計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、任課教師：張芳、許建龍計(jì)算機(jī)組成原理（2013-2014學(xué)年第2學(xué)期）實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號(hào)：姓名： 班級(jí)： 微程序控制器實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?) 了解TEC-2機(jī)控制器部件的組成2) 熟練掌握56位微指令中各字段的含義3) 可以通過(guò)微碼自己用監(jiān)控程序編程序，實(shí)現(xiàn)兩數(shù)相加和相減，以及更復(fù)雜的操作二、 實(shí)驗(yàn)儀器：主機(jī)一臺(tái)三、 簡(jiǎn)要原理：1TEC-2機(jī)的控制器部件的組成TEC-2機(jī)控制器部件的關(guān)鍵內(nèi)容包括：（1）由7片LS6116隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器芯片組成的56位字長(zhǎng)的微程序控制存儲(chǔ)器，用于存放TEC-2機(jī)的微程序。其內(nèi)容在剛加電時(shí)不定，加電后將首先從2片ROM（LS2716芯片）中讀出固化的、用于實(shí)現(xiàn)53

2、條機(jī)器指令的微程序，經(jīng)組織后寫入這一控制存儲(chǔ)器，這一過(guò)程稱為裝入微碼。裝入完成后，將從監(jiān)控程序的零地址執(zhí)行指令，完成TEC-2機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。這之后，還可以用LDMC指令按規(guī)定的辦法向控制存儲(chǔ)器寫入新的微程序，以實(shí)現(xiàn)新的機(jī)器指令。從簡(jiǎn)化邏輯框圖上可以看到，控制存儲(chǔ)器的地址為RA9RA0，讀出的信息送微指令流水線寄存器PLR。（2）微指令寄存器PLR由7片8位的寄存器芯片（6片LS374和1片LS273）組成，用于存放當(dāng)前微指令的內(nèi)容，更具體的說(shuō)明將在后面給出。（3）微程序定序器AM2910芯片（其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、引腳信號(hào)和運(yùn)行原理等稍候詳細(xì)說(shuō)明），是微程序控制器中非常關(guān)鍵、也是稍微難懂一點(diǎn)的部分。在學(xué)

3、習(xí)中要正確理解。它的核心功能是依據(jù)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)與當(dāng)前微指令的有關(guān)內(nèi)容等，正確地形成下一條微指令的地址，以保證微程序按要求的微指令序列關(guān)系自動(dòng)地逐條銜接執(zhí)行。（4）程序計(jì)數(shù)器PC和當(dāng)前指令地址寄存器IP，是用運(yùn)算器通用寄存器組中的兩個(gè)選定的寄存器R5和R6實(shí)現(xiàn)的，這在圖上見(jiàn)不到。（5）指令寄存器IR，用于存放當(dāng)前正在執(zhí)行的指令內(nèi)容。 （6）為AM2910提供輸入地址信號(hào)的配套線路，包括： 由兩片LS2716 ROM芯片組成的MAPROM，它將指令寄存器中的操作碼轉(zhuǎn)換成一 段微程序的入口地址； 由l片LS125和1片LS244組成的接收內(nèi)部總線的IB9IB0信號(hào)的選擇門電路，它把由水平板上的開(kāi)關(guān)

4、提供的微指令地址送AM2910的地址輸入端； 由1片LS125和微指令寄存器的PLR5548組成的一組地址輸入，把當(dāng)前微指令中的后續(xù)地址B5546送入AM2910的地址輸入端；請(qǐng)注意，1片LS125（共4位獨(dú)立的輸入和輸出端）分成兩組（每組兩位）分別用于和兩項(xiàng)用途。這三組信號(hào)均為10位寬，且為互斥關(guān)系，分別由AM2910芯片提供的3個(gè)互斥控制信號(hào)/MAP、/VECT和/PL加以選通。（7）由AM2910芯片的10位地址輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)的配套電路，包括： 由一片LSl75和一片LS374寄存器組構(gòu)成的記憶電路，用于保存當(dāng)前微指令的地址，其輸出僅送往顯示燈部分，以顯示當(dāng)前微指令的地址； 由3片LS25

5、7（四位的二選一電路）芯片構(gòu)成的微控存的地址選擇形成電路，它實(shí)現(xiàn)在AM2910的10位輸出地址與存儲(chǔ)器地址寄存器的低10位地址之間的選擇，結(jié)果送往微控存的地址輸入端，用于完成微控存單元的讀寫操作；選擇信號(hào)是Smux。 與此有關(guān)的還有3片計(jì)數(shù)器芯片LS161組成的地址計(jì)數(shù)器電路，其輸出（共10位）通過(guò)兩片LS244與剛提到的3片LS257的10位輸出形成“線或”關(guān)系，用計(jì)數(shù)器的一個(gè)輸出端Y11實(shí)現(xiàn)二者之間的選擇，Y11為0時(shí)，RA9RA 0是計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)，提供完成裝入微碼過(guò)程的微控存的地址，Y11為1時(shí)，表明裝入微碼的過(guò)程已結(jié)束，微控存的地址RA9RA 0為3片LS257的輸出信號(hào)，以完成機(jī)

6、器指令運(yùn)行過(guò)程中的微控存的讀、寫（寫僅用于LDMC指令）操作。（8）由2片LS2716ROM芯片組成的、固化的微碼保存電路及讀寫控制電路。這是為機(jī)器加電后完成裝入微碼所配備的專用線路。除2片LS2716外，還有前邊提到的3片LS161芯片（計(jì)數(shù)器），1片LSl61芯片，2片LS244、l片Gal20v8、1片LS74、l片LSl23和1片LS00。其連接關(guān)系在邏輯線路圖（二）的右下部分。這一部分不是學(xué)習(xí)控制器部件的重點(diǎn)內(nèi)容，后面還會(huì)簡(jiǎn)單說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)原理與運(yùn)行過(guò)程。2TEC-2機(jī)控制器部件實(shí)現(xiàn)中的一些技術(shù)問(wèn)題（1）關(guān)于微碼裝入問(wèn)題前邊已簡(jiǎn)單地提到過(guò)TEC-2機(jī)的微碼裝入問(wèn)題。TEC-2機(jī)支持64條

