
【计】 horizontal microinstruction
横向微指令(Horizontal Microinstruction)是计算机体系结构中微程序控制单元的核心概念,指通过并行位控制信号直接驱动硬件操作的微指令编码方式。其核心特征表现为:
位级并行控制
每个二进制位独立对应特定硬件控制线(如ALU功能选择、寄存器写入使能),通过位组合实现多路信号同步触发。例如某微指令的bit3-bit0可直接控制运算器的加减乘除功能选择。
非编码格式特性
采用"直接表示法"(Direct Representation),控制字段不进行二次编码,位宽与硬件控制线数量严格对应。这种设计显著提升执行效率,但会增加指令存储空间占用。
时序控制机制
包含两个基本时序参数:微周期(Microcycle)定义信号持续时间,相位信号(Phase Signal)协调多级流水操作。典型应用见于RISC处理器的多级流水线控制。
硬件映射关系
通过微指令寄存器(Microinstruction Register)将二进制位模式转换为物理电路控制信号,每个有效位直接驱动晶体管开关阵列,该设计原理在《计算机组成与设计》(David Patterson著)第四章有详细阐述。
横向微指令是微指令的一种编码格式,属于水平型微指令(Horizontal Microinstruction)。以下是详细解释:
横向微指令的特点是一个微指令字中包含大量控制信号,能同时触发多个并行微操作。它的设计目标是最大化硬件资源的并行性,减少指令执行所需的步骤。
特性 | 横向(水平型) | 垂直型 |
---|---|---|
并行能力 | 高(同时多个操作) | 低(需多个周期完成多个操作) |
编码长度 | 较长(直接映射控制信号) | 较短(需译码器解析) |
应用场景 | 高性能处理器、复杂指令集 | 低功耗设备、简单控制逻辑 |
微指令的并行能力可通过其控制信号数表示:
若微指令字长为$n$位,则最大并行微操作数为$n$(每个位独立控制一个操作)。
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