壓縮微指令長度方法

壓縮微指令長度

1. 改直接表示爲編碼表示（壓縮互斥性微指令）

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• 互斥性微命令
  • 輸出信號不能同時爲 1 XXX(out)
  • 運算器的 +1， ADD， SUB 信號也不能同時給出
• 7 個out型命令有7 個狀態 --> 3:8譯碼器
  • 所有輸出裏面一定有一個爲高電平，所以 000 不用
  • 預留的一個狀態表示什麼信號也不給
• 加法類的運算器信號 --> 2:4譯碼器
  • +1，ADD， SUB
  • 無信號
• 縮短了微指令長度，增加了硬件開銷（3:8譯碼器，2:4譯碼器），硬件被所有微程序共享，所以開銷可忽略

2. 去掉下址字段，採用 μPC = μPC + 1 的方式生成微指令地址

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• 每一條指令都有一個下址字段，對控存的浪費是巨大的

• 增加了一個運算器，減少了下址字段，節約了控存空間

3. 改水平型微指令爲垂直型微指令（犧牲並行性）

• 水平性微指令如下

• 一條微指令中一般只有兩個信號，最多4個信號爲1
• 數據通路分類

  • 寄存器傳輸 MOV reg1,reg2 MOV AR,PC(將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
    • 單總線架構中，只存在 R0、R1、R2、IR、AR、X、Z等，一共只有八個寄存器，所以只需要三位就可以描述一個寄存器，指令需要兩個操作，即需要六位

  • 運算類型 ALU_OP reg INC、ADD R1

      例如：
      (X) + 1 -> Z
      (X) + (R1) -> Z
    

    • 單總線架構中運算器的輸入一定來自於X，輸出一定到Z，指令中 X和Z 的值在指令中不需要給出，只需要給出另外一個輸入端來自於哪個寄存器
    • INC 無操作數
    • ADD 源寄存器號（3位）

  • 訪存指令 Men LOAD、STORE

      例如：
      Read Mem
      Mem[AR] -> DR
    

    • Mem Read/Write

  • 順序控制 Branch Branch P1

    • Branch 判斷條件
• 併發水平微指令變爲垂直後可能需要多個時鐘週期完成

• LOAD指令微程序容量
  • 直接表示法 + 下址字段
    • 28位 * 8 = 224位
  • 編碼表示法 + μPC
    • 19位 * 8 = 152位
  • 垂直微指令
    • 8位 * 14 = 112位
• 容量小，速度慢，指令執行需譯碼電路
• 隨着控存價格的降低，垂直型微指令已經被淘汰

4. 水平型與垂直型微指令

• 水平型微指令
  • 並行操作能力強，效率高，靈活性強
  • 微指令字較長，微程序短，控存容量大，性能佳
• 垂直型微指令
  • 子長短，微程序長，控存容量小，性能差
  • 垂直型與指令相似，易於掌握
  • 基本被淘汰