7、基本機(jī)器指令，已實(shí)現(xiàn)了53條指令。相應(yīng)這53條機(jī)器指令的微程序保存在2片LS2716 ROM芯片中，這2片LS2716 ROM組成了一個(gè)專用的2K容量的16位固定存儲(chǔ)器。它每4個(gè)相鄰的字用于存放一條56位字長(zhǎng)的微指令，其中第4個(gè)字的最高8位未用，用零填充。為了把每一條微指令裝入微控存，就必須分4次依次讀出4個(gè)16位的字，并分別送到56位字長(zhǎng)的LDR寄存器的不同的16位（最高位部分只有8位）部分，然后一次寫入56位的微控存中。為此，設(shè)立了兩個(gè)地址計(jì)數(shù)器。第一個(gè)計(jì)數(shù)器由3片4位的計(jì)數(shù)器LSl61芯片組成，加電時(shí)使其被清零，以后每來(lái)一個(gè)特定的工作脈沖使其計(jì)數(shù)一次。它的輸出，一方面用作微控存寫入單元的

8、地址，又用作讀ROM芯片的高9位地址。讀ROM芯片的最低兩位地址則由第2個(gè)計(jì)數(shù)器提供，這是個(gè)用一片計(jì)數(shù)器電路LSl61芯片接成4分頻的計(jì)數(shù)器，每計(jì)滿4次則給出一個(gè)脈沖輸出信號(hào)，用作為第一個(gè)計(jì)數(shù)器的特定計(jì)數(shù)脈沖，保證第二個(gè)計(jì)數(shù)器每計(jì)滿4次，第一個(gè)計(jì)數(shù)器才計(jì)數(shù)一次，兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出拼接成11位的地址，用于讀ROM的字地址。第2個(gè)計(jì)數(shù)器的4次計(jì)數(shù)的不同狀態(tài)，還用于控制把從ROM中讀出的內(nèi)容寫入LDR寄存器的不同部分，圖上用LRCP0、LRCPl、LRCP2和LRCP3表示。當(dāng)讀完ROM的所有單元（共2048個(gè)字），計(jì)數(shù)器的Y11將從0變?yōu)?，則結(jié)束微碼裝入操作。這里請(qǐng)注意，微控存的地址是通過(guò)3選1邏

9、輯給出的，即靠Smux實(shí)現(xiàn)對(duì)AM2910的10位輸出和存儲(chǔ)器的地址寄存器的低10位輸出的2選l，靠Y11和/Y11實(shí)現(xiàn)的對(duì)2選1的10位輸出與計(jì)數(shù)器的10位輸出經(jīng)兩片LS244的“線或”選擇。邏輯圖上可以看得清楚，兩片LS244的輸出和3片2選l的輸出都標(biāo)明為RA9RA0，實(shí)現(xiàn)中它們的相應(yīng)位是接在一起的。LDMC/RESET按鈕都會(huì)啟動(dòng)微程序代碼的裝入操作過(guò)程，詳細(xì)線路參見(jiàn)邏輯線路圖(二)右下角部分的內(nèi)容。（2）微指令格式每條微指令由56位組成，從高向低各位標(biāo)記為B55B0，分為13個(gè)字段，如下所示：表1.5.1 微指令的56位微碼B55B46下地址B45 B44備用B43B40CI3 CI

10、0B39B37SCCB36SCB35備用B34B32SSTB31MIOB30B28MI8MI6B27REQB26-B24MI5 MI3B23WEB22B20MI2MI0B19B16A口地址B15B12B口地址B11B10SCIB9B8SSHB7SAB6B4DC1B3SBB2B0DC256位微碼分放在7片存儲(chǔ)器芯片中。18位微碼用于控制與給出每條微指令的下地址，供控制器部件本身使用。其中：B55B46的10位微碼是下地址字段；B45、B44位備用；B43B40為CI3CI0，是用于給出AM2910芯片的16種命令碼的編號(hào)；B39B37、B36分別為3位的SCC和1位的SC，給出AM2910芯片的

11、條件判斷信號(hào)/CC的選擇碼，用于保證微指令的條件轉(zhuǎn)移等；提供給運(yùn)算器部件的控制信號(hào)有26位，分別是：A口地址、B口地址、A口和B口地址選擇控制信號(hào)SA、SB，合計(jì)共10位；3組3位的AM2910的控制信號(hào)MI8MI6、MI5MI3、MI2MI0共9位；控制標(biāo)志寄存器寫入的SST、最低位進(jìn)位控制SCi、移位信號(hào)形成的SSH 3個(gè)字段共7位。它們的使用方法已在運(yùn)算器部件的討論中講述清楚。還有3位微碼/MIO、REQ和/WE用于控制內(nèi)存的讀寫、外設(shè)接口的讀寫、以及微碼的裝入。其規(guī)定如下表1.5.2所示：表 1.5.2/MIO REQ /WE操作功能/MIO REQ /WE操作功能0 0 00 0 1

12、0 1 0存儲(chǔ)器寫存儲(chǔ)器讀I/O寫0 1 11 0 ×1 1 ×I/O讀不操作裝入微碼（3）TEC-2機(jī)的微程序設(shè)計(jì) 下一條微指令的地址的形成微程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是處理好每條微指令的下地址，以保證微程序正確、高效地執(zhí)行。在TEC-2機(jī)中，這是通過(guò)一片微程序定序器AM2910芯片實(shí)現(xiàn)的。·AM2910芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)AM2910芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1.5.1所示。AM2910包括一個(gè)四輸入的多路地址選擇器，用來(lái)選擇寄存器/計(jì)數(shù)器（R），直接輸入（D），微程序計(jì)數(shù)器（uPC）或微堆棧（F）中的一個(gè)作為下一條微指令的地址。寄存器/計(jì)數(shù)器由12個(gè)D型觸發(fā)器組成。當(dāng)它

