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基于微程序控制器的 《计算机系统综合设计》课程设计 指导书 计算机科学与技术学院 计科教研室 基于微程序控制器的简单机器指令的设计是在TEC-8实验箱上完成的，因此，要求学生必须深刻理解TEC-8实验箱所包含的主要硬件模块的工作原理：算术逻辑单元ALU、双端口寄存器组、数据开关SD7~SD0、双端口RAM、程序计数器PC、地址寄存器AR、指令寄存器IR、微程序控制器、控制信号切换电路、2选1选择器以及与这些模块相对应的指示灯等，详细内容参见TEC-8实验箱实验指导书。下面就与课程设计相关的重点内容扼要介绍一下。 一、基于微程序控制器的机器指令的执行原理 指令周期：取指周期+执行周期，无论是取指周期还是执行周期，都包含了多个微操作，即多个微控制信号。对所有指令来说，指令的取指周期所包含的控制信号是完全一样的，而执行周期中的控制信号，则因指令而异。 二、TEC-8实验箱电路逻辑图 三、指令格式 1、TEC-8实验箱原有的指令 名称 助记符 功能 指令格式 IR（7-4） IR（3-2） IR（1-0） 加法 ADD Rd,Rs Rd + Rs → Rd 0001 Rd Rs 减法 SUB Rd,Rs Rd - Rs → Rd 0010 Rd Rs 逻辑与 AND Rd,Rs Rd and Rs → Rd 0011 Rd Rs 加1 INC Rd Rd +1 → Rd 0100 Rd Rs 取数 LD Rd,[Rs] [Rs] → Rd 0101 Rd Rs 存数 ST Rs,[Rd] Rs → [Rd] 0110 Rd Rs C条件转移 JC addr C=1，则 PC+offset → PC 0111 offset Z条件转移 JZ addr Z=1，则 PC+offset → PC 1000 offset 无条件转移 JMP [Rd] Rd → PC 1001 Rd XX 停机 STP 暂停运行 1110 XX XX 2、课程设计拟新增加的指令 名称 助记符 功能 指令格式 IR（7-4） IR（3-2） IR（1-0） 传送 MOV Rd,Rs Rs → Rd 待定 Rd Rs 减1 DEC Rd, Rd - 1 → Rd 待定 Rd XX 逻辑或 OR Rd,Rs Rd or Rs → Rd 待定 Rd Rs 左移 SHL Rd Rd +Rd → Rd 待定 Rd XX 取反 NOT Rd not Rd → Rd 待定 Rd XX 清零 CLR Rd 0 → Rd 待定 Rd XX 异或 XOR Rd,Rs Rd xor Rs → Rd 待定 Rd Rs 置1 SET Rd 1→ Rd 待定 Rd XX 反传送 NMOV Rd,Rs not Rs → Rd 待定 Rd Rs 置-1 NEG Rd -1→ Rd 待定 Rd XX NC条件转移 JNC addr C=0，则 PC+offset → PC 待定 offset NZ条件转移 JNZ addr Z=0，则 PC+offset → PC 待定 offset 四、TEC-8实验箱的控制信号 根据机器指令功能、格式和数据通路所需的控制信号，TEC-8采用如上图所示的微指令格式。微指令字长40位，顺序字段11位(判别字段P4~P0，后继微地址NμA5~NμA0)，控制字段29位，微命令直接控制。判别字段P4~P0的功能如下表。 NμA5~NμA0 下址，在微指令顺序执行的情况下，它是下一条微指令的地址 P0 =1时，根据后继微地址NμA5~NμA0和模式开关SWC、SWB、SWA确定下一条微指令的地址。见微程序流程图 P1 =1时，根据后继微地址NμA5~NμA0和指令操作码IR7~IR4确定下一条微指令的地址。见微程序流程图。 P2 =1时，根据后继微地址NμA5~NμA0和进位C确定下一条微指令的地址。见微程序流程图。 P3 =1时，根据后继微地址NμA5~NμA0和结果为0标志Z确定下一条微指令的地址。见微程序流程图。 P4 =1时，根据后继微地址NμA5~NμA0和中断信号INT确定下一条微指令的地址。模型计算机中，中断信号INT由时序发生器在接收到中断请求信号后产生。 五、指令执行周期微程序的入口地址的确定 下面分析根据后继微地址NμA5~NμA0、判别位P1和指令操作码如何实现微程序分支的。 微地址01H中的微指令是一条功能为取指令的微指令，在T3的上升沿，从双端口存储器中取出的指令写入指令寄存器IR。在这条微指令中，后继微地址为20H，判别位P1为1、其他判别位均为0。因此根据微地址转移逻辑，很容易就知道，下一条微指令的微地址是： NμA5-T = NμA5 NμA4-