微程序控制器部件教學(xué)實驗

微程序控制器部件教學(xué)實驗第1頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六微程序控制器的基本原理依據(jù)讀來的機器指令的操作碼，找到與之對應(yīng)的一段微程序的入口地址并讀出這條微指令。其核心問題是以多種方式，為自己形成并提供下一次要用到的微指令在控制存儲器中的地址。第2頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六微程序控制器的組成1、微程序定序器：教學(xué)計算機的微程序控制器中，用于形成下一條微指令地址的核心硬件是一片Am2910。2、控制存儲器：在XCU-雙CPU教學(xué)機中，控存在MACH中，相應(yīng)的微程序也存放在MACH中。第3頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六雙CPU教學(xué)計算機系統(tǒng)雙CPU教學(xué)計算機系統(tǒng)控制器部件(2種類型)運算器部件串行口電路存儲器部件用VHDL描述功能,用FPGA器件實現(xiàn)的第2個CPU系統(tǒng)輔助電路地址數(shù)據(jù)ALUIRFlags節(jié)拍32位控制信號按鍵、功能開關(guān)16位數(shù)據(jù)開關(guān)36位控制信號開關(guān)5V直流電源微指令下地址這個系統(tǒng)的優(yōu)點在于修改已有設(shè)計或增加新的指令等，主要表現(xiàn)為修改ABEL或VHDL語言的程序源碼，編譯后重新下載即可，受布線影響小，教學(xué)實驗效率高第4頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六微堆桟指針SP5字*12位微堆桟F微程序計數(shù)器PC寄存器/計數(shù)器R/CDRFPC多路選擇器命令譯碼器增量器零檢測D11~D0Y11~Y0CP/FULLCI/CC/CCENI3~I0/PL/MAP/VECT/RLD/OE出棧/入棧保持/清零裝數(shù)減量保持清零選擇R為零Am2910器件從四個輸入端選擇一個作為下一條微指令的地址CI為高電平時，計數(shù)器加一，實現(xiàn)微程序的順序執(zhí)行；CI為低電平時，實現(xiàn)同一條微指令的多次執(zhí)行。用于保存微子程序調(diào)用時的返回地址和微程序循環(huán)的首地址外部送來的命令碼條件輸入控制第5頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WE0I2~06位I8~I6

I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI使用6位DC2DC16位共48位微下地址：給出當前微指令的下地址。CI3~CI0:為Am2910提供的命令碼，

使用最多的有4種：

0000初始化

0010MAPROM映射

0011條件微轉(zhuǎn)移

1110順序執(zhí)行SCC3~SCC0:給出形成Am2910條件碼的判定條件：

0000必轉(zhuǎn)

0010/INT=0時，轉(zhuǎn)

0100JRC、JRNC、JRZ、JRNZ條件不成立時，轉(zhuǎn)

0101JRS、JRNS條件不成立時，轉(zhuǎn)

0110IR10=0時，轉(zhuǎn)

0111IR8=1時，轉(zhuǎn)第6頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6

I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位/MIOREQ/WE操作功能

000內(nèi)存寫

001內(nèi)存讀

010I/O寫

011I/O讀

1XX無讀寫I2~I0：選擇數(shù)據(jù)來源

000AQ

001AB

0100Q

0110B

1000A

101DA

110DQ

111D0第7頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI使用6位DC2DC16位I8~I6：運算結(jié)果處理

3位控制碼通用寄存器Q寄存器Y輸出000QFF001F010BFA011BFF100BF/2QQ/2F101BF/2F110B2FQ2QF111B2FFI5~I3：運算功能選擇000

001

010

011

100

101

110

111R+S

SR

RS

R?

S

RSRSR⊕SR⊕S第8頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位A3～A0，B3～B0：選擇寄存器SST控制記憶ALU的狀態(tài)標志位SST2~0CZVS000不變?nèi)徊蛔?01接受ALU狀態(tài)輸010接收內(nèi)部總線輸出0110三位不變1001三位不變101RAM0三位不變110RAM15三位不變111Q0三位不變第9頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I38位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位SSHSCI Cin/Shift000 Cin=0001 Cin=1010 Cin=C100 邏輯移位101 循環(huán)移位DC1：選擇將哪個數(shù)據(jù)來源送至總線

000 送開關(guān)內(nèi)容到內(nèi)部總線

001 送ALU輸出到內(nèi)部總線

010 16位機送IR低位字節(jié)內(nèi)容到內(nèi)部總線

011 送程序狀態(tài)到內(nèi)部總線

100 8位機送擴展符號到內(nèi)部總線

101 中斷向量高位到內(nèi)部總線

110 中斷向量低位到內(nèi)部總線

111 無操作功能，不向內(nèi)部總線發(fā)送數(shù)據(jù)第10頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機的微指令組成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位DC2：選擇允許哪一個寄存器接收送給它的一組數(shù)據(jù)