13、用作寄存器時(shí)，主要用于保存一個(gè)微地址，用以實(shí)現(xiàn)微程序分支；當(dāng)它用作計(jì)數(shù)器時(shí)，具有減一功能(何時(shí)減一，取決于AM2910的命令碼)，主要用于控制微程序的循環(huán)次數(shù)，若裝入的初值為N，則可執(zhí)行N+1次。微程序計(jì)數(shù)器由12位增量器和12位寄存器組成。當(dāng)增量器的進(jìn)位輸入CI為高電平時(shí)，多路器的輸出Y加1后裝入PC（即PCY十1），用于實(shí)現(xiàn)微程序的順序執(zhí)行；而當(dāng)CI為低電平時(shí)，多路器的輸出Y直接裝入PC（即PCY），用于實(shí)現(xiàn)同一條微指令的多次執(zhí)行。微堆棧是由5字×12位的寄存器堆和微堆棧指針SP組成，主要用于保存微子程序調(diào)用的返回地址和微程序循環(huán)的首地址。微堆棧指針SP總是指向最后一次壓入的數(shù)據(jù)

14、，因此，執(zhí)行微程序循環(huán)時(shí)，允許不執(zhí)行彈出操作而直接訪問(wèn)微堆棧的棧頂。當(dāng)堆棧中的數(shù)據(jù)達(dá)到5個(gè)時(shí)，就發(fā)出堆棧已滿信號(hào)（/FULL=0)，這時(shí)，任何壓入操作都將覆蓋掉棧頂?shù)臄?shù)據(jù)。AM2910輸出3個(gè)使能信號(hào)：/PL，/MAP和/VECT，用以決定直接輸入D的來(lái)源。當(dāng)/PL有效時(shí)（即/PL0），D來(lái)源于微指令的下地址字段，用于實(shí)現(xiàn)微程序轉(zhuǎn)移；當(dāng)/MAP有效時(shí)（即/MAP0），D來(lái)源于MAPROM，用于實(shí)現(xiàn)從機(jī)器指令到相應(yīng)的微程序段的轉(zhuǎn)移；當(dāng)/VECT有效時(shí)（即/VECT0），原意D來(lái)源于中斷向量，現(xiàn)用于接收手撥微地址。·AM2910引腳的定義輸入線：D11D0：外部直接輸入的數(shù)據(jù)，既可作為寄

15、存器/計(jì)數(shù)器的初值，也可直接經(jīng)地址多路選擇器從Y輸出，作為下一條微指令的地址。I3I0：AM2910的命令碼，來(lái)自微指令字的有關(guān)字段，用以選擇AM2910的16條命令之一。 /CC：條件輸入，若為低電平，則表示測(cè)試成功，否則，表示測(cè)試失效。/CCEN：/CC允許信號(hào)，若為低電平，則表示/CC有效，否則，不管/CC是什么狀態(tài)，測(cè)試條件為永真。/RLD：寄存器/計(jì)數(shù)器裝入信號(hào)，當(dāng)為低電平時(shí)，不管AM2910所執(zhí)行的命令和測(cè)試條件如何，都強(qiáng)制把直接輸入D11D0裝入。/OE：Y輸出允許信號(hào)，低電平有效，當(dāng)為高電平時(shí)，Y輸出為高阻態(tài)。CP：時(shí)鐘脈沖信號(hào)，由低變高的上升邊沿觸發(fā)所有內(nèi)部狀態(tài)的變化。輸出線

16、：Y11Y0：下一條微指令的地址，它直接作為控制存儲(chǔ)器的地址。/FULL：微堆棧滿信號(hào)，低電平有效。/PL、/MAP、/VECT：3個(gè)使能信號(hào)，用于決定直接輸入D的來(lái)源。·AM2910的功能與具體用法表1.5.5給出了AM2910的一部分功能，這些功能是由命令碼I3I0，條件輸入/CC、/CCEN以及計(jì)數(shù)器當(dāng)前值組合的結(jié)果。AM2910提供了16條命令，用來(lái)選擇下一條將要執(zhí)行的微指令的地址。其中，有4條命令（0、2、12、14）是無(wú)條件命令，其功能僅取決于命令本身的功能；有3條命令（8、9、15）受到內(nèi)部計(jì)數(shù)器當(dāng)前值的控制；有10條命令（1、3、4、5、6、7、10、11、13、15

17、）圖 1.5.1 AM2910的結(jié)構(gòu)圖受到條件輸入（/CC和/CCEN）的控制。命令15同時(shí)受到條件輸入和計(jì)數(shù)器當(dāng)前值的控制，可以實(shí)現(xiàn)3路（F、D、PC）轉(zhuǎn)移。現(xiàn)將要用到的2、3、4、8、14、15這6條命令的功能說(shuō)明如下：2號(hào)命令：無(wú)條件轉(zhuǎn)MAP（JMAP）。3號(hào)命令：條件轉(zhuǎn)移。條件測(cè)試時(shí)，為假順序執(zhí)行，為真則按下地址D轉(zhuǎn)移。4號(hào)命令：進(jìn)棧并條件裝入計(jì)數(shù)器（PUSH）。把下條微指令的地址壓入堆棧中，同時(shí)若條件測(cè)試通過(guò)，則把當(dāng)前微指令地址字段的內(nèi)容（通常作為循環(huán)次數(shù)）裝入計(jì)數(shù)器中，然后順序執(zhí)行。該命令通常是為建立微程序循環(huán)作準(zhǔn)備。8號(hào)命令：重復(fù)循環(huán)（RFCT）。為了使用這條命令，前面必須有一條

18、命令（通常是4號(hào)命令）把循環(huán)首地址壓入堆棧，把循環(huán)次數(shù)裝入計(jì)數(shù)器。該命令執(zhí)行時(shí)，先檢測(cè)計(jì)數(shù)器的值是否為零，若不為零，則計(jì)數(shù)器減一，并取微棧頂?shù)膬?nèi)容作為下條微指令的地址（即轉(zhuǎn)循環(huán)首地址繼續(xù)循環(huán)），否則，把微堆棧指針減一（即彈出循環(huán)地址），順序執(zhí)行下條微指令。14號(hào)命令：順序執(zhí)行。15號(hào)命令：3路轉(zhuǎn)移（TWB）與8號(hào)命令類似，在該命令執(zhí)行之前，前面必須有一命令（如4號(hào)命令）已把轉(zhuǎn)移地址壓入堆棧，把循環(huán)計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。該命令同時(shí)受到條件輸入和計(jì)數(shù)器當(dāng)前值的控制。當(dāng)計(jì)數(shù)器不為零時(shí)，計(jì)數(shù)器減一，同時(shí)，若條件測(cè)試通過(guò)，則退棧（即彈出轉(zhuǎn)移地址），并選擇PC作為下條微指令的地址，否則，選擇微棧頂作為下條微指

