微程序控制器的组成
微程序控制器的组成
微程序控制器的组成微程序控制器是一种重要的计算机组成部分，它负责执行计算机指令并控制计算机的运行。
微程序控制器由多个组成部分组成，包括微指令存储器、微指令控制器、微操作控制器和微指令执行单元等。
1. 微指令存储器：微指令存储器用于存储微程序的指令。
微程序是一种低级的指令，它由一系列微操作组成，用于控制计算机的各个部件的操作。
微指令存储器通常使用高速的存储器芯片，能够快速地读取和写入微指令。
2. 微指令控制器：微指令控制器是微程序控制器的核心部分，负责解析和执行微程序。
它根据当前的微指令从微指令存储器中读取相应的微操作，并将其发送给微操作控制器执行。
微指令控制器通常由状态机和控制逻辑电路组成，能够根据不同的微指令执行相应的操作。
3. 微操作控制器：微操作控制器负责控制计算机的各个部件的操作。
它根据微指令控制器发送的微操作信号，控制计算机的寄存器、算术逻辑单元、存储器等部件的操作。
微操作控制器通常由多个控制逻辑电路组成，每个控制逻辑电路负责控制一个特定的部件。
4. 微指令执行单元：微指令执行单元是微程序控制器的关键部分，它负责执行微操作。
微指令执行单元通常由多个执行逻辑单元组成，每个执行逻辑单元负责执行一个特定的微操作。
微指令执行单元能够根据微操作控制器发送的微操作信号，执行相应的操作，并将执行结果返回给微指令控制器。
5. 输入输出接口：微程序控制器还包括输入输出接口，用于与计算机的外部设备进行通信。
输入输出接口通常由多个输入输出端口组成，每个输入输出端口负责控制一个特定的外部设备。
微程序控制器通过输入输出接口与外部设备进行数据的输入和输出。
6. 控制总线：微程序控制器通过控制总线与计算机的其他部件进行通信。
控制总线能够传输微指令控制器发送的微操作信号和微指令执行单元返回的执行结果。
控制总线通常由多根数据线和控制线组成，能够并行传输多个信号。
7. 时钟：微程序控制器通过时钟信号来同步各个部件的操作。
控制器的组成及设计实验--- 微程序控制器实验
控制器的组成及设计实验--- 微程序控制器实验控制器是计算机的核心部件，计算机的所有硬件都是在控制器的控制下，完成程序规定的操作。
控制器的基本功能就是把机器指令转换为按照一定时序控制机器各部件的工作信号，合各部件产生一系列动作，完成指令所规定的任务。
控制器的实现有两大类：硬布线控制和微程序控制。
控制器的基本功能：取指令、分析指令、执行指令、对异常情况及中断请求处理。
控制器有以下基本部分组成：程序计数器（PC）、指令寄存器（IR）、指令译码器（ID）、时序发生器、微操作控制信号形成部件、中断机构、总线控制逻辑。
微程序控制器实验一、实验目的掌握微程序控制器的组成原理及其设计方法。
二、实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。
实验所用的时序信号为TS1－TS4，由时序电路产生（看第一章）。
微程序控制电路如图3.4－1所示，其中控制存储器采用3片2816的E²PROM，具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。
微地址寄存器6位，用3片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
电路中有一个编程开关，有 3种状态：PROM（编程）、READ（检验）、RUN（运行）。
当开关处于PROM状态时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。
当开关处于READ时，可以对写图3.4－1 微程序控制器实验原理图入的控制代码进行验证，判断是不是有错。
当开关处于RUN时，只要给出微程序的入口地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
微指令格式如图3.4－2所示，有24位字长，其中UA0－UA5为6位后继微地址；A、B、C为3个译码字段，C字段中的P（1）－P（4）是4个测试字位，其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微程序入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，指令译码原理图如第一章中图1-2所示。
微程序控制器的结构原理 -回复
微程序控制器的结构原理-回复微程序控制器（Microprogram Controller）是一种微程序控制逻辑的设备，用于控制和指挥计算机的操作。
它采用微程序的方式将机器指令翻译成一系列的微操作，并通过这些微操作控制计算机的各个部件进行相应的操作。
微程序控制器的结构原理是一种基于控制存储器的控制方式，它通过控制存储器中的微指令来控制计算机的操作。
