微程序控制器部件教学实验

微程序控制器部件教学实验第1页，共19页，2023年，2月20日，星期六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要用到的微指令在控制存储器中的地址。第2页，共19页，2023年，2月20日，星期六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，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XCU-双CPU教学机中，控存在MACH中，相应的微程序也存放在MACH中。第3页，共19页，2023年，2月20日，星期六双CPU教学计算机系统双CPU教学计算机系统控制器部件(2种类型)运算器部件串行口电路存储器部件用VHDL描述功能,用FPGA器件实现的第2个CPU系统辅助电路地址数据ALUIRFlags节拍32位控制信号按键、功能开关16位数据开关36位控制信号开关5V直流电源微指令下地址这个系统的优点在于修改已有设计或增加新的指令等，主要表现为修改ABEL或VHDL语言的程序源码，编译后重新下载即可，受布线影响小，教学实验效率高第4页，共19页，2023年，2月20日，星期六微堆桟指针SP5字*12位微堆桟F微程序计数器PC寄存器/计数器R/CDRFPC多路选择器命令译码器增量器零检测D11~D0Y11~Y0CP/FULLCI/CC/CCENI3~I0/PL/MAP/VECT/RLD/OE出栈/入栈保持/清零装数减量保持清零选择R为零Am2910器件从四个输入端选择一个作为下一条微指令的地址CI为高电平时，计数器加一，实现微程序的顺序执行；CI为低电平时，实现同一条微指令的多次执行。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外部送来的命令码条件输入控制第5页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WE0I2~06位I8~I6

I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI使用6位DC2DC16位共48位微下地址：给出当前微指令的下地址。CI3~CI0:为Am2910提供的命令码，

使用最多的有4种：

0000初始化

0010MAPROM映射

0011条件微转移

1110顺序执行SCC3~SCC0:给出形成Am2910条件码的判定条件：

0000必转

0010/INT=0时，转

0100JRC、JRNC、JRZ、JRNZ条件不成立时，转

0101JRS、JRNS条件不成立时，转

0110IR10=0时，转

0111IR8=1时，转第6页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6

I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位/MIOREQ/WE操作功能

000内存写

001内存读

010I/O写

011I/O读

1XX无读写I2~I0：选择数据来源

000AQ

001AB

0100Q

0110B

1000A

101DA

110DQ

111D0第7页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI使用6位DC2DC16位I8~I6：运算结果处理

3位控制码通用寄存器Q寄存器Y输出000QFF001F010BFA011BFF100BF/2QQ/2F101BF/2F110B2FQ2QF111B2FFI5~I3：运算功能选择000

001

010

011

100

101

110

111R+S

SR

RS

R٧

S

RSRSR⊕SR⊕S第8页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位A3～A0，B3～B0：选择寄存器SST控制记忆ALU的状态标志位SST2~0CZVS000不变三位不变001接受ALU状态输010接收内部总线输出0110三位不变1001三位不变101RAM0三位不变110RAM15三位不变111Q0三位不变第9页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I38位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位SSHSCI Cin/Shift000 Cin=0001 Cin=1010 Cin=C100 逻辑移位101 循环移位DC1：选择将哪个数据来源送至总线

000 送开关内容到内部总线

001 送ALU输出到内部总线

010 16位机送IR低位字节内容到内部总线

011 送程序状态到内部总线

100 8位机送扩展符号到内部总线

101 中断向量高位到内部总线

110 中断向量低位到内部总线

111 无操作功能，不向内部总线发送数据第10页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机的微指令组成微下地址8位CI3~CI0,SCC3~SCC08位/MIOREQ/WEI2~06位I8~I6I5~I36位A3～A0，B3～B08位SSTSSHSCI6位DC2DC16位DC2：选择允许哪一个寄存器接收送给它的一组数据

