
【计】 microprogrammable architecture
【计】 microprogram control
frame; structure; composition; configuration; construction; fabric; mechanism
【计】 frame work
【医】 constitution; formatio; formation; installation; structure; tcxture
微程序控制结构(Microprogrammed Control Unit)是一种计算机中央处理器(CPU)的设计方法,通过存储在控制存储器中的微指令序列来实现指令集的解释和执行。该结构将复杂的硬件控制逻辑转化为可编程的软件层,其核心特征包括:
基本定义与组成 微程序控制结构由微指令(Microinstruction)和控制存储器(Control Memory)构成。每个微指令对应一组控制信号,用于驱动CPU内部功能单元(如ALU、寄存器等)的操作。其英文术语中,微程序(Microprogram)指代存储在控制存储器中的二进制代码序列,而控制存储器通常采用ROM或可写入的PROM实现。
工作原理 当CPU执行机器指令时,微程序控制器会通过地址映射逻辑将操作码转换为微程序入口地址,随后按序读取并执行微指令。例如,执行"ADD"指令可能涉及:取操作数→ALU运算→写回结果等微操作步骤。该过程通过微程序计数器(μPC)实现顺序控制,并通过条件分支支持复杂指令流程。
技术演进 英国计算机科学家Maurice Wilkes于1951年首次提出微编程概念(参见《The Best Way to Design an Automatic Computing Machine》),早期应用于IBM 360系列大型机。现代处理器虽多采用硬连线控制,但微程序技术仍在GPU指令集扩展和复杂指令解码中发挥作用。
设计优势
该结构的局限性在于微指令执行速度低于硬连线控制,因此现代高性能处理器通常采用混合控制方案。如需进一步了解微程序时序逻辑,可参考IEEE Xplore数据库收录的《Computer Organization and Design》第5版(Patterson & Hennessy, 2017)中的控制单元设计章节。
微程序控制结构是计算机中央处理器(CPU)中控制单元的一种设计方法,其核心思想是通过存储的微指令序列来控制指令执行流程。以下从五个方面详细解释:
基本原理 微程序控制将机器指令的执行分解为更细粒度的微操作(如寄存器传输、ALU运算控制等),这些微操作被编码为微指令,存储在控制存储器(CM)中。每条机器指令对应一组有序的微指令,称为微程序。
核心组件
执行流程
取机器指令 → 译码生成微程序入口地址 → 从CM读取首条微指令 →
发出控制信号 → 计算下条微地址 → 循环直至微程序结束
设计特点
性能比较 | 特性| 微程序控制 | 硬布线控制 | |------------|------------------|---------------| | 速度| 较慢(需访问CM) | 更快| | 灵活性| 高(可修改微码) | 固定电路| | 实现复杂度| 低 | 高(需逻辑设计)| | 典型应用| CISC处理器 | RISC处理器|
该结构由Maurice Wilkes于1951年提出,现代处理器中常采用混合控制方案:关键路径用硬布线控制保证性能,复杂操作用微程序实现。随着可编程逻辑器件发展,部分新型处理器采用动态微代码更新技术实现指令集扩展。
背景噪声部位学说差一点等值管长度电池绝缘器法官本身反对角线飞眼亨特氏管甲酚基焦磷酸二丁酯精蛋白酶流动模型硫钌锇矿耐火的品质保证迄今仍准备履行轻生人造糖融三角带传动三路活塞扫描方法砷钙石生活征审理诉案死敌透明双糖醛酸尾形双滴虫