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微程序控制器

news 2025/9/29 7:24:13

废话

CPU执行一条机器指令（比如 ADD R1, R2）是一个非常复杂的过程，包含多个小步骤（微操作）。硬布线控制器像是现场即兴发挥，靠一堆复杂的电路逻辑来实时决定下一步干嘛；而微程序控制器则是严格按照剧本拍戏，这个剧本就是微程序。

基本概念（假的）：

机器指令	一场戏	比如“打斗戏”、“文戏”。这就是我们写的程序（如 `ADD`, `MOV`）。
微操作	一个具体的武打动作	比如“出拳”、“踢腿”。这是CPU最基本的操作，如“打开PC到MAR的门”、“内存读信号”。
微命令	动作指令	导演喊“出拳！”，这个口令就是微命令，它导致演员做出“出拳”的微操作。一一对应，可以理解为同一个事物的两种表述（信号 vs 动作）。
微指令	一个分镜头剧本	一个分镜头里可能同时要求好几个动作，比如“演员A出拳，演员B后仰”。一条微指令包含多个可以同时执行的微命令（并行）。
微程序	整场戏的完整剧本	由一连串的分镜头剧本（微指令）组成。一条机器指令（一场戏）对应一个微程序（一个完整剧本）。
控制存储器(CM)	剧本库	一个存放所有戏（所有机器指令）的完整剧本（微程序）的仓库。CPU出厂前就写好了（ROM）。
微地址寄存器(CMAR)	当前镜头编号	指示现在要拍的是剧本库里的第几个分镜头。
微指令寄存器(CMDR)	当前正在拍的分镜头剧本	从剧本库（CM）里根据编号（CMAR）取出来的具体内容。
顺序逻辑/地址形成	导演和场记	负责决定下一个要拍哪个分镜头。根据当前镜头的结果、演员状态（标志位）等来决定。

注：指令 > 微程序 > 微指令 > 微命令（微操作）

基本结构（真的）：

工作流程（真的假的）：

执行取指令的公共操作（机器运行时自动将CM中的取指微程序入口地址送到CMAR，并从CM中读出下相应微指令送入CMDR，CMDR的控制字段产生有关微命令执行取指公共操作。取指微程序执行完后，主存中取出的机器指令已存入IR。）
1. 导演行动：开机！所有戏的开头都一样。导演大喊："场记，准备拍通用开场镜头！" 于是，CMAR（当前镜头编号）被设置为 0（通用开场剧本的起始位置）。
2. 场记行动：场记跑到剧本库（CM）的0号位置，取出第一个分镜头剧本（微指令），递给演员们（放入CMDR）。
3. 演员表演：所有演员按照这个分镜头剧本里的指示，并行地执行一系列基础动作（微命令）
机器指令的OP字段经微地址形成部件，产生该机器指令地址对应的入口地址并送入CMAR。
1. 导演研判：主演（IR）拿到了剧本《ADD R1, R2》。导演一看剧本封面上的类型码（操作码OP），发现是"武打戏（ADD指令）"。
2. 查找剧本：导演（微地址形成部件）翻看总目录，迅速找到"武打戏专用完整剧本（ADD指令的微程序）"存放在剧本库（CM）里的起始地址，比如50号位置。
3. 下达指令：导演对场记说："开场拍完了，现在转场，去拍50号位置的武打戏！" 于是，CMAR（当前镜头编号）被更新为 50。
根据地址从控制存储器中逐条取出微指令并执行，每条微指令都可以产生下一条微指令地址。
1. 正式开拍：场记根据新的镜头编号（CMAR=50），从剧本库（CM）中取出"武打戏"的第一个分镜头剧本（微指令），交给演员（放入CMDR）。
2. 精彩表演：演员们执行这个分镜头里的所有武打动作（微命令）。
3. 决定下一镜：每个分镜头剧本的最后，都会写明下一个镜头怎么拍（下地址形成方式）
一条机器指令对应的微程序执行完成后，下一条微指令又回到取值微程序地址入口，重复第一步。
1. 杀青转场：这条"武打戏"（ADD指令）的最后一个分镜头拍完。在这个镜头的剧本里写着："本戏杀青，所有人员回到0号场地，准备下一场戏的通用开场。"
2. 循环开始：CMAR（镜头编号）被重置为 0。
3. 流程重启：控制器立刻回到步骤①，开始为执行下一条机器指令（下一场戏）拍摄"通用开场镜头"。