計算機組成原理課程設(shè)計TEC2000十六位機微程序設(shè)計

1、 課 程 設(shè) 計項目名稱： tec2000十六位機微程序設(shè)計 課程名稱： 計算機組成原理 班級： 計122 計122 計122 計122 姓名： 學號： 教師： 信息工程學院計算機系16位機微程序控制器指令系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)一、設(shè)計題目16位機微程序控制器指令系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)二、設(shè)計目的通過看懂教學計算機組合邏輯控制器中已經(jīng)設(shè)計好并正常運行的幾條基本指令（例如add、mvrr、out、mvrd、jr、ret等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程，然后自己設(shè)計微程序控制器中的29條基本指令和19條擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調(diào)試正確，達到以下目的：1、深入理解計算機控制器的功能、

2、組成知識和各類典型指令的執(zhí)行過程；2、對指令格式、尋址方式、指令系統(tǒng)、指令分類等建立具體的總體概念；3、學習微程序控制器的設(shè)計過程和相關(guān)技術(shù)。三、設(shè)計說明控制器設(shè)計是學習計算機總體組成和設(shè)計的重要的部分。要在tec2000教學計算機上完成這項設(shè)計，必須清楚懂得：1、tec2000教學機的微程序控制器主要由作為選件的微程序控制器小板和教學機大板上的7片gal20v8組成。2、tec2000教學機微程序控制器上要實現(xiàn)的全部基本指令和擴展指令的控制信號都是由微程序小板上的7片控制存儲器給出的。3、應(yīng)了解監(jiān)控程序的a命令只支持基本指令，擴展指令應(yīng)用e命令將指令代碼寫入到相應(yīng)的存儲單元中；不能用t、p命

3、令單步調(diào)試擴展指令，只能用g命令執(zhí)行擴展指令。4、要明白tec2000教學機支持的指令格式及指令執(zhí)行流程分組情況；理解tec2000教學機中已經(jīng)設(shè)計好并正常運行的各類指令的功能、格式、執(zhí)行流程和控制信號的組成。5、明確自己要實現(xiàn)的指令格式、功能、執(zhí)行流程設(shè)計中必須遵從的約束條件。6、為了完成擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調(diào)試正確的實驗內(nèi)容，具體過程包括： 1）確定指令格式和功能，要受教學機已有硬件的約束，應(yīng)盡量與已實現(xiàn)指令的格式和分類辦法保持一致； 2）劃分指令執(zhí)行步驟并設(shè)計每一步的執(zhí)行功能，設(shè)計節(jié)拍狀態(tài)的取值，應(yīng)參照已實現(xiàn)指令的處理辦法來完成，特別要注意的是，讀取指令

4、的節(jié)拍只能用原來已實現(xiàn)的，其他節(jié)拍的節(jié)拍狀態(tài)也應(yīng)盡可能的與原用節(jié)拍的狀態(tài)保持一致和相近；3）在指令微程序表中填寫每一個控制信號的狀態(tài)值，注意要特別仔細，并有意識地體會這些信號的控制作用；4）將設(shè)計好的微碼，裝入控制存儲器的相應(yīng)單元；5）寫一個包含你設(shè)計的指令的程序，通過運行該程序檢查執(zhí)行結(jié)果的正確性，來初步判斷你的設(shè)計是否正確；如果有問題，通過幾種辦法查出錯誤并改正，繼續(xù)調(diào)試，直到完全正確。四、設(shè)計內(nèi)容1、完成微程序控制器指令系統(tǒng)設(shè)計，主要內(nèi)容是由學生自己設(shè)計29條基本指令和19條擴展指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、運行、調(diào)試正確。2、首先看懂tec2000教學計算機的功能部

5、件組成和線路邏輯關(guān)系，然后分析教學計算機組合邏輯控制器中已經(jīng)設(shè)計好并正常運行的幾條典型指令（例如add、mvrr、out、mvrd、jrc、ret等指令）的功能、格式和執(zhí)行流程。3、設(shè)計微程序控制器指令系統(tǒng)中各條指令的功能、格式和執(zhí)行流程，并在教學計算機上實現(xiàn)、調(diào)試正確，例如adc、stc、jrs、jrns、ldrx、strx、jmpr、calr、ldra等19條擴展指令。4、單條運行指令，查看指令的功能、格式和執(zhí)行流程。5、用監(jiān)控程序的a、e（擴展指令必須用e命令置入）命令編寫一段小程序，觀察運行結(jié)果。五、小組分工及任務(wù)分配我們組成員為周?。ńM長）、劉杰午、劉新培、馮瑞，任務(wù)分配為：1、 設(shè)

