计算机组成原理实验教程(2016)(1)(4)

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计算机组成原理实验教程

表 3-1 微指令格式

山西大学计算机与信息技术学院

8-6 5-0 23 22 21 20 19 18-15 14-12 11-9 M23 M22 WR RD IOM S3-S0 A字段 B字段 C字段 MA5-MA0 A字段 14 0 0 0 0 1 1 1 1 13 0 0 1 1 0 0 1 1 12 0 1 0 1 0 1 0 1 选择 NOP LDA LDB LDR0 保留 保留 保留 LDIR B字段 C字段 11 0 0 0 0 1 1 1 1 10 0 0 1 1 0 0 1 1 9 0 选择 NOP 8 0 0 0 0 1 1 1 1 7 0 0 1 1 0 0 1 1 6 0 选择 NOP 1 ALU-B 0 1 0 1 0 1 R0-B 保留 保留 保留 保留 保留 1 P<1> 0 1 0 1 0 1 保留 保留 保留 保留 保留 保留

其中 MA5…MA0 为 6 位的后续微地址，A、B、C 为三个译码字段，分别由三个控制位译

码出多位。C 字段中的 P<1>为测试字位。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口，从而实现完成对指令的识别，并实现微程序的分支，本系统上的 指令译码原理如图 3-3 所示，图中 I7…I2 为指令寄存器的第 7…2 位输出，SE5…SE0 为微控器单元微地址锁存器的强臵端输出，指令译码逻辑在 IR 单元的 INS_DEC中实现。

从图 3-2 中也可以看出，微控器产生的控制信号比表 3-1 中的要多，这是因为实验的不同，所需的控制信号也不一样，本实验只用了部分的控制信号。

本实验除了用到指令寄存器（IR）和通用寄存器 R0 外，还要用到 IN 和 OUT 单元，从微控 器出来的信号中只有 IOM、WR 和 RD 三个信号，所以对这两个单元的读写信号还应先经过译 码，其译码原理如图 3-4 所示。IR 单元的原理图如图 3-5 所示，R0 单元原理如图 3-7 所示， IN 单元的原理图如图 2-3 所示，OUT 单元的原理图如图 3-6 所示。

P<1> I[2] I[6] I[7] P<1> I[3] I[6] I[7]

I[4]

SE0 I[5] SE1

T4 T4

P<1> T4 I[6] SE2

P<1> T4 I[7]

SE3

图 3-3 指令译码原理图

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图 3-4 读写控制逻辑 图 3-5 IR 单元原理图

图 3-6 OUT 单元原理图 图 3-7 R0 原理图

本实验安排了四条机器指令，分别为 ADD（0000 0000）、IN（0010 0000）、OUT（0011 0000） 和 HLT（0101 0000），括号中为各指令的二进制代码，指令格式如下：

助记符 IN

ADD OUT HLT

机器指令码 0010 0000 0000 0000 0011 0000 0101 0000

说明 IN R0 R0 + R0 R0 R0 OUT 停机

实验中机器指令由 CON 单元的二进制开关手动给出，其余单元的控制信号均由微程序控制器

自动产生，为此可以设计出相应的数据通路图，如图 3-8 所示。 几条机器指令对应的参考微程序流程图如图 3-9 所示。图中一个矩形方框表示一条微指令，方框中的内容为该指令执行的微操作，右上角的数字是该条指令的微地址，右下角的数字是该条指令的后续微地址，所有微地址均用 16 进制表示。向下的箭头指出了下一条要执行的指令。P<1>为测试字，根据条件使微程序产生分支。

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