000 不操作

001 指令寄存器接收

010 地址寄存器低8位（或高、低16位）接收

011 地址寄存器高位接收

100 恢復(fù)原中斷優(yōu)先級

101 接收新中斷優(yōu)先級

110 開中斷

111 關(guān)中斷第11頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六微程序控制器

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存儲器（ROM）指令操作碼微指令轉(zhuǎn)移的控制條件/SCC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G讀命令1.確定指令功能與格式2.劃分指令執(zhí)行步驟3.分配微指令地址4.設(shè)計微指令內(nèi)容5.把新微指令寫入控存6.需要時修改MAPROM和SCCGal等7.調(diào)試并且運行B口二選一A口二選一IR.SRIR.DR第12頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六PC0ARPCPCPC+1IR(AR)/MAP寄存器之間運算與傳送讀、寫內(nèi)存AR地址AR地址

讀、寫內(nèi)存或I/O接口讀、寫內(nèi)存PC地址基本指令、擴展指令執(zhí)行流程圖A組B組C組D組/ResetB、C、D組000102為啟動監(jiān)控程序做好準備03第13頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六加電啟動時，執(zhí)行0PC接下來的兩步，完成取指操作按指令操作碼，讀出相應(yīng)微指令按指令具體功能,再分別用1、2、3、4步完成不同指令組的中各條指令的執(zhí)行過程最后檢查中斷請求信號，有請求時則響應(yīng)中斷，否則開始下一條指令的執(zhí)行過程第14頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六實驗?zāi)康耐ㄟ^看懂教學(xué)計算機中已經(jīng)設(shè)計好并正常運行的幾條典型指令的功能、格式和執(zhí)行流程，最終達到：1、深入理解計算機微程序控制器的基本原理和功能；2、深入地學(xué)習計算機各種典型指令的執(zhí)行流程。第15頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六實驗內(nèi)容將教學(xué)計算機中已經(jīng)實現(xiàn)的幾條簡單指令加以運行，觀察其微地址和控制信號的變化情況，從中領(lǐng)會微程序執(zhí)行過程和方式。第16頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機基本指令流程表（部分）指令操作功能編碼微址下址CI3~0SCC3~00MRW0I2~0SAI8~6SBI5~3B口A口0SSTSSHSSIDC2DC1ALL0->PC,DI#=00000111000000100000100110001010101010000000101110000ALLPC->AR,PC+1->PC0100111000000100001100100000010101010000000110110000ALLMEM->IR0200111000000001000000010000000000000000000000010000ALL/MAP0300001000000100000000010000000000000000000000000000ADDDR+SR->DR000000000430001100000100000110111000000000000001000000000000SUBDR-SR->DR000000010530001100000100000110111001000000000001000100000000ANDDRandSR000000100630001100000100000110111100000000000001000000000000ORDRorSR000001100730001100000100000110111011000000000001000000000000XORDRxorSR000001000830001100000100000110111110000000000001000000000000CMPDR-SR000000110930001100000100000110111110000000000001000100000000TESTDRandSR000001010A30001100000100000110011100000000000001000000000000MVRRSR->DR000001110B30001100000100010010111000000000000000000000000000INCDR+1->DR000010010C30001100000100001100111000000000000001000100000000DECDR-1->DR000010000D30001100000100001100111001000000000001000000000000SHLSHLDR000010100E30001100000100001101111000000000000110000000000000SHRSHRDR000010110F30001100000100001101011000000000000101000000000000JRCNDJRCNDOFFSET1030001100000100010100110000010101010000000000000010JROffset+IP->PC010000011130001100000100010100110000010101010000000000000010IN/OUTPORT->AR10000010100001101214001101100100000100000000000000000000000000110010R0->IO1330001100000010001100010000000000000000000000000001IO->R01430001100000011011100110000000000000000000000000000第17頁，共19頁，2023年，2月20日，星期六教學(xué)機基本指令流程表（部分）指令操作功能編碼微址下址CI3~0SCC3~00MRW0I2~0SAI8~6SBI5~3B口A口0SSTSSHSSIDC2DC1PSH/FSP-1->SP,AR10000100151A001101110100001100110001010000000000000000110000FLAG->MEM1630001100000000000000010000000000000000000000000011POP/FSP->AR,SP+1->SP10000111171C001101110100001100100000010001000000000100110000MEM->FLAG1830001100000001000000010000000000000010000000000000STRRDR->AR10000011191A111000000100001100011000000000000000000000110000ALLSR->MEM,CC#=01A30001100000000010010010000000000000000000000000001LORRSR->AR100000011C00111000000100010010010000000000000000000000110000ALLMEM->DR1C30001100000001011100111000000000000000000000000000MVRDPC->AR,PC+1->PC,CC#=0100010001D1C001100000100001100100000010101010000000100110