一、微程序控制器的基本结构微程序控制器的基本结构由控制存储器、微指令寄存器、计数器等组成。
控制存储器中存放着一系列的微指令，通过微指令寄存器将微指令从控制存储器中读取出来，并送至微操作控制逻辑电路进行解码和执行。
计数器则负责控制微指令的顺序执行，从而实现整个计算机的控制。
二、微指令的结构微指令是微程序控制器的最小控制单位，它包含一系列的控制信号，用于控制计算机的各个部件进行相应的操作。
微指令的结构可以分为操作字段和控制字段两部分。
1. 操作字段：操作字段描述了某一类操作的行为，比如存取存储器、进行算术运算等。
用于指示执行的微操作。
2. 控制字段：控制字段用于对操作所涉及到的寄存器、状态位、标志位等进行控制。
包括地址字段、操作码字段和操作数字段。
三、微指令的执行微指令的执行过程如下：首先，计数器将指向当前要执行的微指令的地址；然后，该微指令被取出并送至微指令寄存器；接着，微指令寄存器将微指令分发给微操作控制逻辑电路进行解码，并产生相应的控制信号；最后，这些控制信号将被发送给计算机的各个部件进行相应的操作。
四、微指令的设计与实现微指令的设计和实现需要考虑多个因素，如指令执行的功能和流程、指令的格式、操作字段和控制字段等。
一般来说，微指令的设计与实现可以参考以下步骤：1. 确定指令流程：根据计算机的指令执行流程，确定微指令的执行次序和执行流程。
2. 划分指令组：将相似功能的指令划分为一组，方便统一设计和实现。
3. 设计操作字段和控制字段：根据指令功能的不同，设计相应的操作字段和控制字段，并确定其位数和编码方式。
微程序控制器原理
微程序控制器原理一、引言微程序控制器是一种基于微程序设计思想的计算机控制器，它的出现极大地推动了计算机技术的发展。
本文将详细介绍微程序控制器的原理。
二、微程序控制器概述微程序控制器是指使用微指令来实现计算机指令执行的一种控制方式。
它将每个指令分解为若干个微操作，每个微操作对应一个微指令，通过按照预先设计好的微指令序列执行，从而完成对指令的执行。
与传统的硬连线控制方式相比，微程序控制器具有更高的灵活性和可编程性。
三、微程序控制器结构1. 微指令存储器微程序控制器中最重要的部分就是微指令存储器。
它用于存储所有可能需要执行的微指令，并提供地址输入和数据输出接口。
通常采用ROM或RAM作为存储介质。
2. 控制存储器在实际应用中，由于不同类型的计算机可能需要使用不同类型的指令集，因此需要使用不同类型的控制存储器来实现对不同类型指令集的支持。
同时，在某些情况下还需要使用特殊功能的控制存储器，如中断控制存储器、异常处理控制存储器等。
3. 微指令执行单元微指令执行单元是负责执行微指令的核心部分。
它包含多个功能模块，如地址生成器、ALU、寄存器等。
在执行微指令时，它会根据微指令中的操作码和操作数来进行相应的操作。
4. 外设接口外设接口用于与计算机系统中的各种外设进行通信。
它通常采用标准接口协议，并提供一定程度的可编程性。
四、微程序控制器工作原理1. 指令解码在计算机系统中，每个指令都有其特定的编码方式。
当CPU读取到一条指令时，首先需要将其解码成对应的微操作序列，并将其存储到微程序控制器中。
2. 微程序执行当CPU需要执行一条指令时，它会将当前指针所指向的微程序读取出来，并传递给微程序执行单元进行处理。
在执行过程中，微程序执行单元会根据当前微操作所对应的微指令来完成相应的操作，并返回下一个需要执行的微程序地址。
3. 微程序跳转在某些情况下，CPU需要根据特定条件来跳转到不同的微程序地址。
这时，微程序控制器会根据当前的条件码和跳转地址来计算出下一个需要执行的微程序地址，并将其返回给CPU。
微程序控制器
微程序控制器简介微程序控制器（Microprogram Controller）是一种用于控制计算机硬件执行指令的微处理器，用来实现指令的解码和执行。
在计算机的内部结构中，微程序控制器位于中央处理器（CPU）内部，起到指挥和控制其他部件工作的功能。
工作原理微程序控制器通过一系列微操作指令来控制计算机硬件执行指令，这些微操作指令是由微指令（Microinstruction）组成的。
每条微指令对应着一条机器指令的执行过程，包括指令的分析、解码、操作数寻址和执行等过程。
微程序控制器内部包含一个存储器单元，称为微存储器（Microstore）。
微存储器中存储了一组微程序，每条微程序对应一条机器指令的执行过程。
当计算机执行某条机器指令时，微程序控制器会从微存储器中读取相应的微程序，并按照微程序中的微指令逐步控制各个硬件部件执行指令。
特点与优势微程序控制器具有以下特点和优势：1.模块化设计：微程序控制器是一个独立的硬件模块，可以灵活地与其他硬件部件组合在一起。
这种模块化设计使得微程序控制器可以根据计算机的需求进行定制和扩展。
