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  • A、执行指令阶段首条微指令地址的形成: 也可以叫作:微程序入口地址(非取指微程序)的形成。 由机器指令的操作码字段即OP字段通过微地址形成部件产生该机器指令所对应的微程序的入口地址并送入微地址寄存器。 ...

    参考资料:《计算机组成原理》(第五版) 白中英等著

    与机器指令一样,当执行当前微指令时需要知道下一条微指令的地址以获取新的微指令来执行。


    A、执行指令阶段首条微指令地址的形成:

    也可以叫作:微程序入口地址(非取指微程序)的形成。

    由机器指令的操作码字段即OP字段通过微地址形成部件产生该机器指令所对应的微程序的入口地址并送入微地址寄存器

    可以说微程序(非取指微程序)的入口地址是机器指令操作码的某种映射。

    B、后继微指令地址的形成:

    后继微地址指令的形成主要有两种方式:①计数器方式、②多路转移方式

    a、计数器方式:

    类似于使用程序计数器(PC)来产生后继地址。微地址的产生线路主要是“微地址计数器(MPC或μPC)”,后继微地址由当前微地址加上一个增量来产生。

    使用这种方法,微指令中可以不设置“下地址场”,但要求顺序执行的微指令必须放在连续的控制存储器单元中。

    b、多路转移方式(断定方式):

    微指令格式中设置一个下地址字段,由微指令的下地址字段直接指出后继微指令的地址。微指令中的“顺序控制”字段将会起到作用,地址转移逻辑也正如其功能所说会去修改微地址寄存器中的内容.

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  • 指令中的微地址形成方法中增量方式缺点是多路并行转移功能较弱,那什么是多路并行啊,一个微指令的微地址字段若可多路并行,难道一个微地址还可做并行多用吗,怎么可称为多路并行呢?
  • 指令系统第一节

    2018-09-23 14:18:22
    指令系统 1、CPU的工作主要体现为执行指令指令系统就是计算机能执行的全部指令的集合,可以看成是计算机硬件的语言系统。 2、指令是二进制序列的,高级语言编译过后会产生二进制文件。 3、计算机的两种设计模式...

    指令系统

    1、CPU的工作主要体现为执行指令。指令系统就是计算机能执行的全部指令的集合,可以看成是计算机硬件的语言系统。

    2、指令是二进制序列的,高级语言编译过后会产生二进制文件。

    3、计算机的两种设计模式:复杂指令集计算机 CISC和精简指令集计算机 RISC

    CISC :为了提高运算速度和扩展功能而产生的指令集。

    特点:指令系统庞大,指令格式多变,寻址方式也很多。绝大多数指令需要多个时钟周期才能完成,各种指令几乎都可以访问存储器,主要采用微程序控制方式。设置有少量寄存器,难以用优化编译技术产生高效的目标代码。

    二-八规律:约有20%的指令高频使用,其余则较少使用。

    缺点:为了实现大量的复杂指令,CPU的控制逻辑十分复杂且极不规整,从而限制了超大规模集成电路VLSI技术在处理器设计和生产中的应用。

    与此同时 半导体存储技术使很多之前需要复杂指令才能完成的功能可以改用子程序来实现,也能获得差不多的运算速度。

    从而有了

    RISC : 执行较少类型计算机指令的微处理器。

    特点:指令格式统一、指令种类更少,寻址方式更简单,而且采用了“超标量和超流水线”结构,大大增加了CPU的并行处理能力,处理速率提高很多,是高性能CPU的发展方向。

    除这两种之外,还有一种独特的显式并行指令集计算机EPIC,只是暂时没有确定是否作为一种全新的指令集类型。

    EPIC :有3位是专门用来指示前后指令相关性的,如果无相关性,则这两条指令可以被分配到两个不同的CPU运算节点上同时处理,EPIC还允许处理器根据编译器的调度来并行地执行命令。

    4、指令格式:

    指令中的基本信息:(1)操作码(2)操作数或操作数的地址(3)存放运算结果的地址(4)后继指令的地址

    指令中的地址结构:

    显地址:在指令代码中明显地给出地址。隐地址:以隐含的方式约定,指令中并不给出该地址码。

    以常规的双操作数为例,四地址指令显然不符合常规的要求,因为位数太多,直接给出后继地址也不能让程序根据运算结果灵活转移,所以要采用一些隐地址。

    三地址指令:OP A1 A2 A3

    (A1)OP(A2)->A3

      (PC) + n -> PC

    PC指的是程序计数器,是一个兼有寄存器和计数器两种功能的部件,其中存放着读取指令的地址。每读1字节,PC+1。

    二地址指令:

    可以把运算结果放到不需要保留的操作数地址里,那个操作数被称为目的操作数。

    一地址指令:

    (1)针对自增、自减、求反,得出的结果直接赋给自己。

    (2)隐含约定目的地的双操作数指令,已知一个操作数地址,在CPU中一般设置一个被称为累加器AC的存储器,指令可以隐含约定另一个操作数由AC提供,运算结果也放在AC中。

    零地址指令:

    (1)不需要操作数。目的只有消耗时间以达到延时。

    (2)单操作数指令。隐含约定操作数在累加器AC中。

    (3)对堆栈栈顶单元的数据进行操作。由一个被称为堆栈指针的寄存器SP给出栈顶单元地址。

    5、操作码结构

    (1)固定长度操作码

    (2)可变长度操作码(扩展操作码)

    对于三地址指令:三个地址一共十二位,操作码4位,可以表示16种指令,操作码只取0000~1110.1111作为扩展操作码标志。

    对于二地址指令:两个地址共占8位,在高4位为1111的扩展标志指示下,将第11~8位扩展为操作码;只取11110000~11111101,留下来的11111110、11111111可作为扩展操作码标志。一共有14种指令

    对于一地址指令:地址段只占4位,可将7~4位扩展为操作码。一共有2*16=32种。只取31种,111111111111作为扩展标志

    对于零地址指令:有16种。

    (3)单功能型或复合型操作码

    操作码只表示一种操作含义:为了快速识别并执行操作码

    将操作码字段进一步细分成若干子段,每个编码字段都能表示特定的操作含义:操作码的含义更丰富

    6、指令字长

    (1)固定字长指令

    (2)可变字长指令

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  • 58微指令地址形成方式

    千次阅读 2021-01-26 08:16:56
    指令格式中设置一个下地址字段,由微指令的下地址字段直接指出后继指令地址,这种方式又称为断定方式。 (2) 根据机器指令的操作码形成。当机器指令取至指令寄存器后,微指令地址由操作码经微地址形成部件...

    后继微地址的形成主要有以下两大基本类型
    (1) 直接由微指令的下地址字段指出。微指令格式中设置一个下地址字段,由微指令的下地址字段直接指出后继微指令的地址,这种方式又称为断定方式。
    (2) 根据机器指令的操作码形成。当机器指令取至指令寄存器后,微指令的地址由操作码经微地址形成部件形成。
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  • 计算机组成与结构复习参考资料SUES版(参考教材:唐朔飞老师版): ...翻转课堂自制讲课PPT: ...一种方法是操作码经过微地址形成部件形成(微地址形成部件实际是一个编码器,其输入为指令操作码,输出就是对应该机器指令

    计算机组成与结构复习参考资料SUES版(参考教材:唐朔飞老师版):
    https://download.csdn.net/download/qq_43554335/57139772

    翻转课堂自制讲课PPT:
    计算机组成原理(Principle of computer composition)10.2微程序设计----微指令序列地址的形成|微指令格式