19、令的地址；當(dāng)計(jì)數(shù)器為零時(shí)，微堆棧指針減一（即退棧），此時(shí)，若條件測(cè)試通過(guò)，則下條微指令的地址來(lái)自PC，否則，來(lái)自當(dāng)前微指令的下地址字段。 在TEC-2機(jī)的實(shí)現(xiàn)中，已把AM2910的/OE端接地，使其輸出Y11Y0總是有效的（實(shí)用Y9Y0共10位）。并把/CCEN接地，使AM2910的條件判斷結(jié)果一定取決于/CC。把CI接電源，使PC+1總是執(zhí)行的。用/VECT信號(hào)把通過(guò)水平板上開(kāi)關(guān)給出的10位的微指令的入口地址接通到AM2910的D輸入端。關(guān)于/CC條件碼的形成，主要是通過(guò)微碼位SCC和SC來(lái)選擇判斷條件，其具體規(guī)定見(jiàn)下表1.5.3。表1.5.3 /CC條件碼的形成SCC B39 B38 B3

20、7SC或 IR10IR8/CCSCC B39 B38 B37SC或 IR10IR8/CC01017IR10IR8=000IR10IR8=001IR10IR8=010IR10IR8=011IR10IR8=100IR10IR8=101IR10IR8=110IR10IR8=111/C/Z/V/SCZVS2345SC=0SC=0SC=0SC=0/FS1/FS2/FS3/WAIT23456SC=1SC=1SC=1SC=1/C/Z/V/S/INT表1.5.3中的FSl、FS2和FS3是水平板上的3個(gè)功能開(kāi)關(guān)，用于選擇TEC-2機(jī)執(zhí)行不同的功能，其具體規(guī)定如表1.5.4所示（功能選擇）：WAIT是TEC-2

21、處于單步執(zhí)行時(shí)，單步控制線路的等待狀態(tài)（等待按下STEP微型按鍵）經(jīng)控制線路（Gal2）給出的信號(hào)。表 1.5.4FS1 FS2 FS3 FS4執(zhí)行功能 × × × 1 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)0 0 0 0 裝入微程序 0 0 1 0 執(zhí)行微程序 0 1 0 0 存儲(chǔ)器寫（單步） 0 1 1 0 存儲(chǔ)器讀（單步） 1 0 0 0 存儲(chǔ)器讀（連續(xù)） 1 0 1 0 從0地址連續(xù)執(zhí)行 1 1 0 0 從指定地址單步執(zhí)行 1 1 1 0 從指定地址連續(xù)執(zhí)行C、Z、V、S或它們的取反值/C、/Z、/V、/S是運(yùn)算器中的4個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位。當(dāng)SCC的3位微碼為111時(shí)，通過(guò)條件轉(zhuǎn)移指令的指

22、令寄存器的第108位選擇它們，以形成條件碼/CC的值。當(dāng)SC為1時(shí)，通過(guò)SCC三位編碼的2、3、4和5狀態(tài)選擇/C、/Z、/V、/S形成條件碼CC的值，用于非條件轉(zhuǎn)移指令的微指令中。/INT為中斷請(qǐng)求信號(hào)，低電平有效，在每條指令結(jié)束時(shí)，判有無(wú)中斷請(qǐng)求，以確定轉(zhuǎn)中斷處理還是執(zhí)行下一條指令。/CC條件碼的形成是用一片Gal20v8器件實(shí)現(xiàn)的，其邏輯表達(dá)式見(jiàn)附錄4中SCC部分。TEC-2機(jī)只用了AM2910器件的7條命令，且已將/CCEN控制端接地，PC增1控制信號(hào)CI接高電平，故現(xiàn)AM2910已用的命令表可簡(jiǎn)化為下表1.5.5所示：3TEC-2機(jī)微程序分析附錄2 給出了TEC-2機(jī)的微程序清單。每

23、條微指令在清單中的內(nèi)容是：從左數(shù)第一列是每條微指令在控存中的地址，用16進(jìn)制數(shù)給出。表 1.5.5 AM2910的命令表完成功能CI3CI0R/C內(nèi)容R/C操作使 能信 號(hào)/CCEN/CC高/CC低Y輸出堆棧Y輸出堆棧0初始化/PL0清除0清除2指令功能分支/MAPDD3 條件轉(zhuǎn)移/PLPCD4入棧R/C裝數(shù)注1/PLPC壓入PC壓入8 R/C非零循環(huán)非零-1/PLFF零/PLPC彈出PC彈出14順序執(zhí)行/PLPCPC15三路分支非零-1/PLFPC零/PLD彈出PC彈出注1：/CC為高，R/C保持 /CC為低，R/C裝數(shù)注2：R/C操作欄為空，則保持堆棧欄為空，則保持第二列是本條微指令完成功

24、能的簡(jiǎn)單說(shuō)明，包括選用什么條件形成/CC條件碼。第三列是AM2910選定的命令碼。第四列是在本條微指令字的下地址字段B55B46給出的下地址字段的內(nèi)容，經(jīng)常是一個(gè)微轉(zhuǎn)移地址。再接下來(lái)給出用16進(jìn)制表示的56位微碼的具體內(nèi)容。每?jī)晌粩?shù)字表示一片8位的控存芯片中的信息。其字段排列關(guān)系已在微指令格式中給出。顯而易見(jiàn)，前面說(shuō)過(guò)的第三列和第四列的內(nèi)容已包含在這56位微碼的高14位部分。僅是由于這兩個(gè)字段的內(nèi)容對(duì)閱讀微程序更加重要，才將其再單獨(dú)表示在第三、四兩列。在最右部分，有些微指令中還有簡(jiǎn)單注釋，表明操作功能選擇或該微程序段入口地址所對(duì)應(yīng)的匯編指令內(nèi)容。（1）微程序執(zhí)行過(guò)程假定TEC-2機(jī)的功能開(kāi)關(guān)撥

