上海大学计算机学院
实验名称：指令系统实验
一、实验目的
1. 读出系统已有的指令，并理解其含义。
2. 设计并实现一条新指令。
二、实验原理
微程序和机器指令，实验箱的机器指令系统，实验箱机器指令系统的布线，实验箱机器指令系统的工作原理，实验箱PC的打入原理，程序存储器模式下的操作。
三、实验内容
1. 考察机器指令64的各微指令信号，确定该指令的功能。
(假设R0=77, A=11, 77单元存放56H数据,64指令的下一条指令为E8)
2. 修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。
3*. 修改机器指令F0，使其完成“A＋R2的结果右移一位的值到OUT”的操作
四、实验步骤
实验任务一：
考察机器指令64的各微指令信号，确定该指令的功能。
实验步骤：
1．初始化系统（Reset)，进入μEM，在Adr字段送入64,按NX键,可查看其对应的微指令：
64: FF 77 FF
65: D7 BF EF
66：FF FE 92
67：CB FF FF
2．分析其二进制代码，分析其控制功能
64: 1111 1111 0111 0111 1111 1111
从寄存器R?中取出地址打入地址寄存器MAR。
65: 1110 0111 1011 1111 1110 1111
把地址寄存器MAR的存储器值EM打入寄存器W。
66：1111 1111 1111 1110 1001 0010
把寄存器A和寄存器W中的数据进行或运算后打入寄存器A和标志位C,Z。
67：1100 1011 1111 1111 1111 1111
读出下一条指令并立即执行。
四条指令功能：把寄存器A和寄存器R?中地址内存的数据进行或运算，结果保存在寄存器A中，然后执行下一条指令。
实验任务二：
1.分解任务：修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作的操作。
第一步完成A＋W；并把“左移一位的值送OUT”；第二步完成取指令。
2.编制微指令：由“控制总线功能对应表”，可确定这四步基本操作的微指令码为：
① FFDFD8 ②CBFFFF ③FFFFFF ④FFFFFF
3.操作：程序存储器EM模式下,将E8指令送入A0单元,则在Adr下打入A0, DB下打入E8。
在微程序存储器μEM模式下，输入此指令对应的四条微指令，即在Adr 下打入E8,MH、MM、ML下打入FFDFD8；按NX键进入E9地址，打入CBFFFF，EA为FFFFFF，EB为FFFFFF。
在μpc模式下验证功能
赋初值：μpc (00) pc(A0) A(11) W(22)
按STEP观察微指令执行的过程。
可以看到OUT寄存器为66。
实验任务三：
1.分解任务：修改机器指令F0，使其完成“A＋R2的结果右移一位的值到OUT”的操作。
先把R2的内容送到W，A+W，左移一位的值送到数据总线，数据总线的值打入送OUT寄存器。
2.微指令编码：
这个操作的微指令编码：c23~c0=1111 1111 1111 1000 0000 1111=FF FB 0F。
“A＋W”运算对应的控制总线编码为：c2 c1 c0＝000；
“左移一位的值送数据总线”对应的控制总线编码为：c7 c6 c5=101；
“数据总线值打入送OUT寄存器”对应的控制总线编码为：c13=0。
这个操作的微指令编码：c23~c0=1111 1111 1101 1111 1011 1001=FF DF B9 。
可确定这四步基本操作的微指令码为：
①FFFB0F ② FFDFB9 ③ CBFFFF ④FFFFFF
2、程序存储器EM模式下,将F0指令送入A0单元,则在Adr下打入A0, DB 下打入F0。
在微程序存储器μEM模式下，输入此指令对应的四条微指令，即在Adr 下打入F0,MH、MM、ML下打入FFFB0F；按NX键进入F1地址，打入FFDFB9，F2为CBFFFF，F3为FFFFFF。
在μpc模式下验证功能
赋初值：μpc (00) pc(A0) A(11) R0(77)
按STEP观察微指令执行的过程。
可以看到OUT寄存器为44。
五．实验现象
六．体会
本次实验是上次实验的衍生。
在上次的实验中我们学习了如何编译微指令，而在本次的实验中我们学到了将若干微指令进行了组合和综合使用，由此可以完成更加复杂多变的运算。
七．思考题
在微指令结构的计算机中，一条指令从启动到产生功能经过那些环节？
答：一条指令的执行是从PC开始，PC通过地址总线(ABUS)发送一个指令在程序存储器的地址到EM，EM把ABUS选定的存储单元的值(指令的二进制数形式)的高6位通过IBUS送μPC，低两位送SA和SB，μPC收到的6位值就是这条指令的微程序人口地址的高6位，μPC据此生成μEM的地址，并通过μPC 总线送到μEM，μEM把μPC值选定单元的24位值送上控制总线CBUS，完成第一条微
指令的功能；同时μPC 加1，输出这条指令的第二条微指令，直到执行一条“取指令”微指令，则PC加1。
开始执行下一条指令。