6、計微程序控制器中基本指令的功能、格式和執(zhí)行流程。并設(shè)計15條基本指令的執(zhí)行流程，畫出15條基本指令的執(zhí)行流程框圖和微程序編碼表2、 設(shè)計14條基本指令和2條擴展指令的執(zhí)行流程，畫出14條基本指令和2條擴展指令的執(zhí)行流程框圖和微程序編碼表。3、 確定微碼各字段與控制存儲器各個芯片之間的關(guān)系，列表寫出各控制存儲器芯片中存儲單元的內(nèi)容，將設(shè)計好的微碼裝入芯片。4、 編寫包含所有指令的測試程序，通過運行這些程序檢查指令設(shè)計是否正確。六、進度安排第1周 周一 上午 經(jīng)過課程設(shè)計動員，全組同學初步了解了課設(shè)的大體內(nèi)容，并作出具體分工。 下午 到圖書館查資料，深刻理解了微程序控制的內(nèi)容和意義，并且到實驗室熟

7、悉了tec2000機開發(fā)環(huán)境，最后準備了一些匯編書籍。 周二-周三 具體學習tec-2000的基本指令并設(shè)計、擴展指令并設(shè)計、編寫了一些調(diào)試程序。在深刻理解這些指令的前提下，將指令編入芯片，經(jīng)過多次測試，多次修改，最終完成基本要求。第2周 周日- 周四 開始編寫報告，運行測試程序，不間斷調(diào)試指令。 七、課程設(shè)計環(huán)境1、硬件環(huán)境： pc機一臺、tec2000實驗機一臺、微程序控制器實驗板一塊。 2、軟件環(huán)境：（1）win2000、dos （2）tec2000仿真終端程序pcec（3）tec2000監(jiān)控程序。八、基本指令和擴展指令的執(zhí)行流程框圖1.基本指令流程框圖2. 擴展指令流程框圖3. tec

8、-2000 16位機擴展指令系統(tǒng)九.基本指令和擴展指令的微程序編碼表 基本指令和擴展指令的微程序編碼表（十六進制）指令名微址下址ci3-0scc3-00mrw0i2-0sai8-6sbi5-3basstssh scidc2dc1all0000e041315501700100e043205501b0中斷隱指令0200e010100000100300204010000000add0004303041b8001000sub0105303041b9001100and0206303041bc001000cmp030930304199001100xor0408303041be001000test050a3

9、030419c001000or0607303041bb001000mvrr070b303044b8001000dec080d30304339001000inc090c30304338001100shl0a0e30304378006000shr0b0f30304358005000jr411130304530550002jrc441030344010000000jrnc451030344010000000jrz461030344010000000jrnz471030344010000000jmpa801e24304320550130ldrr811b1ce04490000030in821214364

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11、043314000302230300220550001jrns6569303540100000006a30304530550002clc6c5630304010003000 基本指令和擴展指令的微程序編碼表（二進制）指令名微址下址ci3-0scc3-00mew0i2-0sai8-6sbi5-3basstsshscidc2dc1all00001110000001000001001100010101010100000001011100000100111000000100001100100000010101010000000110110000中斷隱指令020011100000000100000001

12、00000000000000000000000100000300001000000100000000010000000000000000000000000000add000430001100000100000110111000000000000001000000000000sub010530001100000100000110111001000000000001000100000000and020630001100000100000110111100000000000001000000000000cmp0309300011000001000001100110010000000000010001

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15、000000010000000000000000000000000000jrz461030001101000100000000010000000000000000000000000000jrnz471030001101000100000000010000000000000000000000000000jmpa801e24001100000100001100100000010101010000000100110000lorr811b00111000000100010010010000000000000000000000110000in8212140011011001000111000100000

16、00000000000000000110010out86121400110110010001110001000000000000000000000011001013300011000000100011000100000000000000000000000000011430001100000011011100110000000000000000000000000000strr831900111000000100001100011000000000000000000000110000psh/f84151a00110111010000110011000101000000000000000011000

17、085151a0011011101000011001100010100000000000000001100001630001100000000000000010000000000000000000000000011pop/f87171c0011011101000011001000000100010000000001001100008c171c0011011101000011001000000100010000000001001100001830001100000001000000010000000000000010000000000000mvrd881d1c001100000100001100

18、100000010101010000000100110000ret8f23001110000001000011001000000100010000000001001100002430001100000001011100110000010100000000000000000000calace1f001110000001000011001000000101010100000001001100002000111000000001011100000000000000000000000000000000210011100000010000110011000101000000000000000011000

