計算機組成原理課程設計報告——16位機微程序控制器指令系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)院（系、部）：信息工程學院小組成員姓名:班級：指導教師：一、設計題目16位機微程序控制器指令系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)二、設計目的通過看懂教學計算機組合邏輯控制器中已經(jīng)設計好并正常運行的幾條基本指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JR、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程，然后自己設計微程序控制器中的29條基本指令和19條擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調試正確，達到以下目的：1、深入理解計算機控制器的功能、組成知識和各類典型指令的執(zhí)行過程；2、對指令格式、尋址方式、指令系統(tǒng)、指令分類等建立具體的總體概念；3、學習微程序控制器的設計過程和相關技術。三、設計說明1、控制器設計是學習計算機總體組成和設計的重要的部分。要在TEC—2000教學計算機上完成這項設計，必須清楚懂得：2、TEC—2000教學機的微程序控制器主要由作為選件的微程序控制器小板和教學機大板上的7GAL20V8組成。3、TEC—2000教學機微程序控制器上要實現(xiàn)的全部基本指令和擴展指令的控制信號都是由微程序小板上的7片控制存儲器給出的。4、應了解監(jiān)控程序的A命令只支持基本指令，擴展指令應用E命令將指令代碼寫入到相應的存儲單元中；不能用T、P命令單步調試擴展指令，只能用G命令執(zhí)行擴展指令。5、要明白TEC—2000教學機支持的指令格式及指令執(zhí)行流程分組情況；理解TEC—2000教學中已經(jīng)設計好并正常運行的各類指令的功能、格式、執(zhí)行流程和控制信號的組成。6、明確自己要實現(xiàn)的指令格式、功能、執(zhí)行流程設計中必須遵從的約束條件。7、為了完成擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調試正確的實驗內容，具體過程包括：（1）確定指令格式和功能，要受教學機已有硬件的約束，應盡量與已實現(xiàn)指令的格式和分類辦法保持一致；（2）劃分指令執(zhí)行步驟并設計每一步的執(zhí)行功能，設計節(jié)拍狀態(tài)的取值，應參照已實現(xiàn)指令的處理辦法來完成，特別要注意的是，讀取指令的節(jié)拍只能用原來已實現(xiàn)的，其他節(jié)拍的節(jié)拍狀態(tài)也應盡可能的與原用節(jié)拍的狀態(tài)保持一致和相近；（3）在指令微程序表中填寫每一個控制信號的狀態(tài)值，注意要特別仔細，并有意識地體會這些信號的控制作用；（4）將設計好的微碼，裝入控制存儲器的相應單元；（5）寫一個包含你設計的指令的程序，通過運行該程序檢查執(zhí)行結果的正確性，來初步判斷你的設計是否正確；如果有問題，通過幾種辦法查出錯誤并改正，繼續(xù)調試，直到完全正確。四、設計內容1、完成微程序控制器指令系統(tǒng)設計，主要內容是由學生自己設計29條基本指令和1條擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、運行、調試正確。2、首先看懂TEC—2000教學計算機的功能部件組成和線路邏輯關系，然后分析教學計算機組合邏輯控制器中已經(jīng)設計好并正常運行的幾條典型指令（例如ADD、MVRR、OUT、MVRD、JRC、RET等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程。3、設計微程序控制器指令系統(tǒng)中各條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調試正確，例如ADC、STC、JRS、JRNS、LDRX、STRX、JMPR、CALR、LDRA等19條擴展指令。4、單條運行指令，查看指令的功能、格式和執(zhí)行流程。5、用監(jiān)控程序的A、E（擴展指令必須用E命令置入）命令編寫一段小程序，觀察運行結果。五、任務分工王一龍負責制作報告與微程序編碼表孔瑤負責解釋STRR，PUHF，RCR的含義李源負責制作基本操作指令流程圖高昂負責制作拓展操作指令流程圖課程學習日志：周二上午課程設計動員，分組分配工作，下午閱讀查詢相關資料明確設計目的，制定計劃。周三上午理解29條基本操作指令，并制作流程圖。下午理解19條拓展指令并制作流程圖與微程序編碼表周四上午初步完成第一周設計報告及分配到的指令詳解，下午進一步完成設計報告。六、課程設計環(huán)境1、硬件環(huán)境：PC機一臺、TEC—2000實驗機一臺、微程序控制器實驗板一塊。2、軟件環(huán)境：（1）Winxp、DOS（2）TEC—2000仿真終端程序PCEC（3）TEC—2000監(jiān)控程序。七、基本指令和擴展指令的執(zhí)行流程框圖1．基本指令流程圖2．