问硬布线控制器的设计注意

一旦控制部件构成后，除非重新设计和物理上对它重新布线，否则要想增加新的控制功能是不可能的。 硬布线控制器是计算机中最复杂的逻辑部件之一。当执行不同的机器指令时，通过激活一系列彼此很不相同的控制信号来实现对指令的解释，其结果使得控制器往往很少有明确的结构而变得杂乱无章。结构上的这种缺陷使得硬布线控制器的设计和调试非常复杂且代价很大。正因为如此，硬布线控制器被微程序控制器所取代。但是，在同样的半导体工艺条件下，硬布线控制器速度要比微程序控制的快，随着新一代机器及vlsi技术的发展与不断进步，硬布线的随机逻辑设计思想又得到了重视，现代新型计算机体系结构如risc中多采用硬布线控制逻辑。硬布线控制器主要由组合逻辑网络、指令寄存器和指令译码器、节拍电位/节拍脉冲发生器等部分组成，硬布线控制器的结构方框图如右图所示。其中组合逻辑网络产生计算机所需的全部操作命令，是控制器的核心。

(1) 采用适宜指令格式，合理分配指令操作码；(2) 确定机器周期、节拍与主频；(3) 确定机器周期数及一周期内的操作；(4) 进行指令综合； 综合所有指令的每一个操作命令，写出逻辑表达式，并进行化简。(5) 明确组合逻辑电路。 将简化后的逻辑表达式用组合逻辑电路来实现。操作命令的控制信号先用逻辑表达式列出，进行化简，考虑各种条件的约束，合理选用逻辑门电路、触发器等器件，采用组合逻辑电路的设计方法产生控制信号。总之，控制信号的设计与实现，技巧性较强，一些专门的开发系统或工具供逻辑设计使用，但是，对全局的考虑主要依靠设计人员的智慧和经验实现。 硬布线控制器与微程序控制器相比较，在操作控制信号的形成上有较大的区别外，其它没有本质的区别。对于实现相同的一条指令，不管是采用硬布线控制还是采用微程序控制技术，都可以采用多种逻辑设计方案，导致了各种不同的控制器在具体实现方法和手段上的区别，性能差异。硬布线控制与微程序控制的主要区别归纳为如下方面： 在同样的半导体工艺条件下，微程序控制的速度比硬布线控制的速度低，因为执行每条微程序指令都要从控制存储器中读取，影响了速度；而硬布线控制逻辑主要取决于电路延时，因而在超高速机器中，对影响速度的关键部分如核心部件CPU，往往采用硬布线逻辑实现。在一些新型计算机系统中，例如，RISC(精简指令系统计算机)中，一般都选用硬布线逻辑电路。