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1、微程序控制器部件教微程序控制器部件教学实验学实验第1页，共19页，编辑于2022年，星期六微程序控制器的基本原理微程序控制器的基本原理依据读来的机器指令的操作码，找到与之对应的一段依据读来的机器指令的操作码，找到与之对应的一段微程序的入口地址并读出这条微指令。微程序的入口地址并读出这条微指令。其核心问题是以多种方式，为自己形成并提供下一次其核心问题是以多种方式，为自己形成并提供下一次要用到的微指令在控制存储器中的地址。要用到的微指令在控制存储器中的地址。第2页，共19页，编辑于2022年，星期六微程序控制器的组成微程序控制器的组成1、微程序定序器：教学计算机的微程序控制器中，、微程序定序器：教
2、学计算机的微程序控制器中，用于形成下一条微指令地址的核心硬件是一片用于形成下一条微指令地址的核心硬件是一片Am2910。2、控制存储器：在、控制存储器：在XCU-双双CPU教学机中，控存在教学机中，控存在MACH中，相应的微程序也存放在中，相应的微程序也存放在MACH中。中。第3页，共19页，编辑于2022年，星期六双双CPU教学计算机系统教学计算机系统双双 CPU教学计算机系统教学计算机系统控制器部件控制器部件(2 种类型种类型)运算器部件运算器部件串行口电路串行口电路存储器部件存储器部件用用VHDL描述功描述功能能,用用 FPGA器件器件实现的第实现的第2 个个 CPU 系统系统辅助电路辅
3、助电路地址地址数据数据ALUIRFlags节拍节拍32位控制信号位控制信号按键、功能开关按键、功能开关16位数据开关位数据开关36位控制信号开关位控制信号开关5V直流电源直流电源微指令下地址微指令下地址这个系统的优点在这个系统的优点在于修改已有设计或于修改已有设计或增加新的指令等，增加新的指令等，主要表现为修改主要表现为修改 ABEL或或VHDL 语语言的程序源码，编言的程序源码，编译后重新下载即可，译后重新下载即可，受布线影响小，教受布线影响小，教学实验效率高学实验效率高第4页，共19页，编辑于2022年，星期六微堆桟指针微堆桟指针 SP 5字字*12位位 微堆桟微堆桟 F微程序计数微程序计
4、数器器 PC 寄存器寄存器/计数器计数器R/CD R F PC多路选择器多路选择器命令命令译码译码器器 增增 量量 器器 零检零检测测D11D0Y11Y0CP/FULLCI/CC/CCENI3I0/PL /MAP /VECT/RLD/OE出栈出栈/入栈入栈保持保持/清零清零装数装数减量减量保持保持清零清零选择选择R为零为零Am2910器件器件从四个输入端选择一从四个输入端选择一个作为下一条微指令个作为下一条微指令的地址的地址CI为高电平时，计数器加一，为高电平时，计数器加一，实现微程序的顺序执行；实现微程序的顺序执行；CI为为低电平时，实现同一条微指令低电平时，实现同一条微指令的多次执行。的多
5、次执行。用于保存微子程序调用时的返回用于保存微子程序调用时的返回地址和微程序循环的首地址地址和微程序循环的首地址外部送来的外部送来的命令码命令码条件输入控制条件输入控制第5页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08位位/MIO REQ/WE0 I206位位I8I6 I5I36位位A3A0，B3B08位位 SST SSH SCI使用使用6位位DC2 DC16位位共共48位位微下地址：给出当前微指令的下地址。微下地址：给出当前微指令的下地址。CI3CI0:为为Am2910提供的命令码，提供的命令码，使用最多的有使
6、用最多的有4种：种：0000 初始化初始化0010 MAPROM映射映射0011 条件微转移条件微转移1110 顺序执行顺序执行SCC3SCC0:给出形成给出形成Am2910条件码的判定条条件码的判定条件：件：0000 必转必转0010 /INT=0时，转时，转0100 JRC、JRNC、JRZ、JRNZ条件不成立时，条件不成立时，转转0101 JRS、JRNS条件不成立时，转条件不成立时，转0110 IR10=0时，转时，转0111 IR8=1时，转时，转第6页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08位位/
7、MIO REQ/WE I206位位I8I6 I5I36位位A3A0，B3B08位位 SST SSH SCI6位位DC2 DC16位位/MIO REQ /WE 操作功能操作功能 0 0 0 内存写内存写 0 0 1 内存读内存读 0 1 0 I/O写写 0 1 1 I/O读读 1 X X 无读写无读写I2I0：选择数据来源：选择数据来源000 A Q001 A B010 0 Q011 0 B100 0 A101 D A110 D Q111 D 0第7页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08位位/MIO REQ
8、/WE I206位位I8I6 I5I36位位A3A0，B3B08位位SST SSH SCI使用使用6位位DC2 DC16位位I8I6：运算结果处理：运算结果处理 3位控制码位控制码 通用寄存器通用寄存器 Q寄存器寄存器 Y输出输出 000 QF F 001 F 010 BF A 011 BF F 100 BF/2 QQ/2 F 101 BF/2 F 110 B2F Q2Q F 111 B2F FI5I3：运算功能选择：运算功能选择000001010011100101110111R+SS RR SR SRSRSRSRS第8页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成
9、微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08位位/MIO REQ/WE I206位位I8I6 I5I36位位A3A0，B3B08位位SST SSH SCI6位位DC2 DC16位位A3A0，B3B0：选：选择寄存器择寄存器SST控制记忆控制记忆ALU的状态标志位的状态标志位SST 20 C Z V S000 不变不变 三位不变三位不变001 接受接受ALU状态输状态输010 接收内部总线输出接收内部总线输出011 0 三位不变三位不变100 1 三位不变三位不变101 RAM0 三位不变三位不变110 RAM15 三位不变三位不变111 Q0 三位不变三位不变第9页，共19页，编辑于
