计算机组成原理：微程序控制器及指令周期

微程序控制器原理框图如图5-21所示。它主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。

图5-21　微指令基本格式

1.控制存储器

控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，一条机器指令对应有一个微程序，若指令系统中有100条机器指令，就有100个微程序。控制存储器是一种只读存储器，一旦微程序固化，机器运行时则只读不写。和指令周期相对应，从控制存储器中读出一条微指令并执行微指令的时间总和称为一个微指令周期。对控制存储器的要求是速度快，读出周期要短。控制存储器的字长就是微指令字的长度。

例5-2：某指令系统共有机器指令10条，每条机器指令平均有4条微指令组成，微指令字长23位，若每条机器指令的取指令操作用一条微指令来实现，且这条微指令是公用的，在控制存储器中只存一条，问至少需要控制存储器的容量是多少？

解：控制存储器的容量=10×3×23+23=713（位）

2.微指令寄存器

微指令寄存器用来存放从控制存储器中读出的一条微指令，图5-21中分成三个部分：微地址寄存器、P字段和操作控制字段。微指令由操作控制字段和顺序控制字段两部分组成，顺序控制字段又由P字段和直接顺序控制字段组成。其中微地址寄存器保存直接顺序控制字段，决定将要访问的下一条微指令的地址。(www.xing528.com)

3.地址转移逻辑

第一条微指令的地址根据机器指令的译码结果自动给出。下一条微指令的地址由微地址寄存器给出。一般地，本条微指令的直接顺序控制字段作为下一条微指令的地址放入微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，即P字段全为0，微地址寄存器的值不需要进行修改，直接作为下一条微指令的地址。当微程序出现分支时，即P字段有一个是1或全是1。在这种情况下.通过判别测试P字段和执行部件的状态条件反馈信息，去修改微地址寄存器的内容，然后按修改后的地址去取下一条微指令。地址转移逻辑承担修改微地址的任务。

4.微程序的执行过程

微程序的执行过程大致如下所述：

①根据机器给出的第一条微指令的地址，从控制存储器中取出第一条微指令。

②微指令分成两部分：操作控制部分和顺序控制部分。操作控制部分产生微操作控制信号，控制执行部件完成规定的操作；顺序控制部分中的直接顺序控制部分放入微地址寄存器；顺序控制部分中的P字段和执行部件反馈的状态条件信息决定要不要修改，如何修改微地址寄存器中的值。

③按微地址寄存器中的值从控制存储器中取出下一条微指令，继续上面第2步处理。如此循环，直到全部微指令执行完毕。