000 不操作

001 指令寄存器接收

010 地址寄存器低8位（或高、低16位）接收

011 地址寄存器高位接收

100 恢复原中断优先级

101 接收新中断优先级

110 开中断

111 关中断第11页，共19页，2023年，2月20日，星期六微程序控制器

Am2910MAPROM微下地址CISCC3~03~0SCCGal控制存储器（ROM）指令操作码微指令转移的控制条件/SCC微指令寄存器0MRWSAI8~6B口0SSTDC20I2~0SBI5~3A口SSHSCIDC1CP/G读命令1.确定指令功能与格式2.划分指令执行步骤3.分配微指令地址4.设计微指令内容5.把新微指令写入控存6.需要时修改MAPROM和SCCGal等7.调试并且运行B口二选一A口二选一IR.SRIR.DR第12页，共19页，2023年，2月20日，星期六PC0ARPCPCPC+1IR(AR)/MAP寄存器之间运算与传送读、写内存AR地址AR地址

读、写内存或I/O接口读、写内存PC地址基本指令、扩展指令执行流程图A组B组C组D组/ResetB、C、D组000102为启动监控程序做好准备03第13页，共19页，2023年，2月20日，星期六加电启动时，执行0PC接下来的两步，完成取指操作按指令操作码，读出相应微指令按指令具体功能,再分别用1、2、3、4步完成不同指令组的中各条指令的执行过程最后检查中断请求信号，有请求时则响应中断，否则开始下一条指令的执行过程第14页，共19页，2023年，2月20日，星期六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条典型指令的功能、格式和执行流程，最终达到：1、深入理解计算机微程序控制器的基本原理和功能；2、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，2023年，2月20日，星期六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，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。第16页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机基本指令流程表（部分）指令操作功能编码微址下址CI3~0SCC3~00MRW0I2~0SAI8~6SBI5~3B口A口0SSTSSHSSIDC2DC1ALL0->PC,DI#=00000111000000100000100110001010101010000000101110000ALLPC->AR,PC+1->PC0100111000000100001100100000010101010000000110110000ALLMEM->IR0200111000000001000000010000000000000000000000010000ALL/MAP0300001000000100000000010000000000000000000000000000ADDDR+SR->DR000000000430001100000100000110111000000000000001000000000000SUBDR-SR->DR000000010530001100000100000110111001000000000001000100000000ANDDRandSR000000100630001100000100000110111100000000000001000000000000ORDRorSR000001100730001100000100000110111011000000000001000000000000XORDRxorSR000001000830001100000100000110111110000000000001000000000000CMPDR-SR000000110930001100000100000110111110000000000001000100000000TESTDRandSR000001010A30001100000100000110011100000000000001000000000000MVRRSR->DR000001110B30001100000100010010111000000000000000000000000000INCDR+1->DR000010010C30001100000100001100111000000000000001000100000000DECDR-1->DR000010000D30001100000100001100111001000000000001000000000000SHLSHLDR000010100E30001100000100001101111000000000000110000000000000SHRSHRDR000010110F30001100000100001101011000000000000101000000000000JRCNDJRCNDOFFSET1030001100000100010100110000010101010000000000000010JROffset+IP->PC010000011130001100000100010100110000010101010000000000000010IN/OUTPORT->AR10000010100001101214001101100100000100000000000000000000000000110010R0->IO1330001100000010001100010000000000000000000000000001IO->R01430001100000011011100110000000000000000000000000000第17页，共19页，2023年，2月20日，星期六教学机基本指令流程表（部分）指令操作功能编码微址下址CI3~0SCC3~00MRW0I2~0SAI8~6SBI5~3B口A口0SSTSSHSSIDC2DC1PSH/FSP-1->SP,AR10000100151A001101110100001100110001010000000000000000110000FLAG->MEM1630001100000000000000010000000000000000000000000011POP/FSP->AR,SP+1->SP10000111171C001101110100001100100000010001000000000100110000MEM->FLAG1830001100000001000000010000000000000010000000000000STRRDR->AR10000011191A111000000100001100011000000000000000000000110000ALLSR->MEM,CC#=01A30001100000000010010010000000000000000000000000001LORRSR->AR100000011C00111000000100010010010000000000000000000000110000ALLMEM->DR1C30001100000001011100111000000000000000000000000000MVRDPC->AR,PC+1->PC,CC#=0100010001D1C001100000100001100100000010101010000000100110