61、微指令序列与执行详解

微指令序列与执行详解

1. 微指令序列概述

微程序控制单元主要执行两项基本任务：
- 微指令序列：从控制存储器中获取下一条微指令。
- 微指令执行：生成执行微指令所需的控制信号。

在设计控制单元时，这两项任务需综合考虑，因为它们都会影响微指令的格式和控制单元的时序。下面重点探讨微指令序列。

1.1 设计考虑因素

设计微指令序列技术时，主要关注两个方面：
- 微指令的大小：减小控制存储器的大小可降低该组件的成本。
- 地址生成时间：希望尽可能快地执行微指令。

执行微程序时，下一条微指令的地址有以下几种类型：
- 由指令寄存器确定：每个指令周期仅出现一次，在指令提取后。
- 下一个顺序地址：在大多数设计中最常见。
- 分支：条件分支和无条件分支是微程序的必要组成部分，大约每三到四条微指令中就可能有一条是分支指令。因此，设计紧凑、高效的微指令分支技术很重要。

1.2 序列技术

基于当前微指令、条件标志和指令寄存器的内容，需要为下一条微指令生成控制存储器地址。常见的技术可分为以下三类：
- 两个地址字段 ：在每个微指令中提供两个地址字段。通过多路复用器，根据地址选择输入，将操作码或两个地址之一传输到控制地址寄存器（CAR），CAR 解码后产生下一条微指令地址。地址选择信号由分支逻辑模块提供。这种方法简单，但微指令所需的位数比其他方法多。
- 单个地址字段 ：下一个地址的选项包括地址字段、指令寄存器代码和下一个顺序地址。地址选择信号决定选择