2.简化指令执行过程：微程序控制器将复杂的机器指令执行过程分解为一系列微操作指令，这些微操作指令更加细化和简化，使得指令的解码和执行更加高效和可靠。
3.易于调试和修改：微程序控制器的微程序可以通过软件进行编写、调试和修改。
当需要新增或修改指令时，只需要修改微程序，而无需对硬件进行改动。
这种灵活性和可修改性极大地方便了软件开发和系统维护。
4.提高指令执行效率：微程序控制器可以根据指令的特点和执行需求进行优化。
通过使用高效的微指令和微操作指令，可以加速指令的执行速度，提高计算机系统的性能。
应用领域微程序控制器广泛应用于各种计算机系统中，尤其适用于复杂指令集计算机（CISC）架构。
它在操作系统、编译器、数据库、图形处理等领域都有重要的应用。
在操作系统中，微程序控制器负责实现指令的解码和执行，协调各个硬件部件的工作，保证操作系统的正常运行。
微程序控制器的基本结构
微程序控制器的基本结构微程序控制器（Microprogram Controller）是一种常见的计算机控制器，它采用微程序控制方式进行控制指令的执行。
它是计算机硬件中极其关键的一部分，它可以说是整个计算机系统的大脑。
微程序控制器的基本结构由以下几个部分构成：控制存储器、微指令寄存器、微指令流控制逻辑、微指令编码和执行逻辑。
控制存储器是微程序控制器中最重要的组成部分之一，它用于存储各种微指令的信息。
这些微指令包括了控制计算机进行各种操作的所有信息，例如算术运算、逻辑运算、总线操作、存储器访问等。
控制存储器的设计通常采用高度集成的存储器芯片，可以快速访问指令。
微指令寄存器是控制存储器中用于存放当前微指令的部件。
它用于存储从控制存储器中读取的微指令，并将其提供给微指令流控制逻辑进行解码和执行。
微指令寄存器的设计通常采用高速寄存器，以保证微指令的快速读取和执行。
微指令流控制逻辑是微程序控制器中的另一个重要组成部分，它用于解码和执行微指令。
通过对微指令进行解码，微指令流控制逻辑可以确定下一条要执行的微指令，并将其从控制存储器中读取到微指令寄存器中。
它还负责控制微指令的执行顺序和跳转逻辑，以保证指令的正确执行。
微指令编码和执行逻辑是微程序控制器中的最关键组成部分之一，它用于将微指令进行编码和执行。
通过对微指令进行编码，微指令编码和执行逻辑可以将微指令转化为对计算机硬件的控制信号，从而实现对计算机各个部件的控制。
它负责生成和传递控制信号，以控制计算机的运算和存储操作。
微程序控制器的基本结构通过以上几个部分的协同工作，可以控制计算机的各种操作。
它的作用是将计算机程序中的指令转化为硬件级别的控制信号，以控制计算机的硬件执行指令。
它通过高度集成的控制存储器、高速寄存器和逻辑电路，提供了高效稳定的微指令执行能力。
在计算机系统中，微程序控制器具有重要的指导意义。
它为计算机的设计和优化提供了重要的参考依据。
通过对微程序控制器的研究和优化，可以提高计算机的性能和可靠性，同时也可以减小计算机的体积和功耗。
微程序控制器组成实验
实验五、微程序控制器组成实验一、实验目的1.掌握时序产生器的组成原理。
2.掌握微程序控制器的组成原理。
3.掌握微指令格式的化简和归并。
二、实验设备TEC-4计算机组成原理教学实验仿真系统三、实验电路1．数据通路微程序控制器是根据数据通路和指令系统来设计的。
这里采用的数据通路是在综合前面各实验模块的基础上，又增加程序计数器PC（U18）、地址加法器ALU2（U17）、地址缓冲寄存器R4（U25、U26）和中断地址寄存器IAR（U19），详见第二节的图4。
PC和ALU2各采用一片GAL22V10，两者配合使用，可完成程序地址的存储、增1和加偏移量的功能。
R4由两片74HC298组成，带二选一输入端。
IAR是一片74HC374，用于中断时保存断点地址。
有关数据通路总体的详细说明，请参看第一节。
2．微指令格式与微程序控制器电路图4 微指令格式根据给定的12条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见图4。
微指令字长共35位。
其中顺序控制部分10位：后继微地址６位，判别字段４位，操作控制字段25位，各位进行直接控制。
微指令格式中，信号名带有后缀“#”的信号为低有效信号，不带有后缀“#”的信号为高有效信号。
图5 微程序控制器的组成对应微指令格式，微程序控制器的组成见图5。
控制存储器采用5片EEPROM 28C64(U8、U9、U10、U11、U12)。
28C64的输出是D0—D7，分别与引脚11、12、13、15、16、17、18、19相对应，CM0是最低字节，CM4是最高字节。
微地址寄存器６位，用一片6D触发器74HC174（U1）组成，带有清零端。
两级与门、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。
