【考研408&计算机组成原理】微程序控制器详解与易错点梳理

微程序控制器概述

微程序控制器使用微指令来控制计算机的操作，这些微指令集合在一起形成了一个微程序。微程序控制器的设计使得指令的执行更加灵活和高效。

核心概念

这里我用比较容易理解的话梳理了下面的这些核心概念吼，从上往下是从大到小的排序 理解透彻了期间的关系 后面的解题才会顺利哦

• 程序：程序是由高级语言编写的代码，但它们通常需要通过编译器或解释器转换成可执行的机器码。编译器将高级语言代码编译成机器码，而解释器则在运行时逐行解释并执行代码。在程序编写的时候，大部分时候都会调用各种各样的操作系统提供的系统指令
• 系统指令：通常我们说的系统指令是指操作系统提供的API（应用程序编程接口），它们允许程序请求操作系统服务。这些指令可以是用户级的，也可以是内核级的。用户级指令通常由操作系统的API提供，而内核级指令涉及到操作系统的核心功能。而这些所谓的API 的底层实现只不过是一堆已经写好的机器指令,由汇编程序员将其封装成了一个个API能够直接用
• 机器指令：是机器最基本执行的指令如push 等，这些指令都分别一一对应微程序 由微程序来实现
• 微程序：由一系列微指令组成，实现特定的机器指令。
• 微指令：是控制计算机操作的基本单元。包含了一系列的微命令来实现各种的微操作。
• 微命令：是一种能够控制各种部件的基本控制信号，由他告诉各部件“谁”要“干什么”
• 微操作：因微命令的控制而执行的基本动作

微程序控制器的组成

• 控制存储器（CM）：存储微指令的介质，可以是RAM+ROM或仅ROM。
• 微指令寄存器：存放当前正在执行的微指令。
• 微地址寄存器：存放下一条要执行的微指令的地址。

微指令编码方式

微指令的编码方式直接影响到微程序的效率和复杂度。

直接编码

• 简单直观，但可能造成指令字段过长。

字段直接编码

• 将微指令分为多个字段，每段译码后发出控制信号。

字段间接编码（隐式编码）

• 需要另一个字段中的微命令来解释当前字段的命令。

混合编码

• 结合了直接编码和字段编码的优点。

微指令格式

微指令的格式决定了微程序的结构和执行效率。

水平型

• 一条微指令可定义多个并行的基本操作。

垂直型

• 一条微指令只能定义一种基本操作。

混合型

• 结合了水平型和垂直型的特点。

控制器的优缺点

• 优点：执行高效，微程序短。
• 缺点：可能需要译码，执行相对缓慢。

易错点梳理

1. 混淆微指令与机器指令：微指令是实现机器指令的低级指令，不要与机器指令本身混淆。
2. 误解微程序控制器的组成：控制存储器、微指令寄存器、微地址寄存器等组件的功能和区别需要明确。
3. 编码方式选择不当：不同的编码方式适用于不同的场景，需要根据实际需求选择合适的编码方式。
4. 忽视微指令格式的选择：水平型、垂直型和混合型的微指令格式对执行效率有直接影响，选择时需要考虑实际的执行需求。
5. 忽略微程序控制器的优缺点：在设计和使用微程序控制器时，需要权衡其优缺点，以达到最优的设计效果。

微程序控制器的工作流程可以分为几个关键步骤，以下是对这些步骤的梳理：

1. 指令的取值：首先，CPU从主存储器（MM）中取出指令，并将其存放在指令寄存器（IR）中。
2. 微指令的获取：接着，根据指令寄存器中的指令，微程序控制器通过控制存储器（CM）来获取对应的微指令。控制存储器是微程序控制器的核心部件，可以由RAM+ROM或仅ROM构成。
3. 微指令的执行：获取到微指令后，微程序控制器将执行这些微指令。微指令存放在微指令寄存器中，并通过微地址寄存器来确定下一条要执行的微指令。
4. 控制信号的生成：微指令形成部件根据微指令生成相应的控制信号，这些信号将控制数据通路中的各个部件进行操作。
5. 数据通路的操作：控制信号将指导数据通路中的运算器（ALU）、寄存器等部件进行数据的读取、写入、运算等操作。
6. 微程序的顺序控制：微程序控制器需要按照一定的顺序来执行微指令序列。这通常涉及到顺序控制字段，包括判断测试字段和后继微地址字段。
7. 中断处理：在执行过程中，如果出现中断请求，微程序控制器将进行中断判优，并在合适的时机响应中断，保存断点，并引出中断服务程序。
8. DMA传输：在需要时，微程序控制器还可以通过DMA（Direct Memory Access）方式进行数据的快速传送，减少CPU的负担。
9. 指令周期的完成：在完成所有相应的微操作后，一个指令周期结束，CPU将继续执行下一条指令。

另外，利用了工作之余的一点点时间，整理了一套考研408的知识图谱，

我根据这一套知识图谱打造了这样一个408知识图谱问答系统

里面的每一个回答都是根据考研408的考点回复的