2.3.2 TEC-2008指令系统
TEC-2008是由清华大学自主设计并研制的16位教学计算机系统，该系统是一台硬件组成相对完备的计算机系统，CPU、主存、I/O接口及总线均具有一定的典型性，并能够驱动常见的输入/输出设备。更重要的是，该系统能够提供计算机组成原理部分教学所要求的教学实验功能，学生能够深入到计算机内部，查看、测试主要信号与部件的工作状态。
1.指令分类
16位机的指令按不同的分类标准可划分为：
①从指令长度区分，有单字指令和双字指令。
②从操作数的个数区分，有三操作数指令、双操作数指令、单操作数指令和无操作数指令。
③从使用的寻址方式区分，有寄存器寻址、寄存器间接寻址、立即数寻址、直接地址、相对寻址等多种基本寻址方式。
④从指令功能区分，给出了算术和逻辑运算类指令、读写内存类指令、输入/输出类指令、转移指令、子程序调用和返回类指令，还有传送、移位、置进位标志和清进位标志等指令。
⑤按照指令的功能和它们的执行步骤，可以把该机的指令划分为如下4组。在后面几节中给出的指令流程框图、指令流程表都是以此为标准进行指令划分的。
A组：基本指令ADD、SUB、AND、OR、XOR、CMP、TEST、MVRR、DEC、INC、SHL、SHR、JR、JRC、JRNC、JRZ、JRNZ；扩展指令ADC、SBB、RCL、RCR、ASR、NOT、CLC、STC、EI、DI、JRS、JRNS、JMPR。
B组：基本指令JMPA、LDRR、STRR、PUSH、POP、PUSHF、POPF、MVRD、IN、OUT、RET。
C组：扩展指令CALR、LDRA、STRA、LDRX、STRX。
D组：基本指令CALA；扩展指令IRET。
说明：
①A组指令完成的是通用寄存器之间的数据运算或传送，在取指之后可一步完成。
②B组指令完成的是一次内存或I/O读、写操作，在取指之后可两步完成，第一步把要使用的地址传送到地址寄存器ARH、ARL中，第二步执行内存或I/O读、写操作。
③C组指令在取指之后可三步完成，其中CALR指令在用两步读、写内存之后，第三步执行寄存器之间的数据传送；而其他指令在第一步置地址寄存器ARH、ARL，第二步读内存（即取地址操作数）、计算内存地址、置地址寄存器ARH、ARL，第三步读、写内存。
④D组指令完成的是两次读、写内存操作，在取指之后可四步完成。
2.指令格式
TEC-2008教学机是16位机，实现29条基本指令，用于编写教学机的监控程序和支持简单的汇编语言程序设计。同时保留了19条扩展指令，供学生在教学实验中完成对这些指令的设计与调试。16位教学机的指令格式，支持单字和双字指令，第一个指令字的高8位是指令操作码字段，低8位和双字指令的第二个指令字是操作数、地址字段，分别有3种用法，如图2-2所示。
图2-2 TEC-2008指令格式示意图
这8位指令操作码（记作“IR15～IR8”），含义如下：
①IR15、IR14用于区分指令组：0X表示A组，10表示B组，11表示C、D组，C、D组的区分还要用IR11，IR11=0为C组，IR11=1为D组。
②IR13用于区分基本指令和扩展指令：基本指令该位为0，扩展指令该位为1。
③IR12用于简化控制器实现，其值恒为0。
④IR11～IR8用于区分同一指令组中的不同指令。
16位机根据指令字长、操作数不同可划分为如下5种指令格式：
（1）单字、无操作数指令：
格式：
基本指令：
PSHF；状态标志（C、Z、V、S、P1、P0）入栈
POPF；弹出栈顶数据送状态标志寄存器
RET；子程序返回
扩展指令：
CLC；清进位标志位C=0
STC；置进位标志位C=1
EI；开中断，置中断允许位INTE=1
DI；关中断，置中断允许位INTE=0
IRET；中断返回
（2）单字、单操作数指令：
格式：
基本指令：
DEC DR；DR←DR-1
INC DR；DR←DR+1
SHL DR；DR逻辑左移，最低位补0，最高位移入C
SHR DR；DR逻辑右移，最高位补0，最低位移入C
JR OFFSET；无条件跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
JRC OFFSET；当C=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
JRNC OFFSET；当C=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
JRZ OFFSET；当Z=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
JRNZ OFFSET；当Z=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
IN I/O PORT；R0←[I/O PORT]，从外设I/O PORT端口读入数据到R0
OUT I/O PORT；[I/O PORT]←R0，将R0中的数据写入外设I/O PORT端口
PUSH SR；SR入栈
POP DR；弹出栈顶数据送DR
扩展指令：
RCL DR；DR与C循环左移，C移入最低位，最高位移入C
RCR DR；DR与C循环右移，C移入最高位，最低位移入C
ASR DR；DR算术右移，最高位保持不变，最低位移入C
NOT DR；DR求反，即DR←/DR
JMPR SR；无条件跳转到SR指向的地址
CALR SR；调用SR指向的子程序
JRS OFFSET；当S=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
JRNS OFFSET；当S=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET
（3）单字、双操作数指令：
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
扩展指令：
ADC DR，SR；DR←DR+SR+C
SBB DR，SR；DR←DR-SR-C
（4）双字、单操作数指令：
格式：
基本指令：
JMPA ADR；无条件跳转到地址ADR
CALA ADR；调用首地址在ADR的子程序
（5）双字、双操作数指令：
格式1：
基本指令：MVRD DR，DATA；DR←DATA扩展指令：LDRA DR，[ADR]；DR←[ADR]STRA [ADR]，SR；[ADR]←SR格式2：
扩展指令：
LDRX DR，OFFSET[SR]；DR←[OFFSET+SR]
STRX DR，OFFSET[SR]；[OFFSET+SR]←[DR]