设计微程序控制器时,控制存储器单元数设定为4096个,采用的微指令格式如下:地址域中,地址选择=1时,微指令地址字段提供下一条跳转微指令地址;地址选择=0时,下一条顺序微指令地址由微程序计数器(μPC)提供。控制域用来产生计算机系统所需控制信号(即微命令),各字段需要产生的控制信号数量如下表:
(1)(5分)请给出微指令各字段的位数,并确定微指令的长度和控制存储器的容量。(2)(5分)按照上述微指令格式给出微程序控制器结构图,并简述其工作原理。
答:(1)微指令各字段的位数如下表所示。微指令的长度为5+4+5+4+5+12+1=36,一共有4096个控制存储器单元,因此控制存储器的容量为4096×36bit=144KB。(2)微程序控制器的结构图如下所示。微程序控制器的工作过程实际上就是在微程序控制器的控制下计算机运行机器指令的过程,这个过程可以描述如下:①执行取指令公共操作。取指令的公共操作通常由一个取指微程序来完成,这个取指微程序也可能仅由一条微指令组成。具体的执行是:在机器开始运行时,自动将取指微程序的入口微地址送入μMAR,并从CM中读出相应的微指令送入μIR。微指令的操作控制字段产生有关的微命令,用来控制计算机实现取机器指令的公共操作。取指微程序的入口地址一般为CM的0号单元,当取指微程序执行完后,从主存中取出的机器指令就已存入指令寄存器中。②由机器指令的操作码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μMAR。③从CM中逐条取出对应的微指令并执行之。④执行完对应于一条机器指令的一个微程序后又回到取指微程序的入口地址,继续第①步,以完成取下一条机器指令的公共操作。以上是一条机器指令的运行过程,如此周而复始,直到整个程序执行完毕为止。
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