运算机组成原理实验四参考资料

一、实验箱（TEC-5）模型机的指令系统

表1 机械指令系统

指令格式 名称 助记符 功能 IR7 IR6 IR5 IR3 IR2 IR1 IR0 IR4 加法 ADD Rd, Rs Rd + Rs→Rd 0 0 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0 减法 SUB Rd, Rs Rd - Rs→Rd 0 0 0 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0 逻辑与 AND Rd, Rs Rd & Rs→Rd 0 0 1 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0 存数 STA Rd, [Rs] Rd→[Rs] 0 0 1 1 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0 取数 LDA Rd, [Rs] [Rs]→Rd 0 1 0 0 Rs1 Rs0 Rd1 Rd0 条件转移 JC R3 若C＝1 则R3→PC 0 1 0 1 1 1 × × 停机 STP 暂停执行 0 1 1 0 × × × × 输出 OUT Rs Rs→DBUS 0 1 1 1 Rs1 Rs0 × × 因此，以下程序中各指令所对应的机械代码为

内存地址 机器指令 机器代码（十六进制表示） 30H LDA R1, [R0] 0100 00 01 31H ADD R1, R2 32H OUT R1 33H STP

二、实验箱（TEC-5）模型机的操纵器

操纵器用来产生数据通路操作所需的操纵信号。TEC-5提供了一个微程序操纵器如下图所示。#S#US##S#BUBSU21###--UBiRRR#R#W/LRMUB-IS3S2S1S0MnEEL-用CRLCCARAsRWRDDA1+CP1DDDDRD+SLLLLALCDPLTJ备3210P2P1P0AAAAAAμμμμμμ8位8位8位8位CM3CM2CM1CM0HN58C65A5-A0μAR(174)CLR#T1微地址转移逻辑CSWCSWBSWAIR7-IR4图1.2 控制器框图 因此，

TEC-5的微指令字长31位，其中顺序操纵部份9位（P2~P0这三位为判别字段，uA5-uA0这六位为后继微指

令地址）。和操纵字段22位（从S3到TJ），这22位都可直接连接到数据通路对应信号端实现操纵。

以上操作信号在数据通路中对应的位置，见以下图。

数据显示灯DBUS7ALU-BUS#LDRi三态门（244）DBUS0CT3S3Cn+4F7F6F5F4F3F2F1F0S2CnCn+4CnCn#S1ALU（181）ALU（181）S0MA7A6A5A4B7B6B5B4A3A2A1A0B3B2B1B0#SLDDR1DR1（273）LDDR2UBDR2（273）-ST2T2R三态门RD1ABRS1RS0RD0双端口通用寄存器堆RF（ispLSI1016）WR1WR0LDRiT3SW-BUS#三态门（244）数据开关(SW7-SW0)图3.1 运算器实验电路数据显示灯指令显示灯RAM-BUS#D7D6D5D4D3D2D1D0I7I6I5I4I3I2I1I0LR/W#OER#(GND)双端口存储器T2（IDT 7132）RRW(Vcc)CEL#CER#地址显示地址显示LDAR#A7A6A5A4A3A2A1A0PC7... ...PC0LDPC#AR+1AR（74LS163）PC（74LS163）PC+1T2T2三态门（244）SW7... ...SW0数据开关图3.2 双端口存储器实验电路图

三、实验箱（TEC-5）模型机的微程序执行流程

模型机的微程序执行进程如以下图流程图所示。说明如下：

1、当打开机械电源或按下复位按钮CLR#时，模型机的第一条微程序老是从000000B（uA5~uA0=000000）处开始执行。

2、接着，微指令依照SWC、SWB、SWA三个操纵台专用的操作开关的值来决定微程序下一步的走向（即决定uA5~uA0的值），例如，假设SWC=0、SWB=1、SWA=0，依照以下图，其将会执行的下一条微指令地址为0AH（即uA5~uA0=001010，可在信号灯uA5~uA0上观看到结果）。

3、每一条微指令执行时，其地址都可在信号灯uA5~uA0上观看到。

4、按下复位按钮CLR#时，模型机又跳回到000000B（uA5~uA0=000000）处开始执行。

5、只有当操纵台信号SWC=0、SWB=0、SWA=0时，才能进入到程序的“取指令”—>“执行指令”—>“取指令”—>“执行指令”—>…执行完全部程序后停机（TJ）的进程。