19、02230001100000000001000100000010101010000000000000001calre0640011100000010000110011000101000000000000000011000065001110000000000100000100000000010100000000000000016630001100000100010010110000010100000000000000000000 八個控制存儲器芯片中各存儲單元的內(nèi)容列表指令名maprommprom1mprom2mprom3mprom4mprom5mprom6mprom7all0000e04131

20、5501700100e043205501b0中斷隱指令0200e010100000100300204010000000add0004303041b8001000sub0105303041b9001100and0206303041bc001000or0607303041bb001000xor0408303041be001000cmp030930304199001100test050a3030419c001000mvrr070b303044b8001000inc090c30304338001100dec080d30304339001000shl0a0e30304378006000shr0b0f30

21、304358005000jrc441030344010000000jrnc451030344010000000jrz461030344010000000jrnz471030344010000000jr411130304530550002in821214364710000032out86121436471000003213303023100000011430303730000000psh/f84151a37433140003085151a3743314000301630300010000003pop/f87171c3743204401308c171c37432044013018303010100

22、02000strr831900e043180000301a30300490000001lorr811b00e044900000301c30301738000000mvrd881d1c304320550130jmpa801e24304320550130ce1f00e043205501302000e017000000002100e043314000302230300220550001ret8f2300e043204401302430301730500000calre06400e043314000306500e0041005000166303044b05000 00十、指令設(shè)計方案1、將設(shè)計好的微碼

23、寫入控制存儲器。一次只對一片28c64 控制存儲器芯片進行讀寫，該芯片可插在擴展芯片的高位或低位，若插在高位，輸入時信號編碼為高八位，低八位補零；若插在低位，輸入時信號編碼為低八位，高位補零。若一次擴展兩片28c64控制器芯片，要注意信號要與產(chǎn)生該信號的芯片相對。將擴展新片的內(nèi)存單元地址置為40005fff，將maprom 插入擴展芯片的位置，微程序入口地址對應(yīng)的內(nèi)存單元的地址為芯片的起始地址和該指令的編碼值之和。具體操作如下：(1)將端口地址寫入芯片e 40004000 00ff：04 00ff：05 00ff：06 00ff：09 00ff：0800ff：0a 00ff：07 00ff：0

24、b 00ff：0d 00ff：0c00ff：0e 00ff：0fe 40204020 00ff：50 00ff：51e 402a402a 00ff：54 00ff：55 00ff： 53 00ff：52e 40414041 00ff：11e 40444044 00ff：10 00ff：10 00ff：10 00ff：10e40604060 00ff：5a 00ff： 0 e 406c406c 00ff：56 00ff：57 00ff：58 00ff：59e 40800ff： 00ff： 00ff：6900ff：694080 00ff：1e 00ff：1b 00ff：12 00ff：19 00f

25、f：1500ff：12 00ff：17 00ff：1de 408c408c 00ff：17 00ff： 00ff： 00ff： 23e 40ce40ce 00ff：1fe 40e040e0 00ff：64e 40e440e4 00ff：5b 00ff：5d 00ff：61 00ff：5fe 40ef40ef 00ff：67編碼截圖如下：（2）將mprom1-mprom7依次插入擴展芯片的位置對其編程，內(nèi)存單元的地址為芯片的起始地址和該指令操作功能所對應(yīng)的微址之和，操作如下：mprom1產(chǎn)生下址信號，mprom2 產(chǎn)生ci30、scc30 信號，對mprom1-2 的操作為：mprom1 在高位

26、 mprom2 在低位e 40004000 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：002000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3034 00ff：3030 00ff：1436 00ff：303000ff：3030 00ff：1a37 00ff：3030 00ff：1c3700ff：3030 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：

27、3030 00ff：1c30 00ff：2430 00ff：00e000ff：00e0 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：3030e 40304030 00ff：3a32 00ff：0230e 403a403a 00ff：4010 00ff：4331 00ff：0410 00ff：433100ff：0210 00ff：4730e 40504050 00ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030 00ff：303000ff：3030 00ff：3030 00ff：3030

28、00ff：00e000ff：1c30 00ff：00e0 00ff：1c30 00ff：00e000ff：1a30 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：303000ff：00e0 00ff：00e0 00ff：3030 00ff：00e000ff：2330 00ff：3035 00ff：3030編碼截圖如下：（3）mprom3 產(chǎn)生0mrw、0i20 信號，mprom4產(chǎn)生sai8i6、sbi5i3信號，對 mprom3-4的操作為：mprom3 在高位 mprom4 在低位e 40004000 00ff：4131 00ff：4320 00ff：1010 00ff：401000f

