性。微指令譯碼簡單。控制器的縱向容量小，靈活性強。缺點：微指令字比較長，明顯地增加了控制 器的橫向容量。水平微指令與機器指令差別很大，一

37、般要熟悉機器結構、數據通路、時序系統以及指令執行過程的 能進行微程序設計，這對用戶來說是很困難的。垂直型微指令：微指令中設置微操作碼字段，采用微操作碼編譯法，由微操作碼規定微指令的功能。微指令字短，一般為1020位左右。微指令的并行微操作能力有限，一條微指令包含一個微操作命令。微指令譯碼比較復雜。全部微命令用一個微操作控制字段進行編碼，微指令執行時需行完全譯碼。設計用戶只需注意微指令的功能，而對微命令及其選擇、數據通路的結構則不用過多地考慮，因此，便于用戶編制微程序。而且，編制的微程序規整、直觀，便于實現設計的自動化。垂直微指令字較短，使控制 器的橫向容量少。用垂直微指令編制微程序要使用較多的

38、微指令，微程序較長；要求控制 器的縱向容量大。垂直微指令產生微命令要經過譯碼，微程序執行速度慢。不能充分利用數據通路具有多種并行操作能力寄存器數據傳送型運算控制型主存型條件轉移型水平型與垂直型微指令比較1）水平型微指令并行操作能力強，效率高，靈活性強，垂直型微指令則較差。2）水平型微指令執行一條指令的時間短，垂直型微指令執行時間長。3）由水平型微指令指令的微程序，具有微指令字比較長，但微程序短的特點.垂直型微指令則相反，微指令字比較短而微程序長。4）水平型不便于用戶掌握，垂直型與指令相似，易于掌握。水平型微指令與機器指令差別很大，一般需要對機器的結構、數據通路、時序系統以及微命令很精通才能設計

39、。址控制字段000原寄存器目的寄存器其他001左輸入源編址右輸入源編址ALU010寄存器編址器編址 讀寫/其他測試條件011114113判別測試字段下地址字段112111123456789110109微程序控制器特點設計規整，設計效率高易于修改、擴展指令系統功能；結構規整、簡潔，可靠性高；速度慢訪存頻繁執行效率不高用于速度要求不高、功能較復雜的機器中。特別適用于系列機主要內容CPU的功能和組成控制器控制原理指令周期（）時序產生器和控制方式微程序控制器（）微程序設計技術硬布線控制器流水線處理器硬布線控制器（了解）將控制器看成產生固定時序控制信號的邏輯電路,這種邏輯電路是一種由門電路和觸發器的復雜

40、樹形網絡，稱為硬布線控制器輸入信號：指令系統，時序信號，反饋信號輸出信號：計算機所需要的所有的控制信號設計目標：用最少的元件，取得最高速度。理論基礎：代數。組成器件：門電路，觸發器硬布線控制器(組合邏輯控制器)C1Cn 微操作控制信號B1結果反饋信息 B邏輯網絡的輸入信號j來源有三個 ：I1組合邏輯線路1）來自指令操作碼指令譯的輸出 Im；譯碼2）來自執行部件的器反饋信息Bj；Im3）來自時序產生器M1Mi T1Tk 的時序信號，包括節IR拍電位信號 M和節拍啟動/停止脈沖信號T.時鐘/復位硬布線控制器基本原理某一微操作控制信號 C是指令操作碼譯 輸出Im、時序信號（節拍電位Mi，節拍脈沖Tk）和狀態條件信號Bj的函數，即，