25、在1010的位置，表明要從主存的0地址連續(xù)執(zhí)行程序。加電后的信號(hào)將首先啟動(dòng)裝入微碼，裝入完成的信號(hào)，或RESET按鍵給出的RESET信號(hào)將微指令寄存器PLR的B47B40清零，使CI的四位為0000，得到AM2910的0#命令碼，它使AM2910芯片內(nèi)的R/C與微堆棧清空，并使微地址輸出Y11Y0（TEC-2機(jī)僅用Y9Y0共10位）為0，故首先要讀出并執(zhí)行保存在控存0號(hào)單元中的微指令，從而開(kāi)始了微程序的執(zhí)行過(guò)程。頭一條微指令是判FS1所處的狀態(tài)，它為1（開(kāi)始已假定），按表規(guī)定，是CC為1，故/CC為低，按AM2910的3#命令規(guī)定，應(yīng)轉(zhuǎn)移到地址10H。接下來(lái)執(zhí)行10H地址中的微指令。（0地址中

26、的微指令要實(shí)現(xiàn)的IBPC，IBAR功能暫不討論）。10H中的微指令判FS2，為0，使/CC為高，不滿足轉(zhuǎn)移條件，應(yīng)順序執(zhí)行下一條微指令。11H中的微指令判FS3，為l，則轉(zhuǎn)移到17H。以上3條微指令完成了判定FSl、FS2、FS3開(kāi)關(guān)為101位置，應(yīng)進(jìn)入從主存0地址連續(xù)執(zhí)行程序的操作過(guò)程。17H中的微指令完成把0值送入PC的操作。實(shí)現(xiàn)的方案是在運(yùn)算器中執(zhí)行R5-R5R5的操作。R5即是PC。該微指令選用14#命令，表明應(yīng)順序執(zhí)行下一條微指令。18H中的微指令完成PC送地址寄存器，并將PC的內(nèi)容保存到IP（即R6）中，以備后面可能有相對(duì)轉(zhuǎn)移的地址計(jì)算之用。下條微指令地址用14#命令產(chǎn)生。19H完

27、成取指與PC增量的操作。至此，當(dāng)前指令已取到指令寄存器IR中，并準(zhǔn)備好順序執(zhí)行指令的指令地址（即PC+1PC）。下條微指令地址用14#命令產(chǎn)生。20H選用2#命令，它使AM2910輸出的控制信號(hào)/MAP為低電平，完成從MAPROM取得當(dāng)前指令對(duì)應(yīng)的微程序段的入口地址。MAPROM是由2片8位的ROM芯片組成的微指令地址映射部件，其地址輸入是指令寄存器IR中給出的指令操作碼，其輸出為該條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微程序段的入口地址。指令操作碼與相應(yīng)微程序入口地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系在附錄1 各條指令的操作碼及微程序入口地址表格中給出。接下來(lái)的微指令開(kāi)始執(zhí)行指令的具體功能。例如，ADD指令將導(dǎo)致進(jìn)入1CH微指令，完成D

28、R+SRDR的功能；而ADC指令將導(dǎo)致進(jìn)入1EH微指令，完成DR+SR+CDR的功能；SUB和SBB指令，將通過(guò)20H、22H微指令分別完成DR-SRDR、DR-SR-CDR的功能，如此等等。上述4條指令的例子中，具體完成相應(yīng)功能的辦法，是正確地選擇AM2901芯片的3組3位的控制碼，和正確選擇最低位的進(jìn)位信號(hào)，并使/MIO、REQ、/WE為101，即不執(zhí)行內(nèi)存或外設(shè)的入/出操作。上述4條指令的相應(yīng)微指令的下地址字段均給出A4，微指令下地址的控制碼選為3#，即按條件決定是順序執(zhí)行還是轉(zhuǎn)移，而判斷條件是/CC=0，即一定轉(zhuǎn)移，故下一條微指令的地址為A4H。A4H微指令的功能是依據(jù)有無(wú)中斷請(qǐng)求，決

29、定是進(jìn)入中斷處理過(guò)程，還是順序執(zhí)行下一條指令，這是每條機(jī)器指令完成后應(yīng)該執(zhí)行的一項(xiàng)操作。若沒(méi)有中斷請(qǐng)求，則執(zhí)行A5H微指令。它要依據(jù)功能開(kāi)關(guān)FS3的狀態(tài)，檢查是連續(xù)執(zhí)行程序（FS1FS4為1010或1110）還是單條指令方式執(zhí)行程序（FS1FS4為1100），并完成PC內(nèi)容送地址寄存器，保留PC值到IP中。若為連續(xù)執(zhí)行時(shí)，則轉(zhuǎn)回19H進(jìn)入下一條指令的取指過(guò)程。（2）TEC-2機(jī)53條基本指令的微程序總體結(jié)構(gòu)下面看一看TEC-2機(jī)53條基本指令的微程序的總體結(jié)構(gòu)。 從00H15H這16條微指令，用于判別TEC-2機(jī)上3個(gè)功能開(kāi)關(guān)FSl、FS2、FS3的位置狀態(tài)，以決定TEC-2機(jī)的運(yùn)行方式，具體

30、規(guī)定在前面已給出，并表示在TEC-2機(jī)的簡(jiǎn)明操作卡上。這包括運(yùn)行微程序、裝入微碼、存儲(chǔ)器讀寫（包括在監(jiān)控命令支持下讀寫或用開(kāi)關(guān)、按鈕方式讀寫），控制程序運(yùn)行的方式（單步還是連續(xù)），運(yùn)行程序的首地址等。前面還以FS1、FS2、FS3處于101，且FS4處于0狀態(tài)為例，講解了這里有關(guān)的幾條微指令的功能與運(yùn)行次序。 17H18H兩條微指令用于加電后啟動(dòng)監(jiān)控程序，即把0地址值送入PC，PC值送地址寄存器，做好讀取頭一條指令的準(zhǔn)備工作。 19H這條微指令完成取指，并實(shí)現(xiàn)PC值增量。這條微指令公用于所有指令，是所有指令必須首先完成的共同操作，它與指令的操作碼無(wú)關(guān)。1AH微指令，實(shí)現(xiàn)按新取來(lái)的指令的操作碼找

