中央处理器控制存储器容量计算与微指令设计

第六章思考题主要围绕Oracle中的中央处理器（CPU）设计和理论展开，探讨了微指令系统和控制存储器的相关概念。以下是本章的四个关键知识点： 1. 控制存储器容量计算：题目涉及一个计算机系统，其指令集有80条，每条指令平均由12条微指令组成，其中有一条取指微指令是共享的。已知微指令长度为32位，我们需要考虑所有微指令，除了共用的取指微指令。控制存储器的容量可以通过以下公式计算：(80 - 1) * (12 - 1) * 32位（不包括共享微指令） + 32位（取指微指令）。这将给出控制存储器所需的总位数。 2. 微程序控制器设计： a) 控制存储器最少微指令数：由于每条机器指令由8条微指令组成，对于6位定长操作码格式的指令系统，理论上控制存储器需要存放的微指令数量是所有指令数乘以每条指令的微指令数，即8 * 8 = 64条微指令。 b) 指令操作码与微程序地址对应：确定这种对应关系通常通过操作码解码逻辑实现，每个操作码对应微程序的特定地址。可以建立一张映射表，将操作码转换为微程序的首地址，使得在执行指令时能根据操作码快速定位到相应的微程序。 3. 微指令控制字段的字段直接编译法：题目提供了8条指令及其对应的微命令控制信号，要求使用6位控制字段并保持微指令的并行性。字段直接编译法是一种将微命令信号编码到微指令控制字段的方法，根据给出的信号列表，每个微指令可以按照信号的出现与否分配1或0。例如，对于I1，由于a、b、c、d、e、f和g信号都存在，其控制码可能是11111111；I2的控制码可能是10000000，依此类推。这样，每个微指令的控制码都可以唯一地对应其所需执行的一组微命令。 4. 八位控制字段设计：此部分需要重新排列给出的微命令，以便使用8位控制字段。设计时，首先分析各微指令的共同性和差异性，确保并行性，即每个微指令同时执行的部分用相同位表示。根据提供的微命令列表，可能需要合并某些相似的微命令或使用二进制编码来压缩信息。例如，通过比较I1和I2，可能发现A、D和G是共享的，可以将这三个微命令分别编码为一个位。完成此任务后，会得到8位控制字段格式，并且保持了所有微指令的并行执行能力。 总结来说，第六章的思考题集中在微指令系统的设计，涉及控制存储器容量计算、微程序控制器的微指令数量、操作码与微程序地址映射以及微指令控制字段的编排，这些都是理解现代计算机硬件架构和指令执行机制的重要内容。