一文搞懂指令、微操作、微命令、微指令、微程序的概念

原创于 2025-06-27 22:36:32 发布 · 1.1k 阅读

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#硬件架构 #系统架构

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基本概念

程序：是由指令序列组成
指令：即机器指令，机器指令是CPU能直接执行的最基本的操作命令。是计算机运行的“原子操作”
微操作：一条机器指令可以分解为多个微操作，每个微操作对应于对 CPU 中某个部件的具体控制行为（如寄存器传送、加法器运算、存储器访问等），这些控制行为本质上就是对电路中控制信号的“开”与“关”的操作。

如下是每条指令的取指周期的微操作。
```
 (PC)→MAR
 1→ R
 M(MAR)→MDR
 MDR→IR
 OP(IR)→ID
 (PC)+1→PC
```
微命令：微命令就是控制单元发出的控制信号。

比如微操作(PC)→MAR，微命令就是PCout，MARin

为了让这个微操作在硬件中发生，需要通过控制信号（也就是微命令）来控制硬件组件的行为。

实现 PC → MAR，我们至少需要两个控制信号（微命令）：

微命令含义
PCout 允许 PC 将数据输出到内部总线（激活 PC 的输出端口）
MARin 允许 MAR 从总线接收数据（激活 MAR 的输入端口）
这两个控制信号一起发出，才能实现数据从 PC 流向 MAR。
微指令：是控制单元CU发出的一组微命令的组合，其作用是驱动CPU在一个时钟周期内执行一组微操作。

假设一条微指令如下：
```
[ PCout, MARin, IncPC, PCin ]
```
这是控制单元发出的一条微指令；

它包含四个微命令（控制信号）；

它将会触发两个微操作：
1. PC → MAR（通过 PCout, MARin）
2. PC + 1 → PC（通过 IncPC, PCin）
微程序：由微指令序列组成，每一种指令对应一个微程序