JUC-3指令增强

在JUC-3基本模块中已经支持JZ和JNZ指令，现在扩充依据其他3个标志位的条件转移指令JC、JNC、JO、JNO、JS、JNS。分析指令编码表，8条条件转移指令由IR的8、7、6位区分；其中IR₈和IR₇区分所测试的标志位类型，即区分N、Z、O、C，IR₆区分所测试的标志位为1还是为0。因此修改基本版中BM=3依据标志位的微转移地址形成逻辑，在juc3-ch2.adoc#fig-20基础上增加一个4选1多路器，用IR₈和IR₇控制多路器选择标志位，IR₆控制异或门决定是否取反，如图 1。

由上面的硬件设计可以知道，是否满足转移条件的判断是由硬件完成的，所以不同条件转移指令的微程序是一样的，只是微程序入口地址不同，所以只要在相应的微地址填入条件转移微指令。

（1）用以下程序验证JC指令

设计两组立即数使得转移和不转移两种情况均能出现，观察LED的变化和PC值的变化并分析原因。

（2）验证其他的条件转移指令。

移位操作分逻辑移位、算术移位和循环移位三大类，其中循环移位根据进位位是否一起参加循环，可分为不带进位循环移位和带进位循环移位两种。移位操作如图 2。

从图 2可以看出，除了左移和右移的不同，不同移位操作的区别主要是移入的数据来源不同。如果16位移位数据是d，左移时移入最低位d[0]的数据根据不同的的移位操作可取0、最高位d[15]或PSW中的CF；右移时移入最高位d[15]的数据根据不同的的移位操作可取d[15] 自身、0、最低位d[0]或CF。因此可以用两个多路器选择左移和右移时的移入数据，如图 3。

图中多路器的选择信号ShiftType连接指令寄存器IR的8、7两位，从指令编码表可以看出，当IR_8-7分别为00、01、10、11时，对应的移位指令分别是：算术移位、逻辑移位、循环移位和带进位的循环移位。

从运算器设计已经知道，PSW保存ALU的运算结果特征标志，其中CF是加法运算的进位，现在要使CF也可以来源于移位寄存器的移位输出，左移时将X的最高位送CF，右移时将X的最低位送CF。因此可以用一个多路器选择CF的来源，选择逻辑如图 4，SL有效时，选择输入数据的X[15]送入CF；SR有效时，选择输入数据的X[0]送入CF；SL和SR同时无效时（不移位），选择加法产生的进位送入CF；SL和SR不应该出现同时有效的情况，如果有这种情况出现，也选择加法产生的进位送入CF。

从上面的硬件设计可以看出，不同移位指令移入数据来源的选择由硬件实现，移出数据位送到PSW的CF标志位也是由硬件实现。所以各个移位指令的微程序是相同的，但是微程序入口地址不同，所以只要在相应的微地址填入左移或右移的微程序。

（1）用以下调机程序验证右移指令的微程序。

移位指令将移出的位保存在PSW的CF标志位中，所以可以用JC指令判断移出位的值。第3行指令中的“FFFDH(PC)”表示相对寻址，其中“FFFDH”是补码表示的偏移量，即十进制“-3”。

分析上述程序的功能，运行之后相关寄存器和PSW会有怎样的变化，第一次移位后JC指令是否转移，第二次呢？转移的目的地址是多少。

（2）用以下程序验证循环左移指令的微程序。

分析程序的功能，运行之后相关寄存器和PSW会有怎样的变化，程序是否转移，转移的目的地址是多少。

堆栈是主存储器中的一块连续的专用存储区域，它只能从一端存入或取出数据，遵循后进先出（LIFO）的规则。如果是从低地址一端操作，随着存入堆栈数据的增加，存放数据的单元地址减小，通常称作堆栈向上增长；如果是从高地址一端操作，随着存入堆栈数据的增加，存放数据的单元地址增大，通常称作堆栈向下增长。JUC-3的堆栈是向上增长的，堆栈的存储空间为002FH~0008H。

堆栈操作必须通过堆栈指示器SP，它是CPU中的一个专用寄存器，用来指向栈顶元素。将数据压入堆栈时，首先将SP的内容减1，使SP指向一个新的内存单元，然后将数据存入以SP内容为地址的内存单元；将数据从堆栈中取出时，首先以SP内容为地址取出该内存单元的数据，然后将SP的内容加1，使SP指向新的栈顶。总之，SP始终指向当前的栈顶元素。增加了SP寄存器的JUC-3E模型机结构如图 5。SP的初始值为0030H。增加了SPoe和SPce微命令的微指令编码见表 1。

和堆栈操作有关的指令主要有压栈指令PUSH、出栈指令POP、子程序调用指令CALL、子程序返回指令RET。

“PUSH dst”是单操作数指令，但本质上是双操作数的传送，相当于“MOV dst, - (SP)”，其中由SP指向的堆栈单元是隐含操作数，dst的本质是源，但是作为单操作数指令，只有取目的操作数阶段。在取目的操作数的微程序结束时，dst已经存放到RX暂存器中，也就是要放入堆栈的数据。因此在PUSH指令的执行阶段，要将RX暂存器中的“目的操作数”送到堆栈中去。

出栈指令“POP dst” 相当于“MOV (SP)+, dst”，也就是将栈顶单元的内容送给dst。dst可能在主存或寄存器，如果在主存中，其地址已经在取操作数阶段存放在AR中。但是在从堆栈中取出数据时，需要将SP的内容送给AR，这就破坏了AR中的目的地址；所以需要在此之前先将AR的内容保存到RY寄存器。此外栈顶单元的内容取出后还要将SP加1，使SP始终指向栈顶单元。

子程序调用指令（CALL）的功能是使程序转向目的地址，这一点和JMP转移指令是一样的，只要将AR的内容送给PC就可以了；不同的是CALL指令还要为子程序返回指令（RET）做好准备，将下一条指令的地址也就是当前PC的内容压入堆栈。而RET指令所要做的就是将栈顶单元内容取出装入PC中，使程序返回调用处继续执行。

（1）PUSH和POP指令的微程序设计与调试。

用下面的调机程序验证PUSH和POP的微程序。观察堆栈指针SP、堆栈存储单元以及相关寄存器和内存单元的变化，理解堆栈的用法。

（2）编写CALL指令的微程序，并设计调机程序验证。

（3）编写RET指令的微程序，并设计调机程序验证。

注意观察子程序返回是否返回到正确的地址，以及返回后堆栈指针的变化。