10、2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08位位/MIO REQ/WE I206位位I8I6 I5I38位位A3A0，B3B08位位SST SSH SCI6位位DC2 DC16位位SSH SCISSH SCI Cin/Shift Cin/Shift 000 000 Cin=0 Cin=0 001 001 Cin=1 Cin=1 010 010 Cin=C Cin=C 100 100 逻辑移位逻辑移位 101 101 循环移位循环移位DC1DC1：选择将哪个数据来源送至总线：选择将哪个数据来源送至总线000000送开关内容到内部总线
11、送开关内容到内部总线001001送送ALUALU输出到内部总线输出到内部总线0100101616位机送位机送IRIR低位字节内容到内部总线低位字节内容到内部总线011011送程序状态到内部总线送程序状态到内部总线1001008 8位机送扩展符号到内部总线位机送扩展符号到内部总线101101中断向量高位到内部总线中断向量高位到内部总线110110中断向量低位到内部总线中断向量低位到内部总线111111无操作功能，不向内部总线发送数据无操作功能，不向内部总线发送数据第10页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机的微指令组成教学机的微指令组成微下地址微下地址8位位CI3CI0,SCC3SCC08
12、位位/MIO REQ/WE I206位位I8I6 I5I36位位A3A0，B3B08位位SST SSH SCI6位位DC2 DC16位位DC2：选择允许哪一个寄存器接收送给它的一组数据：选择允许哪一个寄存器接收送给它的一组数据000不操作不操作001指令寄存器接收指令寄存器接收010地址寄存器低地址寄存器低8位（或高、低位（或高、低16位）接收位）接收011地址寄存器高位接收地址寄存器高位接收100恢复原中断优先级恢复原中断优先级101接收新中断优先级接收新中断优先级110开中断开中断111关中断关中断第11页，共19页，编辑于2022年，星期六微程序控制器微程序控制器 Am2910MAPRO
13、M微下微下地址地址CI SCC30 30SCC Gal控制存储器（控制存储器（ROM）指令操作码指令操作码微指令转移的微指令转移的控制条件控制条件/SCC微指令寄存器微指令寄存器0MRW SA I86 B口口 0SST DC2 0 I20 SB I53 A口口 SSHSCI DC1CP/G读命令读命令1.确定指令功能与格式确定指令功能与格式 2.划分指令执行步骤划分指令执行步骤 3.分配微指令地址分配微指令地址 4.设计微指令内容设计微指令内容5.把新微指令写入控存把新微指令写入控存 6.需要时修改需要时修改 MAPROM 和和 SCC Gal等等 7.调试并且运行调试并且运行B 口二选一口二
14、选一A 口二选一口二选一IR.SRIR.DR第12页，共19页，编辑于2022年，星期六 PC 0 AR PCPCPC+1 IR(AR)/MAP寄存器之间寄存器之间运算与传送运算与传送 读、写内存读、写内存AR地址地址 AR地址地址 读、写内存读、写内存 或或 I/O 接口接口 读、写内存读、写内存 PC地址地址基本指令、扩展指令执行流程图基本指令、扩展指令执行流程图A组组B组组C组组D组组/ResetB、C、D组组000102为启动监控程序为启动监控程序做好准备做好准备03第13页，共19页，编辑于2022年，星期六加电启动时，加电启动时，执行执行 0PC接下来的两步，接下来的两步，完成取指
15、操作完成取指操作按指令操作码，按指令操作码，读出相应微指令读出相应微指令按指令具体功能按指令具体功能,再分别用再分别用 1、2、3、4 步完成不同步完成不同指令组的中各条指令组的中各条指令的执行过程指令的执行过程最后检查中断请最后检查中断请求信号，有请求求信号，有请求时则响应中断，时则响应中断，否则开始下一条否则开始下一条指令的执行过程指令的执行过程第14页，共19页，编辑于2022年，星期六实验目的实验目的通过看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的几通过看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令的功能、格式和执行流程，最终达到：条典型指令的功能、格式和执行流程，最终达到：1、深入理解
16、计算机微程序控制器的基本原理和功、深入理解计算机微程序控制器的基本原理和功能；能；2、深入地学习计算机各种典型指令的执行流程。、深入地学习计算机各种典型指令的执行流程。第15页，共19页，编辑于2022年，星期六实验内容实验内容将教学计算机中已经实现的几条简单指令加以运行，将教学计算机中已经实现的几条简单指令加以运行，观察其微地址和控制信号的变化情况，从中领会微程观察其微地址和控制信号的变化情况，从中领会微程序执行过程和方式。序执行过程和方式。第16页，共19页，编辑于2022年，星期六教学机基本指令流程表（部分）教学机基本指令流程表（部分）指令指令操作功能操作功能编码编码微址微址下址下址CI
17、30 SCC300MRW0I20SAI86SBI53B口口A口口0SSTSSHSSIDC2DC1ALL0-PC,DI#=00000111000000100000100110001010101010000000101110000ALLPC-AR,PC+1-PC0100111000000100001100100000010101010000000110110000ALLMEM-IR0200111000000001000000010000000000000000000000010000ALL/MAP030000100000010000000001000000000000000000000000000
