微程序設(shè)計(jì)是用規(guī)整的存儲(chǔ)邏輯代替不規(guī)則的硬接線邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制器功能的技術(shù)。每一條指令啟動(dòng)一串微指令，這串微指令稱為微程序。微程序存放在控制存儲(chǔ)器中，修改控制存儲(chǔ)器內(nèi)容可以改變計(jì)算機(jī)的指令。

中文名

微程序設(shè)計(jì)

外文名

microprogram

定????義

由若干條微指令組成的序列執(zhí)行方法

串行和并行兩種方式

系????統(tǒng)

計(jì)算機(jī)

存????放

控制存儲(chǔ)器中

微程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

編輯

語(yǔ)音

微程序是由若干條微指令組成的序列。在計(jì)算機(jī)中，一條機(jī)器指令的功能可由若干條微指令組成的序列來(lái)解釋和執(zhí)行，因此機(jī)器執(zhí)行一條指令的過(guò)程，也就是執(zhí)行一個(gè)相應(yīng)的微程序的過(guò)程。

在計(jì)算機(jī)等數(shù)字系統(tǒng)中，控制器的典型功能是按時(shí)間節(jié)拍發(fā)出一定數(shù)量的控制信號(hào)，使系統(tǒng)完成若干基本操作，經(jīng)過(guò)若干節(jié)拍后即完成一種相對(duì)完整的功能，如一條機(jī)器指令的功能。在一般的控制器中這些控制都是由硬接線邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在微程序控制器中這些基本操作是由存在于控制存儲(chǔ)器中的微程序段控制完成的，每個(gè)基本操作稱為微操作。微程序段由若干條微指令組成。

微程序設(shè)計(jì)微程序設(shè)計(jì)方法

編輯

語(yǔ)音

在實(shí)際進(jìn)行微程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮盡量縮短微指令字長(zhǎng)，減少微程序長(zhǎng)度，提高微程序的執(zhí)行速度。這幾項(xiàng)指標(biāo)是互相制約的，應(yīng)當(dāng)全面地進(jìn)行分析和權(quán)衡。

(1)水平型微指令及水平型微程序設(shè)計(jì)

水平型微指令是指一次能定義并能并行執(zhí)行多個(gè)微命令的微指令。它的并行操作能力強(qiáng)，效率高，靈活性強(qiáng)，執(zhí)行一條機(jī)器指令所需微指令的數(shù)目少，執(zhí)行時(shí)間短；但微指令字較長(zhǎng)，增加了控存的橫向容量，同時(shí)微指令和機(jī)器指令的差別很大，設(shè)計(jì)者只有熟悉了數(shù)據(jù)通路，才有可能編制出理想的微程序，一般用戶不易掌握。由于水平型微程序設(shè)計(jì)是面對(duì)微處理器內(nèi)部邏輯控制的描述，所以把這種微程序設(shè)計(jì)方法稱為硬方法。

(2)垂直型微指令及垂直型微程序設(shè)計(jì)

垂直型微指令是指一次只能執(zhí)行一個(gè)微命令的微指令。它的并行操作能力差，一般只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)微操作，控制一兩個(gè)信息傳送通路，效率低，執(zhí)行一條機(jī)器指令所需的微指令數(shù)目多，執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)；但是微指令與機(jī)器指令很相似，所以容易掌握和利用，編程比較簡(jiǎn)單，不必過(guò)多地了解數(shù)據(jù)通路的細(xì)節(jié)，且微指令字較短。由于垂直型微程序設(shè)計(jì)是面向算法的描述，所以把這種微程序設(shè)計(jì)方法稱為軟方法。

(3)混合型微指令

綜合前述兩者特點(diǎn)的微指令稱為混合型微指令，它具有不太長(zhǎng)的微指令字，又具有一定的并行控制能力，可高效地去實(shí)現(xiàn)機(jī)器的指令系統(tǒng)。[1]

微程序設(shè)計(jì)微指令的執(zhí)行方式

編輯

語(yǔ)音

執(zhí)行一條微指令的過(guò)程與執(zhí)行機(jī)器指令的過(guò)程很類似。第一步將微指令從控存中取出，稱為取微指令；對(duì)于垂直型微指令還應(yīng)包括微操作碼的譯碼時(shí)問(wèn)。第二步執(zhí)行微指令所規(guī)定的各個(gè)操作。微指令的執(zhí)行方式可分為串行和并行兩種方式。

(1)串行方式

在這種方式里，取微指令和執(zhí)行微指令是順序進(jìn)行的，在一條微指令取出并執(zhí)行之后，才能取下一條微指令。

一個(gè)微周期里，在取微指令階段，CM工作，數(shù)據(jù)通路等待；而在執(zhí)行微指令階段，CM空閑，數(shù)據(jù)通路工作。

串行方式的微周期較長(zhǎng)，但控制簡(jiǎn)單，形成后繼微地卅所用的硬件設(shè)備較少。

(2)并行方式

為了提高微指令的執(zhí)行速度，可以將取微指令和執(zhí)行微指令的操作重疊起來(lái)，從而縮短微周期。因?yàn)檫@兩個(gè)操作是在兩個(gè)完全不同的部件中執(zhí)行的，所以這種重疊是完全可行的。 ‘

在執(zhí)行本條微指令的同時(shí)，預(yù)取下一條微指令。假設(shè)取微指令的時(shí)間比執(zhí)行微指令的時(shí)間短，就以較長(zhǎng)的執(zhí)行時(shí)間作為微周期。

由于執(zhí)行本條微指令與預(yù)取下一條微指令是同時(shí)進(jìn)行的，若遇到某些需要根據(jù)本條微指令處理結(jié)果而進(jìn)行條件轉(zhuǎn)移的微指令，就不能并行地取出來(lái)。最簡(jiǎn)單的辦法就是延遲一個(gè)微周期再取微指令。

除以上兩種控制方式外，還有串、并行混合方式，即當(dāng)待執(zhí)行的微指令地址與現(xiàn)行微指令處理無(wú)關(guān)時(shí)，采用并行方式；當(dāng)其受現(xiàn)行微指令操作結(jié)果影響時(shí)，則采用串行方式。[1]

微程序設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)

編輯

語(yǔ)音

通常，對(duì)應(yīng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)有一系列固定的微程序。當(dāng)微程序設(shè)計(jì)好之后，一般不允許改變而且也不便于改變，這樣的設(shè)計(jì)叫做靜態(tài)微程序設(shè)計(jì)。若一臺(tái)計(jì)算機(jī)能根據(jù)不同應(yīng)用目標(biāo)的要求改變微程序，則這臺(tái)計(jì)算機(jī)就具有動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)功能。

動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是為了使計(jì)算機(jī)能更靈活、更有效地適應(yīng)于各種不同的應(yīng)用目標(biāo)。例如，在不改變硬件結(jié)構(gòu)的前提下，如果計(jì)算機(jī)配備了兩套可供切換的微程序，一套是用來(lái)實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算的指令系統(tǒng)，另一套是用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的指令系統(tǒng)，這樣該計(jì)算機(jī)就能根據(jù)不同的應(yīng)用需要隨時(shí)改變和切換相應(yīng)的微程序，以保證高效率地實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算或數(shù)據(jù)處理。

動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)需要可寫控制存儲(chǔ)器(WCS)的支持，否則難以改變微程序的內(nèi)容。由于動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)要求對(duì)計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)和組成非常熟悉，所以這類改變微程序的方案也是由計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)的。[1]

參考資料

1.

蔣本珊 編著,計(jì)算機(jī)組成原理 (第2版),清華大學(xué)出版社,2008.9,209-212

與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見(jiàn)證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

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