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控制门输出设备

数据LED-G

控制信号图8-1模型机结构框图

五工作原理：

1、数据格式：

本实验计算机采用定点补码表示法表示数据，字长为8位，其格式如下：

7

654321

符号

尾数

其中第7位为符号位，数值表示范围是：

-1≤X<

1

2、指令格式：

1）算术逻辑指令

设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址其格式如下：

7654

32

10

OP-CODE

rs

rd

其中OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：

Rs或rd

选定寄存器

00

R0

01

R1

10

R2

9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表8-2。

2）访问及转移指令

本机设计有2条访问指令，即存数（STA）、取数（LDA），2条转移指令，即无条件转移（JMP）、结果为零或有进位转移指令（BZC），指令格式如下：

76

54

M

D

其中OP-CODE为操作码，rd为目的寄存器地址（LDA、STA指令使用）。

D为位移量（正负均可），M为寻址模式，其定义如下：

寻址模式M

有效地址E

说明

00

01

10

11

E=D

E=（D）

E=（RI）+D

E=（PC）+D

直接寻址

间接寻址

RI变址寻址

相对寻址

本机规定变址寄存器RI指定为寄存器R2。

3）I/O指令

输入（IN）和输出（OUT）指令采用单字节指令，其格式如下：

addr

其中，addr=01时，选中“数据输入电路”中的开关组作为输入设备，addr=10时，选中“输出显示电路”中的数码管作为输出设备。

4）停机指令

指令格式如下：

HALT指令，用于实现停机操作。

3、指令系统

本机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条。

输入输出指令2条，其它指令1条。

表8-1列出了各条指令的格式、汇编符号和指令功能。

汇编符号

指令的格式

功能

CLRrd

MOVrs，rd

ADCrs，rd

SBCrs，rd

011100rd

1000rsrd

1001rs　rd

1010rsrd

0rd

rsrd

rs+rd+cyrd

rs-rd-cyrd

INCrd

ANDrs，rd

COMrd

RRCrs，rd

1011rsrd

1100rsrd

1101rsrd

1110rsrd

rd+1rd

rs∧rdrd

rdrd

cyrs

rsrd

RLCrs，rd

1111rsrd

LDAM，D，rd

00M00rd

D

Ers

STAM，D，rd

00M01rd

D

rdE

JMPM，D

00　M　10　00　　　　

　Ｄ　　

Ｅ　　ＰＣ

BZCM，D

00M1100

　Ｄ　

当CY=1或Z=1时，

EPC

INaddr，rd

OUTaddr，rd

010001rd

010110rd

addrrd

rdaddr

HALT

01100000

停机

表8-1实验八指令格式

4．设计微代码

首先设计三个控制操作微程序：

存储器读操作（MRD）：

拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。

存储器写操作（MWE）：

拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。

启动程序（RUN）：

拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。

本系统设计的微程序字长共24位，其控制位顺序如下：

24

23

22

21

20

19

18

17

16

151413

121110

987

6

5

4

3

2

S3

S2

S1

S0

Cn

WE

1A

1B

F1

F2

F3

uA5

uA4

uA3

uA2

uA1

uA0

其中uA5-uA0为6位的后续微地址，F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。

F3字段包含P1-P4四个测试字位。

其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入囗，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。

Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表8－2：

　F1字段

F2字段

F3字段

选择

选择

000

LDRi

RAG

P1

001

LOAD

ALU-G

AR

010

LDR2

RCG

P3

011

100

LDR1

RBG

P2

101

LAR

PC-G

LPC

110

LDIR

299－G

P4

　　　　　　　表8－2

系统涉及到的微程序流程见图8-2，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。

由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的测试结果出现多路分支。

本实验用指令寄存器的前4位（IR7-IR4）作为测试条件，出现12路分支，占用12个固定微地址单元，P2测试结果出现4路分支，占用4个固定微地址单元，P3测试结果出现2路分支，占用2个固定微地址单元

控制操作为P4测试，它以CA1、CA2作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。

当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。

注意：

微程序流程图上的微地址为8进制。

当全部微程序设计完毕后，应将每条微程序代码化，表8-3即为将图8-2的微程序流程按微程序格式转化而成的二进制微代码表。

指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。

当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。

指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P1，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。

“指令译码器”根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。

IR7-IR2为指令寄存器的第7-2位。

本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备；

另一种是数码管，它作为输出设备。

输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。

输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码管显示。

控制开关

00

10

P（4）测试

MWE（01）MRD（00）RUN（11）

PCAR,PC+111PCAR,PC+11013

（D_INPUT）D_BUSLT114RAMD_BUSLT11201

LT1RAM74LT1LED73

图8-2（a）微程序流程图

六、实验参考代码：

我们按程序流程图译出适合本实验系统所有机器指令的微代码，供学生自己编程实验，加深对较完整的实验计算机的认识。

这里只提供以下简单的实验程序：

地址（二进制）指令（二进制）助记符说明

0000000001000100IN，R0DATA1R0

0000000101000110IN，R2DATA2R2

0000001010010010ADCR0，R2[R0]+[R2]R2

0000001111111000RLCR2，R0Cy[R2]

[R2][R0]

0000010010000010MOVR0,R2

0000010101011010OUT直接寻址方式

0000011000001100JMP

0000011100000000

0000100000100000

表8-3为根据本实验程序流程图设计的二进制微代码表：

微地址

S3S2S1S0MCNWE1A1B

UA5--UA0

000000

000000000

111

110

001000

000001

101

000010

000000010

110

111101

000011

100

000100

100

100000

000101

000110

000111

101

001010

001001