31、到實(shí)現(xiàn)該條指令功能的微程序段的入口地址，是接在取指后必須完成的一項(xiàng)操作。 1CHA3H這些微指令用于實(shí)現(xiàn)TEC-2機(jī)53條基本指令的執(zhí)行功能。每一條機(jī)器指令用l條或多條微指令實(shí)現(xiàn)，每條指令都有各自的一個(gè)微程序段入口地址。在前邊我們已具體看了幾條指令，諸如ADD、ADC、SUB、SBB的執(zhí)行過(guò)程。 A4HABH這幾條微指令用于在每條指令結(jié)束后，判有無(wú)中斷請(qǐng)求，是連續(xù)還是單步執(zhí)行程序。A4H還用于保存狀態(tài)寄存器到Q。有中斷請(qǐng)求時(shí)，轉(zhuǎn)向由ADHB6H實(shí)現(xiàn)的中斷響應(yīng)功能。無(wú)中斷請(qǐng)求，則完成PCAR，為順序執(zhí)行或轉(zhuǎn)移取下一條指令做好準(zhǔn)備。A5H與18H兩條微指令的功能有些類似，差別在于，18H在初始加電

32、后準(zhǔn)備監(jiān)控程序的首地址，A5H是執(zhí)行完一條指令后，準(zhǔn)備下一條指令的地址。A5H還要判連續(xù)還是單步執(zhí)行程序，即判FS3功能開(kāi)關(guān)處于1還是0狀態(tài)。連續(xù)時(shí)直接轉(zhuǎn)19H完成取指，單步執(zhí)行時(shí)，用下邊的幾條微指令處理等待，即等用戶按下STEP鍵。注意，此時(shí)FSl、FS2、FS3必須處于101的狀態(tài)，否則無(wú)法結(jié)束等待狀態(tài)。 ADHB6H完成中斷響應(yīng)，包括處理機(jī)狀態(tài)入棧，中斷入口地址（由中斷優(yōu)先級(jí)拼接固定的高位地址形成，參見(jiàn)邏輯圖紙）送進(jìn)PC等。中斷實(shí)驗(yàn)中有更詳細(xì)些的說(shuō)明。 B8HBAH 3條微指令是手工裝入微碼和寫存儲(chǔ)器用到的等待微子程序；BCHBEH是手動(dòng)讀存儲(chǔ)器用到的等待微子程序。有了上述說(shuō)明，我們給出

33、當(dāng)FS1FS4為1010時(shí)，機(jī)器為從0地址連續(xù)執(zhí)行狀態(tài)，在無(wú)中斷請(qǐng)求的情況下，整個(gè)微程序的流程圖（如下圖1.5.2所示）， 并對(duì)一段匯編語(yǔ)言程序的微程序執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行分析。下述微程序流程圖1.5.2中A5H、19H的功能是取指令，1AH類似于分析指令，1CHA3H是執(zhí)行指令?，F(xiàn)在假設(shè)在內(nèi)存單元800H處開(kāi)始存放如下表1.5.6所示的程序段和數(shù)據(jù)，并且（PC）=0800H、（R11）=700H。下面逐條分析微指令的執(zhí)行過(guò)程。循環(huán)未結(jié)束循環(huán)未結(jié)束循環(huán)結(jié)束8CH NOP1CH ADD DR，SR1EH ADC DR，SR00H10H11H17H18H19H1AH32H33H27H MOV DR，DAT

34、ASR 3CH38H39H3AH3BH3EH3DH MUL SR78H79H JR CND，ADR A5HA4H 圖 1.5.2 微程序的流程圖 表 1.5.6 地址機(jī)器碼或數(shù)據(jù)匯編指令07F0H0CABSUB R10，R110800H0489ADD R8，R90801H38ABMOV R10，120R110802H01200803H9DEDJR Z，07F00804H4003MUL R30805H0820H0AB0我們從（PC）=A5H開(kāi)始分析，分析過(guò)程見(jiàn)下表1.5.7，在分析欄中給出了主要的分析要點(diǎn)，比較詳細(xì)的分析過(guò)程，是通過(guò)仔細(xì)分析56位微指令各字段的含義，確定其具有的功能。表 1.5.

35、7微指令地址寄存器PC微指令分析及功能描述A5H微指令06 43 80 B0 C5 60 02 CI3CI0=3功能PCAR，PCIP，CC#=/FS3；FS3=1連續(xù)執(zhí)行，F(xiàn)S3=0單步執(zhí)行 （PC）= 19H寄存器的值（AR）=0800H，（IP）= 0800H19H微指令00 0E 00 30 B0 54 01 CI3CI0=14功能PC+1PC，MEMIR；取指令到IR寄存器 （PC）= 1AH寄存器的值（PC）=0801H，（IR）= 0489H1AH微指令00 02 00 90 80 00 00 CI3CI0=2功能產(chǎn)生/MAP，轉(zhuǎn)入相應(yīng)微程序入口 （PC）= 1CH分析IR15I

36、R10作為地址01H輸入到MAPROM，讀出1CH，作為下條微指令的地址1CH微指令29 03 01 B0 90 00 88 CI3CI0=3功能SR+DRDR，CC#=0 （PC）= A4H分析Am2901的A、B口地址來(lái)自IR3IR0、IR7IR4；其它控制位的作用請(qǐng)察看TEC-2機(jī)的簡(jiǎn)明操作卡A4H微指令2B 43 C0 80 F0 00 30 CI3CI0=3功能STRQ，CC#=INT#；保存狀態(tài)于Q寄存器 （PC）= A5H分析DC1選擇/FTOIB，Am2901將D輸入到Q。A5H微指令06 43 80 B0 C5 60 02 CI3CI0=3功能PCAR，PCIP，CC#=/F

37、S3；FS3=1連續(xù)執(zhí)行，F(xiàn)S3=0單步執(zhí)行 （PC）= 19H寄存器的值（AR）=0801H，（IP）= 0801H19H微指令00 0E 00 30 B0 54 01 CI3CI0=14功能PC+1PC，MEMIR；取指令到IR寄存器 （PC）= 1AH寄存器的值（PC）=0802H，（IR）=38ABH1AH微指令00 02 00 90 80 00 00 CI3CI0=2功能產(chǎn)生/MAP，轉(zhuǎn)入相應(yīng)微程序入口 （PC）=32H分析IR15IR10作為地址0EH輸入到MAPROM，讀出32H，作為下條微指令的地址32H微指令00 0E 00 A0 B5 54 02 CI3CI0=14功能PC

