压缩微指令长度方法

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压缩微指令长度

1. 改直接表示为编码表示(压缩互斥性微指令)


  • 互斥性微命令
    • 输出信号不能同时为 1 XXX(out)
    • 运算器的 +1, ADD, SUB 信号也不能同时给出
  • 7 个out型命令有7 个状态 --> 3:8译码器
    • 所有输出里面一定有一个为高电平,所以 000 不用
    • 预留的一个状态表示什么信号也不给
  • 加法类的运算器信号 --> 2:4译码器
    • +1,ADD, SUB
    • 无信号
  • 缩短了微指令长度,增加了硬件开销(3:8译码器,2:4译码器),硬件被所有微程序共享,所以开销可忽略

2. 去掉下址字段,采用 μPC = μPC + 1 的方式生成微指令地址


  • 每一条指令都有一个下址字段,对控存的浪费是巨大的

在这里插入图片描述

  • 增加了一个运算器,减少了下址字段,节约了控存空间

3. 改水平型微指令为垂直型微指令(牺牲并行性)

  • 水平性微指令如下

在这里插入图片描述

  • 一条微指令中一般只有两个信号,最多4个信号为1
  • 数据通路分类
    • 寄存器传输 MOV reg1,reg2 MOV AR,PC(将PC送到AR)

        例如:
        (PC)->AR, (PC)->X
        (Z)->PC
        (DR)->IR
        (IR)->AR, (PC)->X
        (DR)->R0
      
      • MOV 源寄存器 目的寄存器
      • 单总线架构中,只存在 R0、R1、R2、IR、AR、X、Z等,一共只有八个寄存器,所以只需要三位就可以描述一个寄存器,指令需要两个操作,即需要六位
    • 运算类型 ALU_OP reg INC、ADD R1

        例如:
        (X) + 1 -> Z
        (X) + (R1) -> Z
      
      • 单总线架构中运算器的输入一定来自于X,输出一定到Z,指令中 X和Z 的值在指令中不需要给出,只需要给出另外一个输入端来自于哪个寄存器
      • INC 无操作数
      • ADD 源寄存器号(3位)
    • 访存指令 Men LOAD、STORE

        例如:
        Read Mem
        Mem[AR] -> DR
      
      • Mem Read/Write
    • 顺序控制 Branch Branch P1

      • Branch 判断条件
  • 并发水平微指令变为垂直后可能需要多个时钟周期完成

在这里插入图片描述

  • LOAD指令微程序容量
    • 直接表示法 + 下址字段
      • 28位 * 8 = 224位
    • 编码表示法 + μPC
      • 19位 * 8 = 152位
    • 垂直微指令
      • 8位 * 14 = 112位
  • 容量小,速度慢,指令执行需译码电路
  • 随着控存价格的降低,垂直型微指令已经被淘汰
  1. 水平型与垂直型微指令
  • 水平型微指令
    • 并行操作能力强,效率高,灵活性强
    • 微指令字较长,微程序短,控存容量大,性能佳
  • 垂直型微指令
    • 子长短,微程序长,控存容量小,性能差

    • 垂直型与指令相似,易于掌握

    • 基本被淘汰

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