i modelli FSM catturano bene gli aspetti di flusso del controllo e decisionali degli algoritmi, tuttavia mancano di gerarchia; ciò è fonte di limitazioni severe quando si tratta di sistemi di controllo complessi

esplosione degli stati

• la dimensione dello spazio degli stati di una FSM prodotto è il prodotto delle dimensioni degli spazi degli stati delle FSM componenti; peggio ancora, se queste hanno condizioni di transizione indipendenti, la numerosità delle condizioni nella FSM prodotto cresce esponenzialmente

gestione delle eccezioni

• le eccezioni sono condizioni che richiedono transizione a uno stato di gestione delle eccezioni qualunque sia lo stato corrente della macchina; l'aggiunta di transizioni per la gestione delle eccezioni a un dato diagramma di transizioni spesso offusca il corso principale del controllo

flessibilità a tempo di esecuzione

• il flusso del controllo cablato definito da una FSM può essere modificato solo rimpiazzando l'implementazione della FSM con un'altra; la motivazione per una maggiore flessibilità del modello è collegata a quella per una maggiore flessibilità dell'hardware

un controllo più flessibile si realizza con la sua microprogrammazione

• la schedule fissa della FSM è rimpiazzata da quella, variabile, determinata da un microprogramma, costituito da microistruzioni, ciascuna delle quali è tradotta in segnali di controllo del datapath

la prima idea di microprogrammazione fu proposta da Maurice Wilkes, nel 1951, ma trovò ampia applicazione a partire dagli anni '60, per divenire dominante nel decennio successivo con la diffusione delle architetture CISC (Complex Instruction-Set Computer)

• in questa idea, il microprogramma è un interprete, residente in una piccola memoria di controllo
• il microinterprete preleva dalla memoria principale istruzioni macchina (qui viste come istruzioni di livello più alto) ed esegue ciascuna di esse mediante un microroutine, cioè una sequenza di microistruzioni di livello più basso
  • la microarchitettura di un processore CISC acquista così l'aspetto di un "processore nel processore", con un microprogramma fisso che durante ogni ciclo macchina preleva un'istruzione ed esegue la microroutine determinata dalla decodifica del codice operativo dell'istruzione prelevata

a partire dagli anni '80 le architetture RISC (Reduced Instruction-Set Computer) hanno conteso il campo a quelle CISC, per divenire quindi dominanti

• la microprogrammazione è tuttora una tecnica molto utile a dare più flessibilità al progetto hardware

CSAR (Control Store Address Register): l'analogo del Program Counter convenzionale

• ciclo di clock determinato dal cammino critico nell'architettura microprogrammata

il formato in figura 6.4 non è ottimale, poiché il campo indirizzo è usato solo per istruzioni di salto: può avere altri usi con altre istruzioni

ecco un esempio di controllo microprogrammato di un datapath che include: una ALU con registro a scorrimento, un banco di otto registri, un registro accumulatore e una porta di input

la tabella 6.1 presenta un esempio di codifica di microistruzioni per l'architettura vista (prima parte):

tabella 6.1 (seconda parte):

con la codifica definita in tabella 6.1, una microistruzione si forma selezionando una funzione per ciascuno dei moduli nel datapath e un indirizzo per il campo Address (con un opportuno valore di indifferenza per esso qualora Nxt sia nullo)

strutture di controllo complesse, quali cicli e strutture if-then-else, possono esprimersi come combinazione (o sequenza) di istruzioni RTL

• a titolo di esempio, sviluppiamo un microprogramma che calcola il GCD di due numeri in input usando l'algoritmo di Euclide

il microprogramma è scritto in una notazione RTL simbolica immediatamente traducibile in microistruzioni in modo simile all'esempio precedente

Schaumont, Listing 6.1 - Micro-program to evaluate a GCD