2.3.2　TEC-2008指令系統

TEC-2008是由清華大學自主設計并研制的16位教學計算機系統，該系統是一臺硬件組成相對完備的計算機系統，CPU、主存、I/O接口及總線均具有一定的典型性，并能夠驅動常見的輸入/輸出設備。更重要的是，該系統能夠提供計算機組成原理部分教學所要求的教學實驗功能，學生能夠深入到計算機內部，查看、測試主要信號與部件的工作狀態。

1.指令分類

16位機的指令按不同的分類標準可劃分為：

①從指令長度區分，有單字指令和雙字指令。

②從操作數的個數區分，有三操作數指令、雙操作數指令、單操作數指令和無操作數指令。

③從使用的尋址方式區分，有寄存器尋址、寄存器間接尋址、立即數尋址、直接地址、相對尋址等多種基本尋址方式。

④從指令功能區分，給出了算術和邏輯運算類指令、讀寫內存類指令、輸入/輸出類指令、轉移指令、子程序調用和返回類指令，還有傳送、移位、置進位標志和清進位標志等指令。

⑤按照指令的功能和它們的執行步驟，可以把該機的指令劃分為如下4組。在后面幾節中給出的指令流程框圖、指令流程表都是以此為標準進行指令劃分的。

A組：基本指令ADD、SUB、AND、OR、XOR、CMP、TEST、MVRR、DEC、INC、SHL、SHR、JR、JRC、JRNC、JRZ、JRNZ；擴展指令ADC、SBB、RCL、RCR、ASR、NOT、CLC、STC、EI、DI、JRS、JRNS、JMPR。

B組：基本指令JMPA、LDRR、STRR、PUSH、POP、PUSHF、POPF、MVRD、IN、OUT、RET。

C組：擴展指令CALR、LDRA、STRA、LDRX、STRX。

D組：基本指令CALA；擴展指令IRET。

說明：

①A組指令完成的是通用寄存器之間的數據運算或傳送，在取指之后可一步完成。

②B組指令完成的是一次內存或I/O讀、寫操作，在取指之后可兩步完成，第一步把要使用的地址傳送到地址寄存器ARH、ARL中，第二步執行內存或I/O讀、寫操作。

③C組指令在取指之后可三步完成，其中CALR指令在用兩步讀、寫內存之后，第三步執行寄存器之間的數據傳送；而其他指令在第一步置地址寄存器ARH、ARL，第二步讀內存（即取地址操作數）、計算內存地址、置地址寄存器ARH、ARL，第三步讀、寫內存。

④D組指令完成的是兩次讀、寫內存操作，在取指之后可四步完成。

2.指令格式

TEC-2008教學機是16位機，實現29條基本指令，用于編寫教學機的監控程序和支持簡單的匯編語言程序設計。同時保留了19條擴展指令，供學生在教學實驗中完成對這些指令的設計與調試。16位教學機的指令格式，支持單字和雙字指令，第一個指令字的高8位是指令操作碼字段，低8位和雙字指令的第二個指令字是操作數、地址字段，分別有3種用法，如圖2-2所示。

這8位指令操作碼（記作“IR15～IR8”），含義如下：

①IR15、IR14用于區分指令組：0X表示A組，10表示B組，11表示C、D組，C、D組的區分還要用IR11，IR11=0為C組，IR11=1為D組。

②IR13用于區分基本指令和擴展指令：基本指令該位為0，擴展指令該位為1。

③IR12用于簡化控制器實現，其值恒為0。

④IR11～IR8用于區分同一指令組中的不同指令。

16位機根據指令字長、操作數不同可劃分為如下5種指令格式：

（1）單字、無操作數指令：

格式：

基本指令：

PSHF；狀態標志（C、Z、V、S、P1、P0）入棧

POPF；彈出棧頂數據送狀態標志寄存器

RET；子程序返回

擴展指令：

CLC；清進位標志位C=0

STC；置進位標志位C=1

EI；開中斷，置中斷允許位INTE=1

DI；關中斷，置中斷允許位INTE=0

IRET；中斷返回

（2）單字、單操作數指令：

格式：

基本指令：

DEC DR；DR←DR-1

INC DR；DR←DR+1

SHL DR；DR邏輯左移，最低位補0，最高位移入C

SHR DR；DR邏輯右移，最高位補0，最低位移入C

JR OFFSET；無條件跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

JRC OFFSET；當C=1時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

JRNC OFFSET；當C=0時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

JRZ OFFSET；當Z=1時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

JRNZ OFFSET；當Z=0時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

IN I/O PORT；R0←[I/O PORT]，從外設I/O PORT端口讀入數據到R0

OUT I/O PORT；[I/O PORT]←R0，將R0中的數據寫入外設I/O PORT端口

PUSH SR；SR入棧

POP DR；彈出棧頂數據送DR

擴展指令：

RCL DR；DR與C循環左移，C移入最低位，最高位移入C

RCR DR；DR與C循環右移，C移入最高位，最低位移入C

ASR DR；DR算術右移，最高位保持不變，最低位移入C

NOT DR；DR求反，即DR←/DR

JMPR SR；無條件跳轉到SR指向的地址

CALR SR；調用SR指向的子程序

JRS OFFSET；當S=1時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

JRNS OFFSET；當S=0時，跳轉到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

（3）單字、雙操作數指令：

格式：

基本指令：

ADD DR，SR；DR←DR+SR

SUB DR，SR；DR←DR-SR

AND DR，SR；DR←DR and SR

CMP DR，SR；DR-SR

XOR DR，SR；DR←DR xor SR

TEST DR，SR；DR and SR

OR DR，SR；DR←DR or SR

MVRR DR，SR；DR←SR

LDRR DR，[SR]；DR←[SR]

STRR [DR]，SR；[DR]←SR

擴展指令：

ADC DR，SR；DR←DR+SR+C

SBB DR，SR；DR←DR-SR-C

（4）雙字、單操作數指令：

格式：

基本指令：

JMPA ADR；無條件跳轉到地址ADR

CALA ADR；調用首地址在ADR的子程序

（5）雙字、雙操作數指令：

格式1：

基本指令：MVRD DR，DATA；DR←DATA擴展指令：LDRA DR，[ADR]；DR←[ADR]STRA [ADR]，SR；[ADR]←SR格式2：

擴展指令：

LDRX DR，OFFSET[SR]；DR←[OFFSET+SR]

STRX DR，OFFSET[SR]；[OFFSET+SR]←[DR]