压缩微指令长度方法

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

• 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

• 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 MemMem[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

• 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

4. 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