38、AR，PC+1PC （PC）= 33H分析（AR）=0802H，（PC）= 0803H；特別注意A口、B口地址均選為5，且MI8MI6的值為01033H微指令09 C3 00 10 D0 00 8A CI3CI0=3功能MEM+SRAR （PC）= 27H分析此處 （0802）+R11AR，也就是（AR）=120H+700H=820H；此時(shí)（AR）=0820H，（PC）= 0803H；27H微指令29 03 00 30 F0 00 88 CI3CI0=3功能MEMDR； （PC）= A4H分析根據(jù)地址寄存器的內(nèi)容讀內(nèi)存（AR）=0820H，（820）=0AB0H，（R10）=0AB0H；A4H

39、微指令2B 43 C0 80 F0 00 30 CI3CI0=3功能STRQ，CC#=INT#；保存狀態(tài)于Q寄存器 （PC）= A5H分析DC1選擇/FTOIB，Am2901將D輸入到Q。A5H微指令06 43 80 B0 C5 60 02 CI3CI0=3功能PCAR，PCIP，CC#=/FS3；FS3=1連續(xù)執(zhí)行，F(xiàn)S3=0單步執(zhí)行 （PC）= 19H寄存器的值（AR）=0803H，（IP）= 0803H19H微指令00 0E 00 30 B0 54 01 CI3CI0=14功能PC+1PC，MEMIR；取指令到IR寄存器 （PC）= 1AH寄存器的值（PC）=0804H，（IR）=9DE

40、DH1AH微指令00 02 00 90 80 00 00 CI3CI0=2功能/MAP 轉(zhuǎn)入相應(yīng)微程序入口 （PC）=78H分析IR15IR10作為地址10011X輸入到MAPROM，IR10不論是0還是1，均讀出78H，作為下條微指令的地址。78H微指令29 03 E0 90 80 00 00 CI3CI0=3功能測(cè)試轉(zhuǎn)移條件是否成立，不成立不修改PC，（PC）=A4H，此時(shí)匯編語(yǔ)言指令順序執(zhí)行；測(cè)試條件成立，修改PC，（PC）=79H，此時(shí)匯編語(yǔ)言指令轉(zhuǎn)移執(zhí)行；分析IR10IR8=101作為CND的測(cè)試條件，判斷Z； Z=0，CC#=0，CI3CI0=3，微指令轉(zhuǎn)移，選擇本條微指令的二進(jìn)制

41、高10位作為下條微指令的地址，即290H=0010 1001 0000B，去掉二進(jìn)制地址最后兩個(gè)00后，微指令的后繼地址為00 1010 0100B，（PC）=A4H，此時(shí)匯編語(yǔ)言指令順序執(zhí)行； Z=1，CC#=1，CI3CI0=3，微指令順序執(zhí)行，（PC）=79H；79H微指令29 03 00 B0 D6 50 20 CI3CI0=3功能修改PC，此時(shí)匯編語(yǔ)言指令轉(zhuǎn)移執(zhí)行； 分析IP+OFFSETPC，OFFSET的值為指令寄存器中的IR7IR0，即EDH，是一個(gè)8位補(bǔ)碼，將OFFSET表示的8位補(bǔ)碼進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展，得到16位的補(bǔ)碼FFEDH，則IP+OFFSET=0803H+FFEDH=07

42、F0H，即（PC）=07F0H，程序轉(zhuǎn)移到07F0H處執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了匯編語(yǔ)言指令的轉(zhuǎn)移執(zhí)行。假定程序順序執(zhí)行，即（PC）=0804HA4H微指令2B 43 C0 80 F0 00 30 CI3CI0=3功能STRQ，CC#=INT#；保存狀態(tài)于Q寄存器 （PC）= A5H分析DC1選擇/FTOIB，Am2901將D輸入到Q。A5H微指令06 43 80 B0 C5 60 02 CI3CI0=3功能PCAR，PCIP，CC#=/FS3；FS3=1連續(xù)執(zhí)行，F(xiàn)S3=0單步執(zhí)行 （PC）= 19H寄存器的值（AR）=0804H，（IP）= 0804H19H微指令00 0E 00 30 B0 54 01

43、 CI3CI0=14功能PC+1PC，MEMIR；取指令到IR寄存器 （PC）= 1AH寄存器的值（PC）=0805H，（IR）=4003H1AH微指令00 02 00 90 80 00 00 CI3CI0=2功能/MAP 轉(zhuǎn)入相應(yīng)微程序入口 （PC）=38H分析IR15IR10作為地址010000B輸入到MAPROM，讀出38H，作為下條微指令的地址38H微指令00 0E 00 B1 90 00 00 CI3CI0=14功能0R0；R0作為部分積的高16位，初始值為0；在運(yùn)算完成后，由3DH微指令將Q送入R1中。 （PC）= 39H39H微指令00 0E 03 80 C1 00 00 CI3

44、CI0=14功能R1Q，0C； （PC）=3AH分析將乘數(shù)R1送入Q，Q作為乘數(shù)寄存器3AH微指令03 C4 07 C0 B0 02 00 CI3CI0=4功能 用4號(hào)命令設(shè)置AM2910的循環(huán)計(jì)數(shù)初值、堆棧棧頂內(nèi)容、下條微指令地址 R0Q聯(lián)合右移R0Q，Q0C，CC#=0 （PC）= 3BH分析 4號(hào)命令將本條微指令字段的高12位03 CH（=0000 0011 1100B，去掉最低兩位）轉(zhuǎn)換成0FH，存入寄存器/計(jì)數(shù)器R/C中，作為循環(huán)次數(shù)的初值。 將(PC)= 3BH壓入AM2910微堆棧作為循環(huán)的首地址 將(PC)= 3BH輸出作為下條微指令的地址。3BH微指令0F 83 50 90

