微程式

微程式（microprogram）是英國劍橋大學教授M.V.Wilkes在1951年首先提出的，它是實現程式的一種手段，具體就是將一條機器指令編寫成一段微程式。每一個微程式包含若干條微指令，每一條微指令對應一條或多條微操作。在有微程式的系統中，CPU內部有一個控制存儲器,用於存放各種機器指令對應的微程式段。當CPU執行機器指令時，會在控制存儲器里尋找與該機器指令對應的微程式，取出相應的微指令來控制執行各個微操作，從而完成該程式語句的功能。微程式設計技術，指的是利用軟體技術來實現硬體設計的一門技術。

基本介紹

• 中文名：微程式
• 外文名：microprogram
• 提出人：M.V.Wilkes
• 提出時間：1951年
• 提出地：英國劍橋大學

設計技術

微程式設計技術，指的是利用軟體技術來實現硬體設計的一門技術。

優點：微程式設計克服了組合邏輯控制單元線路龐雜的缺點，同硬布線比較具有規整性，靈活性，可維護性等一系列優點。

缺點：由於增加了到控制存儲器中讀取微指令的時間導致執行速度慢。

控制方法

微程式控制方法由於規整性好，靈活方便，通用性強，因此在包括計算機在內的各種複雜數字系統控制器的設計中得到了廣泛套用，成為控制器的主流設計方法之一。

程式控制的基本思想，就是仿照通常的解題程式的方法，把所有的控制命令信號匯集在一起編碼成所謂的微指令，存放在一個EPROM里。系統運行時，一條又一條地讀出這些微指令，從而產生執行部件所需要的各種控制信號，以控制各邏輯部件執行所規定的操作。

一個數字系統基本上可以劃分成兩大部分——控制部件和執行部件，如圖6.26所示。　控制器就是控制部件。而ALU、暫存器組、存儲器RAM等，相對控制器來講，就是執行部件。那么兩者之間是如何進行聯繫的呢?

控制部件與執行部件的聯繫之一，是通過控制線。控制部件通過控制線向執行部件發出各種控制命令，我們把這種控制命令稱為微命令，而執行部件接受微命令所執行的操作叫作微操作。

控制部件與執行部件之間的另一聯繫是反饋信息。例如由於運算處理中正在處理的數據因其結果特徵(正、負、進位、溢出等)而影響下一個操作的執行，因此就需要規定條件測試或狀態測試。執行部件通過反饋線向控制部件反映當前操作的結果情況，以便使控制部件根據執行部件的“狀態”標誌下達新的微命令。

在系統的一個基本周期(又稱機器周期，一般由幾個時鐘周期組成)中，一組實現一定操作功能的微命令的組合，構成一條微指令。

這裡要強調兩點：

第一，一條微指令的有效持續時間為一個系統基本周期，它表示從R0M中讀出微指令與執行這條微指令的時間總和。當從ROM中讀出下一條微指令後，當前的這條微指令即失效。

第二，一條微指令中包含若干個微命令，它們分頭並行地控制執行部件進行相應的微操作。

微指令除給出微命令信息外，還應給出測試判別信息。一旦出現此信息，執行這條微指令時要對系統的有關“狀態標誌”進行測試，從而實現控制算法流程圖的條件分支。微指令中還包含一個下址欄位，該欄位將指明ROM中下一條微指令的地址。

圖6．27示出了微指令的典型結構，長條框內的符號X表示一個二進制位（bit）。其中微命令欄位給出執行部件的控制信號：X編碼為1，表示有微命令，X編碼為0表示無微命令。測試判別欄位和下一地址欄位一起實現順序控制：當測試判別欄位無效時（X編碼為0），下址欄位信息即是下條微指令的地址；當判別測試欄位有效時（其中一個X編碼為1），根據執行部件反饋線上的標誌信息對下址欄位信息進行修改，修改好的地址即為下條微指令的地址。

圖6．27 微指令的典型結構

微程式是由若干條微指令組成的序列。在計算機中，一條機器指令的功能可由若干條微指令組成的序列來解釋和執行，因此機器執行一條指令的過程，也就是執行一個相應的微程式的過程。就一般數字系統而言，按照我們在第6．5節中使用的概念，微程式實質上就是將控制算法流程圖用EPROM等來實現。

微程式概念的引入使大型複雜數字系統控制器的設計發生了革命性的變化。因為微程式技術可代替硬體布線的控制技術，即由門電路和觸發器等組成的硬體網路可被存有控制代碼的EPROM存儲器所取代。