
【计】 microprogrammable processor
【计】 microcode routine; microprogram; MP
【计】 control processor
微程序控制处理机(Microprogrammed Control Unit)是一种基于存储逻辑原理设计的中央处理器控制单元,其核心特征是将机器指令分解为可编程的微操作序列。该技术由Maurice Wilkes于1951年率先提出,现已成为复杂指令集计算机(CISC)架构的核心实现方式。
从结构组成来看,该系统包含三个关键模块:
其工作流程遵循「取指-译码-执行」的层级化控制模式:
微程序周期 = 取微指令时间 + 微指令执行时间 + 下址生成时间
该公式体现了时间重叠的流水线设计思想(来源:《计算机体系结构:量化研究方法》第5版)。
在工业应用领域,Intel 8086处理器的微代码ROM容量达504×21位,实现了复杂指令的硬件兼容性(数据引自Computer History Museum技术文档)。现代处理器通过可更新微代码机制(如Intel IA-64架构),能够在硅后阶段修复设计缺陷。
相较于硬连线控制方式,微程序控制的核心优势在于:
(注:本文核心概念验证引用自ACM数字图书馆编号10.1145/361237.361243及Springer著作《微程序设计原理》)
微程序控制处理机是一种采用微程序控制技术的计算机处理器,其核心设计理念是通过存储逻辑(微程序)来实现指令的执行控制。以下从定义、组成及工作原理三方面详细解释:
微程序控制
指通过预先存储在控制存储器中的微程序(由微指令序列组成)来控制计算机操作的方式。每条机器指令对应一个微程序,通过逐条执行微指令中的微命令实现指令功能。
处理机
即中央处理器(CPU),负责执行指令和数据处理。在微程序控制处理机中,CPU的控制单元采用微程序控制方式。
控制存储器(CM)
存储微程序的只读存储器(ROM),每个存储单元对应一条微指令,包含控制信号和后续微指令地址。
微指令结构
包含两部分:
微程序控制器
由微地址寄存器、微指令寄存器、地址转移逻辑等组成,负责解析指令操作码并生成对应微程序入口地址。
指令执行流程
层级关系
机器指令 → 微程序(多个微指令) → 微命令 → 微操作(如寄存器传输、ALU运算)。
设计灵活性
通过修改微程序即可调整指令功能,适合复杂指令集(CISC)实现。
可靠性高
硬件电路简化,控制逻辑固化在ROM中,抗干扰能力强。
速度相对较慢
需多次访问控制存储器,相比硬布线控制器延迟更高。
注:该技术广泛应用于早期计算机和现代复杂指令集处理器设计中,如x86架构的部分实现仍采用微程序控制。
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