KT00SWC SWB SWC08P(0)RRF(100)WRF(011)RRM(010)WRM(001)PR(000)0C0BOASW DBUSSW DBUS0908DBUS ARDBUS ARSW DBUSSW DBUSDBUS PCDBUS PCDBUS ARDBUS ARSW DBUSTJTJTJDBUS PC1E1D0204SW DBUSSW DBUSRAM DBUSSW DBUS0FDBUS RAMDBUS RAMTJDBUS RAM060D0305RAM IBUSRAM IBUSTJAR+1AR+1TJ070E0204Rs DBUSSW DBUSTJDBUS RiTJ0FRAM IBUSIBUS IR10P(1)ADD(0000)SUB(0001)AND(0010)STA(0011)LDA(0100)JC(0101)STP(0110)OUT(0111)1011121314151617Rd DR1Rd DR1Rd DR1Rs DBUSRs DR2Rs DR2Rs DR2DBUS ARRs DBUSPC+1Rs DBUSRd DR1DBUS ARPC+1TJPC+1TJ18191A1B1CC=00FP(2)ADDSUBANDDR1 ALUALU DBUSALU DBUSALU DBUSALU DBUSRAM DBUSC=11FDBUS RdDBUS RdDBUS RdDBUS RAMDBUS RdPC+1PC+1PC+1PC+1PC+1R3 DBUSDBUS PC0F图3.7 微程序流程图

四、实验箱（TEC-5）模型机的操纵台操作开关SWC、SWB、SWA详解

实验通路中的所有操纵信号一旦与微程序操纵器相连，便无法再如前面实验一样用开关单独操纵了（例如，无法再通过开关操纵LDRI和WR1/WR0信号从而完成对寄放器的写入）。于是，对寄放器设置初值的操作，和将用户编写的程序对应的二进制序列打入到存储器中的操作，都需要借助于三个专用操纵台操作开关SWC、

SWB、SWA来完成。

其功能如下：

表1.3 操纵台工作方式

SWC SWB SWA 操作 0 0 0 启动程序（PR） 0 0 1 写存储器（WRM） 0 1 0 读存储器（RRM） 0 1 1 写寄存器（WRF） 1 0 0 读寄存器（RRF）

一、启动程序（PR）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄放器清零。这时，置SWC＝0、SWB＝0、SWA＝0，

用数据开关SW7－SW0设置为用户编写的程序寄存在RAM中的首地址，按QD按钮后，就会启动程序从该首地址开始执行（即将首地址赋值给PC作为初值）。

2、写存储器（WRM）：按下复位按钮CLR#，置SWC＝0、SWB＝0、SWA＝1。①在SW7－SW0中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打入AR。②在SW7－SW0置好数据，按QD，将数据写入AR指定的存储器单元，这时

AR加1。③返回②。依次进行下去，直到按复位键CLR#为止。如此就实现了对存储器的持续手动写入。那个

操纵台操作的要紧作用是向存储器中写入自己编写的程序和数据。

3、读存储器（RRM）：按下复位按钮CLR#，置SWC＝0、SWB＝1、SWA＝0。①在SW7－SW0中置好存储器地址，按QD按钮将此地址打入AR，存储器此地址单元的内容读至DBUS显示。②按QD按钮，这时AR加1，RAM新地址单元的内容读至DBUS显示。③返回②。依次进行下去，直到按复位键CLR#为止。如此就实现了对RAM的持续读出显示。那个操纵台操作的要紧作用是检查写入RAM的程序和数据是不是正确。在程序执行后检查

程序执行的结果（在存储器中的部份）是不是正确。

4、寄放器写操作（WRF）：按下复位按钮CLR#，置SWC＝0、SWB＝1、SWA＝1。①首先在SW7—SW0置好存储器地址，按QD按钮，那么将此地址打入AR寄放器和PC寄放器。②在SW1、SW0置好寄放器选择信号WR1、

WR0，按QD按钮，通过双端口存储器的右端口将WR1、WR0（即SW1、SW0）送到指令寄放器IR的低2位。③在SW7－SW0中置好要写入寄放器的数据；按QD按钮，将数据写入由WR1、WR0指定的寄放器。④返回②继续执行，直到按复位按钮CLR#。那个操纵台操作要紧在程序运行前，向相关的通用寄放器中置入初始数据。

五、寄放器读操作（RRF）：按下复位按钮CLR#，置SWC＝1、SWB＝0、SWA＝0。①首先在SW7—SW0置好存储器地址，按QD按钮，那么将此地址打入AR寄放器和PC寄放器。②在SW3、SW2置好寄放器选择信号RS1、RS0，按QD按钮，通过双端口存储器的右端口将RS1、RS0（即SW3、SW2）送到指令寄放器IR的第3、2位。RS1、RS0选中的寄放器的数据读出到DBUS上显示出来。③返回②继续下去，直到按复位键CLR#为止。那个操纵台操作的要紧作用是在程序执行前检查写入寄放器堆中的数据是不是正确，在程序执行后检查程序执行的结果（在寄放器堆中的部份）是不是正确。