
【計】 microprogrammed machine
decline; profound; tiny
【計】 mic-; micro-
【醫】 micr-; micro-; mikro-; mu
【計】 programmed control
【化】 program control; programmed control
【經】 program control
chance; crucial point; engine; machine; occasion; organic; pivot; plane
flexible
【醫】 machine
微程式控制機(Microprogrammed Control Unit)是計算機體系結構中用于指令解碼與執行的核心控制模塊。其核心原理是通過存儲在控制存儲器中的微指令序列(microcode)生成時序控制信號,驅動運算器、寄存器等硬件單元協同工作。
從漢英詞典角度解析:
定義與結構 中文術語“微程式控制機”對應英文"Microprogrammed Control Unit",由控制存儲器(Control Storage)、微指令寄存器(μIR)和地址生成單元構成。每個機器指令對應一組微程式,通過垂直/水平型微指令格式實現指令擴展。(參考:IEEE Transactions on Computers, 2023)
工作原理 采用兩階段控制機制:先将機器指令翻譯為微程式入口地址,再按微指令周期(microcycle)逐條執行。典型公式表達為: $$ C{next} = f(C{current}, IR) $$ 其中$C$代表控制狀态,$IR$為指令寄存器值(來源:《計算機組成與設計》第五版)
應用特征 與硬布線控制相比,具備可修改性優勢,特别適用于複雜指令集(CISC)處理器。Intel 8086等經典處理器采用分層微代碼結構,通過微代碼修補(microcode patch)實現硬件錯誤修複。(參考:ACM Computing Surveys)
發展演進 現代處理器如AMD Zen架構仍保留微程式控制器,但采用納操作(nanocode)實現更精細的控制粒度。RISC-V等精簡指令集則通過混合控制策略平衡性能與靈活性(來源:Springer《先進處理器設計》)
該控制方式由劍橋大學Maurice Wilkes于1951年首次提出,其論文《The Best Way to Design an Automatic Calculating Machine》奠定了可編程控制的理論基礎。
微程式控制機是一種采用微程式控制器作為核心控制部件的計算機系統,其核心思想是通過預先存儲在控制存儲器中的微程式來解釋和執行機器指令。以下是詳細解釋:
微程式控制
将每條機器指令分解為多個微操作,并将這些微操作對應的控制信號(即微命令)編寫成微指令,最終形成有序的微程式集合。執行指令時,逐條讀取微指令并生成控制信號,驅動硬件完成操作。
核心組成
指令執行流程
下地址生成
微指令中通常包含下一條微指令的地址信息,可通過以下方式确定:
主要用于早期計算機和嵌入式系統,例如工業自動化控制設備中,通過定制微程式實現特定邏輯功能。
如需進一步了解微指令編碼方式(如直接控制法、字段編譯法),可參考來源。
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