拓展指令流程圖附表基本指令和拓展指令十六進制微程序編碼表指令名微址下址CI3-0SCC3-00MEW0I2-0SAI8-6SBI5-3BASSTSSHSCIDC2DC1ALL00FF00E0413155017001FF00E043205501B002FF00E0101000001003FF002040100000001AFF303004900000011CFF3030173800000030FF3A32470000000331FF023043205501B0中斷隱指令3AFF00E040100000703BFF00E043314000303CFF00E004100500513DFF00E043314000303EFF00E002100000013FFF31304730500005ADD400004FF303041B8001000SUB400105FF303041B9001100AND400206FF303041BC001000CMP400309FF30304199001100XOR400408FF303041BE001000TEST40050AFF3030419C001000OR400607FF303041BB001000MVRR40070BFF303044B8001000DEC40080DFF30304339001000INC40090CFF30304338001100SHL400A0EFF30304378006000SHR400B0FFF30304358005000JR404111FF30304530550002JRC404410FF30344010000000JRNC404510FF30344010000000JRZ404610FF30344010000000JRNZ404710FF30344010000000JMPA40801EFF24304320550130LORR40811BFF00E04490000030IN408212FF14364710000032OUT408612FF1436471000003213FF3030231000000114FF30303730000000STRR408319FF00E04318000030PSH/F408415FF1A374331400030408515FF1A37433140003016FF30300010000003POP/F408717FF1C374320440130408C17FF1C37432044013018FF30301010002000MVRD40881DFF1C304320550130RET408F23FF00E0432044013024FF30301730500000CALA40CE1FFF00E0432055013020FF00E0170000000021FF00E0433140003022FF30300220550001ADC402050FF303041B8001200SBB402151FF303041B9001200RCL402A54FF30304378006400RCR402B55FF30304358005400ASR402C53FF30304358005C00NOT402D52FF3030433F001000JMPR40605AFF303044B0500000JRS406469FF30354010000000JRNS406569FF303540100000006AFF30304530550002CLC406C56FF30304010003000STC406D57FF30304010004000EI406E58FF30304010000060DI406F59FF30304010000070CALR40E064FF00E0433140003065FF00E0041005000166FF303044B0500000LDRA40E45BFF00E043205501305CFF1C301710000030LDRX40E55DFF00E043205501305EFF1C301590000030STRX40E661FF00E0432055013062FF00E015B000003063FF30300390000001STRA40E75FFF00E0432055013060FF1A301710000030IRET40EF67FF00E0432044013068FF23301010002040STRR指令格式：10000011下址：00CI3-0:1110SCC3-0：0000（必轉）MEW：100無讀寫操作，因為直接進行跳轉。I2-0:數(shù)據(jù)來源A和BSASB：用于知名運算器A口B口的控制信號是有微指令中的A3-A0B3-B0給出還是由當前指令操作碼給出。I5-3：R+SSST：000四個標志位的值保持不變。SSH：00無移位入出信號。SCI：00取進位標志C的值為0。01取進位標志C的值為1。DC2:011AR高位接收000無操作.DC1：000開關到內部總線001ALU輸出到內部總線STRR含義：舉例，STRR[R0]，R1將R1中的數(shù)據(jù)寫入R0PSHF標志進棧指令（sp）<-（sp）-2（（sp）+1，（sp））<-（flags）0-15不影響標志位CI3-0:0011條件微轉移SCC3-0：0111IR8=1時轉0000必轉MEW：100無讀寫操作，因為直接進行跳轉。000內存寫I2-0:數(shù)據(jù)來源A和BSASB：用于知名運算器A口B口的控制信號是有微指令中的A3-A0B3-B0給出還是由當前指令操作碼給出。I5-3：001S-R000R+SSST：000四個標志位的值保持不變。SSH：00無移位入出信號。SCI：00取進位標志C的值為0。DC2:011AR高位接收000NCDC1：000開關到內部總線狀態(tài)到內部總線RCR該指令為帶C進位的循環(huán)右移。該指令為A組指令，有1條微指令。微址55表示該指令的首地址，執(zhí)行完該微指令后，需要進行跳轉微址為30，所以下址為30，需要進行條件微轉移，所以CI3-0為0011，SCC為0000；0MRW控制讀寫內存，該微指令沒有進行讀寫操作，所以取值為0100；在運算器中,R表示R輸入端，S表示S輸入端，該指令只需使用一個S輸入端，不進行運算