45、80 00 00 CI3CI0=3功能一位原碼乘法中，需要判斷乘數(shù)的最低位是0，還是1，決定部分積加0，還是加被乘數(shù)。因?yàn)門EC-2中無(wú)法判斷Q的最低位Q0，故在上條微指令中，將Q右移，Q0送入C中，根據(jù)進(jìn)位標(biāo)志C的值判斷來(lái)Q0，以決定微程序執(zhí)行部分積加0，還是加被乘數(shù)的微指令。分析 C=0，CC#=1，CI3CI0=3，（PC）=3CH C=1，CC#=0，CI3CI0=3，（PC）=3EH3CH微指令00 08 07 C0 B0 02 00 CI3CI0=8功能 部分積加0后與Q聯(lián)合右移，Q0C，作為下次加操作的判斷條件，Q的最高位中逐漸移入部分積的低位部分。 判斷循環(huán)次數(shù)是否結(jié)束。若未結(jié)

46、束，執(zhí)行3BH；結(jié)束，執(zhí)行3DH。分析AM2910用8號(hào)命令生成下條微指令的地址。若AM2910的寄存器/計(jì)數(shù)器R/C中為0，表示循環(huán)次數(shù)已到，下條微指令的地址是3DH（3CH+1），彈出棧頂內(nèi)容3BH；若AM2910的寄存器/計(jì)數(shù)器R/C中不為0，表示循環(huán)次數(shù)未到，下條微指令的地址是棧頂內(nèi)容3BH，返回循環(huán)首地址；3DH微指令29 03 01 B0 A0 10 00 CI3CI0=3功能QR1，匯編程序通過(guò)讀R1獲得乘積的低16位；（PC）= A4H（思考：沒(méi)有QR1可以嗎？）3EH微指令0F 4F 27 C0 90 02 80 CI3CI0=15功能 部分積加被乘數(shù)后與Q聯(lián)合右移，Q0C，

47、作為下次加操作的判斷條件，Q的高位中逐漸移入部分積的低位部分。 判斷循環(huán)次數(shù)是否結(jié)束。若未結(jié)束，執(zhí)行3BH；結(jié)束，執(zhí)行3DH。分析AM2910用15號(hào)命令生成下條微指令的地址，且CC#=1。若AM2910的寄存器/計(jì)數(shù)器R/C中不為0，表示循環(huán)次數(shù)未到，下條微指令的地址3BH，來(lái)自微堆棧棧頂內(nèi)容，微程序返回循環(huán)首地址；若AM2910的寄存器/計(jì)數(shù)器R/C中為0，表示循環(huán)次數(shù)已到，下條微指令的地址來(lái)自本條微指令下地址字段0F 4H中的高10位，即3DH。部分積R0與被乘數(shù)相加，被乘數(shù)寄存器來(lái)自指令的IR3IR0按照以上思路，很容易分析出其它指令的微程序執(zhí)行過(guò)程。上述程序段的微指令執(zhí)行過(guò)程涉及到寄

48、存器傳輸、運(yùn)算器外的數(shù)據(jù)傳入寄存器、讀內(nèi)存、算術(shù)邏輯運(yùn)算等基本操作。對(duì)于寫內(nèi)存的操作，請(qǐng)同學(xué)們分析指令 MOV DR，SR來(lái)理解寫操作的過(guò)程。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(一)微程序指令格式： 入口地址100HD4XX0826：D400假設(shè)D400從內(nèi)存地址0826開(kāi)始存放IP(R6)=0826PC àADDR10827：0a000a00地址初值存放0023PC+1àADDR20828：0a010a01地址初值存放0023PC+1+1à另一條匯編指令，內(nèi)存地址：0829功能： ADDR1 + ADDR2-àADDR2 （假設(shè)這條機(jī)器指令的匯編指令表示為：ADDM AD

49、DR2，ADDR1）微地址 微程序： PC（R5）100： PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5402；將0a00所在的地址0827送給地址寄存器AR，PC（0827）+1PC101： MEMAR： 0000 0E00 10F0 0002 ；(MEM)讀0827單元內(nèi)容0a00，并送給地址寄存器AR，準(zhǔn)備讀取該單元；內(nèi)容0023102： MEMQ： 0000 0E00 00F0 0000 ；(MEM)讀0a00單元內(nèi)容0023，并送給Q寄存器，暫時(shí)保存103： PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5402 ；將0a01所在的地址0828送給地址寄存器A

50、R，PC（0828）+1PC104： MEMAR： 0000 0E00 10F0 0002 ；(MEM)讀0828單元內(nèi)容0a01，并送給地址寄存器AR，準(zhǔn)備讀取該單元內(nèi)容0023105： MEM+QQ： 0000 0E01 00E0 0000 ；(MEM)讀0a01單元內(nèi)容0023并與0a00的內(nèi)容（Q）相加，然后送給Q寄存器暫時(shí)保存106： QMEM，CC#=0，3#： 0029 0300 1020 0010 ；將兩單元內(nèi)容相加的結(jié)果（Q）寫入地址為0a01的存儲(chǔ)單元 (MEM)中，并轉(zhuǎn)向A4H地址執(zhí)行后續(xù)處理程序。CC#=/CC。寫存儲(chǔ)器或?qū)慖/O時(shí)，DC1必須選用運(yùn)算器的輸出（001）。最后轉(zhuǎn)移到地址290（=0A4H）執(zhí)行后續(xù)處理程序注：關(guān)于下地址“290”的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，先將A4H=0A4H從右到左用二進(jìn)制數(shù)寫出，不足十位在最高位補(bǔ)“0”，然后將備用位（B45、44）用“00”代替，也就是在該數(shù)右邊補(bǔ)上“00”并與左面的數(shù)組合在一起，再?gòu)挠蚁蜃笏奈灰唤M組合成十六進(jìn)制數(shù)，即可得該微地址在下地址字段中的具體表示數(shù)。如：0A4H=0010 1001 0000B=290（二）啟動(dòng)TEC-2機(jī)，進(jìn)入監(jiān)控程序狀態(tài)（三）將微碼輸入到由900H開(kāi)始的內(nèi)存單元中1、用“E”命令輸入微碼在命令行提示符狀態(tài)下輸入：>E900屏幕將顯示：0900：之后繼續(xù)