在每个T1上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随即输出相应的微命令代码。
微地址转移逻辑生成下一地址，等下一个T1上升沿时打入微地址寄存器。
跳转开关JUMP（J1）是一组6个跳线开关。
4-1[1].2.3微程序控制器
![4-1[1].2.3微程序控制器](https://img.taocdn.com/s3/m/7041ba1bfc4ffe473368ab2b.png)
IR
数据总线 地址总线 2000
0 401 0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD 4275
控制总线 MOV [2007], R9
AR←PC ←
接口
器
2007
PC ← PC+1 IR← ← AR←PC PC ← PC+1 AR← ,数 数 ←R9+0
输入指令
读取指令 ① ②
运算器
C Z V S
控制器
程序计数器
ALU
3041
乘 商 寄 存 器
1234 6688
2000
PC AR
器
控制信号 产生部件
生器 数
器
R9
器
. 用于运算器
IR
数据总线 地址总线 2000
0001 E709 2007 1280 44FA 8F00 78BD
控制总线
接口
器
2007
指令执行步骤简单的文字描述
练习与作业
练习： 练习：P236 6.16 作业： 作业： 1.若某机主频为 若某机主频为200MHZ，每个指令周期平均为 若某机主频为 ， 2.5CPU周期，每个 周期， 周期平均包括2个主频周 周期 每个CPU周期平均包括 个主频周 周期平均包括 期，问： （1）该机平均指令执行速度为多少 ）该机平均指令执行速度为多少MIPS？ ？ （2）若主频不变，但每条指令平均包括 个CPU周 ）若主频不变，但每条指令平均包括5个 周 每个CPU周期又包括 个主频周期，求平均 周期又包括4个主频周期 期，每个 周期又包括 个主频周期， 指令执行速度？ 指令执行速度？ 2.P236 6.15
2004 1280 IN 80 2005 44FA JR C, 800 2006 8F00 RET
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P2
=1时，根据后继微地址NµA5来自NµA0和进位C确定下一条微指令的地址。
P3
P4 STOP LIAR INTDI
INTEN IABUS PCADD
=1时，根据后继微地址NµA5~NµA0和结果为0标志Z确定下一条微指令的地址。
=1时，将当前的PC值加上相对转移量，生成新的PC。
SWC SWB SWA 0 00 0 01 0 10 0 11 1 00
操作 取指 写存储器 读存储器 写寄存器 读寄存器
TEC-8
计算机学院实验中心系统结构实验室
4
熟悉微程序流程图和微程序代码表。
正确设置模式开关SWC、SWB、SWC，用单微指令方 式(单拍开关DP设置为1)跟踪控制台操作读寄存器、 写寄存器、读存储器、写存储器的执行过程，记录 下每一步的微地址µA5~µA0、判别位P4~P0和有关控 制信号的值，写出这4种控制台操作的作用和使用方 法。
控制器 IR4-I IR5-I IR6-I IR7-I 模拟开关 K0 K1 K2 K3
时序电路 C-I Z-I 固定电平 K4 K5
接好线后，将编程开关拨到“正常”位置，控制 转换开关拨到“微程序”位置，合上电源，按 CLR#按钮，使TEC-8实验系统处于初始状态。
写存储器(WRM)：按下复位按钮CRL#， 置SWC=0，SWB=0，SWA=1。
=1时，根据后继微地址NµA5~NµA0和中断信号INT确定下一条微指令的地址。模 型计算机中，中断信号INT由时序发生器在接到中断请求信号后产生。 =1时，在T3结束后时序发生器停止输出节拍脉冲T1、T2、T3。
=1时，在T3的上升沿，将PC7~PC0写入中断地址寄存器IAR。
=1时，置允许中断标志(在时序发生器中)为0，禁止TEC-8模型计算机响应中断 请求 =1时，置允许中断标志(在时序发生器中)为1，允许TEC-8模型计算机响应中断 请求 =1时，将中断地址寄存器中的地址送数据总线DBUS。
产生数据通路操作所需控制信号。 微指令序列构成微程序。
执行当前的微指令时，必须指出后继微地址，以 便当前微指令执行完毕后，取出下一条微指令。
NµA5~NµA0 P0 P1
下址，在微指令顺序执行的情况下，它是下一条微指令的地址
=1时，根据后继微地址NµA5~NµA0和模式开关SWC、SWB、SWA确定下一条微指令 的地址。
①在SW7~SW0中设置存储器地址，按QD按钮将 此地址打入AR。
②在SW7~SW0置好数据，按QD按钮，将数据写 入AR指定的存储器单元，这时AR加1。
③返回②。依次进行下去，直到按复位按钮CRL# 为止。实现对RAM的手动写入（主要是自己编写 的程序和数据）。