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    1、从这个图可以看出它已经给了两种方法:
    一种方法是操作码经过微地址形成部件形成(微地址形成部件实际是一个编码器,其输入为指令操作码,输出就是对应该机器指令微程序的首地址。),另外一种方式就是由下地址来形成。
    2、微指令格式中设置一个下地址字段,由微指令的下地址字段直接指出后继微指令的地址,这种方式又称为断定方式。
    3、XXX由下地址无法给出下一条要执行的微指令的地址,那么可以采用第二种方式根据机器指令的操作码形成,因为这是取址阶段的微程序它执行的最后一条微指令,那么下面就要进入到对某一条指令它执行阶段微程序的执行,所以要知道这条指令是什么指令才能够判断出他所对应的微程序在控制存储器当中的首地址是什么,所以要根据机器指令操作码来形成下一条微指令的地址。
    4、另外,还可以采用分量计数器,类似于机器指令执行的过程当中PC自动+1的操作。比如在取址阶段,它的下地址很多指令都是顺序加一,在执行阶段很多微指令它包含的下地址也是顺序加一或者当前地址加一,这种情况就可以采用增量计数器。它的操作是:
    (CMAR)+1->CMAR。
    5、第四种方法就是分支转移,既然涉及到转移,那么这个转移的信息是要在微指令当中的。转移方式:指明判别条件;转移地址:指明转移成功后的去向。
    6、还有一种方式称为测试网络:
    把顺序控制也就是下地址这部分给它分成两个,高位字段不动,低位字段通过测试网络由测试源对低位地址进行变换形成测试地址,所谓测试源就是状态和条件。形成的测试地址与之前的高位地址合并构成微指令的新地址送入到CMAR当中取出后续地址,这种方式可以用于微程序在小范围内的跳转、条件转移操作。
    7、第六个是由硬件产生微程序的入口地址,比如说计算机一开机就要开始执行,那么它要执行指令首先就要取指令,那么取指微程序所在的控制单元的首地址是M所以要先把这个M送入到CMAR当中,那么这个M就是由硬件直接产生。第一条微指令地址由专门的硬件产生,如果在指令执行过程当中发生中断,那么中断它所对应的微程序在控制存储器当中的地址是固定的,也可以由硬件来产生。也就是中断周期由硬件产生中断周期微程序首地址。同样如果有间址操作,间址阶段他所对应的微程序的首地址在控制存储器当中也是固定的,所以也可以由硬件来产生间址周期微指令所对应的首地址。

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    1、图中可以看出第一个来源就是下地址,由微指令它的顺序控制字段给出下一条指令地址。还有就是由OP指令的操作码字段经过微地址形成部件,给出对应的这条指令它的执行阶段所对应的微程序在控制单元的首地址,也送入到多路选择器。另外,还可以通过+1操作,如果是顺序执行,则把CMAR 的内容+1,+1之后也送入到多路选择器。另外,第一条微程序的入口地址M可以通过硬件方式来完成,中断周期、间址周期所对应的微程序的首地址也可以通过硬件来产生。所以硬件产生的微程序入口地址也送入到多路选择器。
    2、还有转移方式,是否要发生转移,如果转移,应该执行下地址,所以这部分还有一个分支逻辑,分支逻辑来确定是否需要发生转移,它的控制信号是一些标志,所以转移方式要输入到分支逻辑,由分支逻辑产生的信号控制我们的多路选择器,从上述已经给出的1-4的形成方式选择一个作为CMAR的输入,送入到CMAR当中,比如当微程序正在执行某一条指令的它的执行阶段需要的一些操作,就可以由多路选择器选择下地址送到CMAR当中,如果是取值微程序的最后一条指令,那么它的下地址就要通过指令的操作码字段、微地址形成部件在多路选择器里面选择这一路送入CMAR。然后CMAR它里面保存的控制存储器的地址经过地址译码之后选定控制存储器当中的一个指定的存储单元,把存储单元的内容读出来放到CMDR当中,CMDR的操作控制字段就会给出相应的控制信号,由这些控制信号控制计算机系统的各个部件去做相应的操作。

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    (题目中32条是不包括公共的取指指令,公共微指令单独形成一个微程序)
    (“至少”是因为这个系统以后还有可能做微程序的扩充)

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    (每一条微指令当中控制信号比较多,指令就会比较长,微程序就会比较短,也是微指令数目比较少,不需要或只需要简单的译码,所以速度也会比较快)
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后继指令地址