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3、微程序设计.md
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# 微程序设计
**思想**
* 一条机器指令对应一个微程序（存入 ROM）
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153544998.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
**框图及工作原理**
* 机器指令对应的微程序
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153606906.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="30%" height="50%" />
* 控制单元的基本框图
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153627925.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
**工作原理**
全部微指令存在 CM 中，程序执行过程中 只需读出
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153654274.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
* 取指阶段（执行 LDA 取指微程序）
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153718477.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />
* 执行阶段（执行 LDA 执行微程序）
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153750317.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />
**微指令的编码方式**
* 直接编码（直接控制）方式
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153816835.png" width="40%" height="50%" />
* 在微指令的操作控制字段中，每一位代表一个微操作命令
* 某位为 “1” 表示该控制信号有效
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153839492.png" width="30%" height="50%" />
* 速度最快
* 字段直接编码方式
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153901673.png" width="30%" height="50%" />
* 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，缩短了微指令字长，增加了译码时间
* 字段间接编码方式
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153927517.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
* 混合编码
* 直接编码和字段编码（直接和间接）混合使用
* 其他
**微指令序列地址的形成**
* 形成方式
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219153951388.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="30%" height="50%" />
* 地址来源
* 微指令的 下地址字段 指出
* 根据机器指令的 操作码 形成
* 增量计数器
* ( CMAR ) + 1 -> CMAR
* 分支转移
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154012685.png" width="35%" height="50%" />
* 其他
**微指令格式**
* 水平型微指令
* 一次能定义并执行多个并行操作
* 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
* 垂直型微指令
* 类似机器指令操作码 的方式
* 由微操作码字段规定微指令的功能
* 两种微指令格式的比较
* 水平型微指令比垂直型微指令并行操作能力强 ，灵活性强
* 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
* 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
* 水平型微指令与机器指令差别大
**微程序设计举例**
* 1、写出对应机器指令的微操作及节拍安排（注意：每条微指令结束都要指明下一条的地址）
* 取指阶段
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/2020121915403785.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="40%" height="50%" />
* 执行阶段
* 非访存指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/2020121915410066.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="35%" height="50%" />
* 访存指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154125237.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="30%" height="50%" />
* 转移类指令
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154150511.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="35%" height="50%" />
* 2、确定微指令格式
* 微指令的编码方式
* 采用直接控制
* 后续微指令的地址形成方式
* 由机器指令的操作码通过微地址形成部件形成
* 由微指令的下地址字段直接给出
* 微指令字长
* 由 20 种微操作确定 操作控制字段 ，最少 20 位
* 由 38 条微指令确定微指令的 下地址字段 为 6 位
* 微指令字长 可取 20 ＋ 6 ＝ 26 位
* 微指令字长的确定
* 38 条微指令中有 19 条38 条微指令中有 19 条是关于后续微指令地址 -> CMAR
* 1 条：OP ( IR ) -> 微地址形成部件 -> CMAR
* 18 条:Ad ( CMDR ) CMAR
* 若用 Ad ( CMDR ) 直接送控存地址线，则 省去了输至 CMAR 的时间，省去了 CMAR
* 同理
* OP ( IR ) -> 微地址形成部件 -> 控存地址线，可省去 19 条微指令，2 个微操作
* 即：
* 下地址字段最少取 5 位：38 － 19 ＝ 19
* 操作控制字段最少取 18 位：20 － 2 ＝ 18
* 省去了 CMAR 的控制存储器
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154213438.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_7" width="40%" height="50%" />
* 最终确定（考虑留有一定的余量）
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/2020121915423599.png" width="35%" height="50%" />
* 取操作控制字段：18位 -> 24位
* 下地址字段：5位 -> 6位
* 3、编写微指令码点（只要对指令译码，然后执行控制字段对应操作即可）
* 操作
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154302845.png" width="20%" height="50%" />
* 对应指令码点
<img src="https://img-blog.csdnimg.cn/20201219154328766.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzkzNDYwNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70" width="50%" height="50%" />