18、0ADDDR+SR-DR000000000430001100000100000110111000000000000001000000000000SUBDR-SR-DR000000010530001100000100000110111001000000000001000100000000ANDDR and SR000000100630001100000100000110111100000000000001000000000000ORDR or SR000001100730001100000100000110111011000000000001000000000000XORDR xor SR000
19、001000830001100000100000110111110000000000001000000000000CMPDR-SR000000110930001100000100000110111110000000000001000100000000TESTDR and SR000001010A30001100000100000110011100000000000001000000000000MVRRSR-DR000001110B30001100000100010010111000000000000000000000000000INCDR+1-DR000010010C3000110000010
20、0001100111000000000000001000100000000DECDR-1-DR000010000D30001100000100001100111001000000000001000000000000SHLSHL DR000010100E30001100000100001101111000000000000110000000000000SHRSHR DR000010110F30001100000100001101011000000000000101000000000000JR CNDJR CND OFFSET103000110000010001010011000001010101
21、0000000000000010JROffset+IP-PC010000011130001100000100010100110000010101010000000000000010IN/OUTPORT-AR10000010100001101214001101100100000100000000000000000000000000110010R0-IO1330001100000010001100010000000000000000000000000001IO-R01430001100000011011100110000000000000000000000000000第17页，共19页，编辑于20
22、22年，星期六教学机基本指令流程表（部分）教学机基本指令流程表（部分）指令指令操作功能操作功能编码编码微址微址下址下址CI30 SCC300MRW0I20SAI86SBI53B口口A口口0SSTSSHSSIDC2DC1PSH/FSP-1-SP,AR10000100151A001101110100001100110001010000000000000000110000FLAG-MEM1630001100000000000000010000000000000000000000000011POP/FSP-AR,SP+1-SP10000111171C00110111010000110010000001
23、0001000000000100110000MEM-FLAG1830001100000001000000010000000000000010000000000000STRRDR-AR10000011191A111000000100001100011000000000000000000000110000ALLSR-MEM,CC#=01A30001100000000010010010000000000000000000000000001LORRSR-AR100000011C00111000000100010010010000000000000000000000110000ALLMEM-DR1C30
24、001100000001011100111000000000000000000000000000MVRDPC-AR,PC+1-PC,CC#=0100010001D1C001100000100001100100000010101010000000100110000JMPAPC-AR,PC+1-PC100000001E24001100000100001100100000010101010000000100110000CALAPC-AR,PC+1-PC110011101F00111000000100001100100000010101010000000100110000MEM-Q2000111000
25、000001011100000000000000000000000000000000SP-1-SP,-AR2100111000000100001100110001010000000000000000110000PC-MEM,Q-PC,CC#=02230001100000000001000100000010101010000000000000001ALLSTR-Q,CC#=INT#3031001100100100011100000000000000000000000000000011PC-AR,PC+1-PC,CC#=031020011000001000011001000000101010100
26、00000110110000第18页，共19页，编辑于2022年，星期六实验过程实验过程将教学机左下方的将教学机左下方的6个拨动开关置为个拨动开关置为110100，使其工，使其工作在单步、手动、微程序作在单步、手动、微程序16位、联机方式、位、联机方式、16位字长、位字长、MACH。按按RESET和和START各一次观察指示灯的变化情况，各一次观察指示灯的变化情况，之后连续按下之后连续按下START键并观察指示灯的状态。键并观察指示灯的状态。从数据开关的高八位置入相应指令的操作码，并按下从数据开关的高八位置入相应指令的操作码，并按下START按键观察指示灯的变化情况进行记录并加以按键观察指示灯的变化情况进行记录并加以分析。写出实验报告。分析。写出实验报告。第19页，共19页，编辑于2022年，星期六