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

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,RsRd + Rs → Rd0001RdRs减法SUB Rd,RsRd - Rs → Rd0010RdRs逻辑与AND Rd,RsRd and Rs → Rd0011RdRs加1INC RdRd +1 → Rd0100RdRs取数LD Rd,[Rs][Rs] → Rd0101RdRs存数ST Rs,[Rd]Rs → [Rd]0110RdRsC条件转移JC addrC=1，则

PC+offset → PC0111offsetZ条件转移JZ addrZ=1，则

PC+offset → PC1000offset无条件转移JMP [Rd]Rd → PC1001RdXX停机STP暂停运行1110XXXX2、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,RsRs → Rd待定RdRs减1DEC Rd,Rd - 1 → Rd待定RdXX逻辑或OR Rd,RsRd or Rs → Rd待定RdRs左移SHL RdRd +Rd → Rd待定RdXX取反NOT Rdnot Rd → Rd待定RdXX清零CLR Rd0 → Rd待定RdXX异或XOR Rd,RsRd xor Rs → Rd待定RdRs置1SET Rd1→ Rd待定RdXX反传送NMOV Rd,Rsnot Rs → Rd待定RdRs置-1NEG Rd-1→ Rd待定RdXXNC条件转移JNC addrC=0，则

PC+offset → PC待定offsetNZ条件转移JNZ addrZ=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-