29、f：41b8 00ff：41b9 00ff：41bc 00ff：41bb00ff：41be 00ff：4199 00ff：419c 00ff：44b800ff：4338 00ff：4339 00ff：4378 00ff：435800ff：4010 00ff：4530 00ff：4710 00ff：231000ff：3730 00ff：4331 00ff：0010 00ff：432000ff：1010 00ff：4318 00ff：0490 00ff：449000ff：1738 00ff：4320 00ff：4320 00ff：432000ff：1700 00ff：4331 00ff：0220

30、00ff：432000ff：1730e 40304030 00ff：4700 00ff：4320e 403a403a00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e0 00ff：00e000ff：00e0 00ff：3130e 40504050 00ff：41b8 00ff：41b9 00ff：433f 00ff：435800ff：4378 00ff：4358 00ff：4010 00ff：401000ff：4010 00ff：4010 00ff：44b0 00ff：432000ff：1710 00ff：4320 00ff：1590 00ff：432000ff：1710 00ff：43

31、20 00ff：1590 00ff：039000ff：4331 00ff：0410 00ff：44b0 00ff：432000ff：1010 00ff：4010 00ff：4530編碼截圖如下：（4）mprom5 產(chǎn)生b 口、a口信號，mprom6 產(chǎn)生0sst、sshsci 信號，對 mprom5-6的操作為：mprom5 在高位 mprom6 在低位e 40004000 00ff：5501 00ff：5501 00ff：0000 00ff：000000ff：0010 00ff：0011 00ff：0010 00ff：001000ff：0010 00ff：0011 00ff：0010 00f

32、f：001000ff：0011 00ff：0010 00ff：0060 00ff：005000ff：0000 00ff：5500 00ff：0000 00ff：000000ff：0000 00ff：4000 00ff：0000 00ff：440100ff：0020 00ff：0000 00ff：0000 00ff：000000ff：0000 00ff：5501 00ff：5501 00ff：550100ff：0000 00ff：4000 00ff：5500 00ff：440100ff：5000e 40304030 00ff：0000 00ff：5501e 403a403a 00ff：0000

33、00ff：4000 00ff：0500 00ff：400000ff：0000 00ff：5000e 40504050 00ff：0012 00ff：0012 00ff：0010 00ff：005c00ff：0064 00ff：0054 00ff：0030 00ff：004000ff：0000 00ff：0000 00ff：5000 00ff：550100ff：0000 00ff：5501 00ff：0000 00ff：550100ff：0000 00ff：5501 00ff：0000 00ff：000000ff：4000 00ff：0500 00ff：5000 00ff：440100ff：00

34、20 00ff：0000 00ff：5500編碼截圖如下：（5）mprom7 產(chǎn)生dc2、dc1 信號，對mprom7 的操作為：e 40004000 00ff：70 00ff：b0 00ff：10 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：02 00ff：32 00ff：0100ff：00 00ff：30 00ff：03 00ff：3000ff：00 00ff：30 00ff：01 00ff：3000ff：00

35、 00ff：30 00ff：30 00ff：3000ff：00 00ff：30 00ff：01 00ff：3000ff：00e 40304030 00ff：03 00ff： 0be 403a403a 00ff：70 00ff：30 00ff：51 00ff：3000ff：01 00ff：05e 40504050 00ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：00 00ff：00 00ff：00 00ff：0000ff：60 00ff：70 00ff：00 00ff：3000ff：30 00ff：30 00ff：30 00ff：3000ff：30 00ff：30 00f

36、f：30 00ff：0100ff：30 00ff：01 00ff：00 00ff：3000ff：40 00ff：00 00ff：02編碼截圖如下：十一、測試程序選擇擴展指令的a組指令中的clc指令，觀察其節(jié)拍流程（1）置撥動開關(guān)sw=01101100 00000000；（表示指令clc）（2）按reset 按鍵；小板指示燈microp 亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其他燈全滅；（3）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；（4）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示000

37、0 0001，下址的指示燈全滅；（5）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；（6）以上三步為公共操作，其他指令同；（7）按start 按鍵；小板指示燈ci30、scc30 顯示0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0101 0110；（8）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30 顯示0011 0000，微址指示燈顯示0101 0110，下址的指示燈顯示0011 0000；（9）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30 顯示0011 0010，微址指示燈顯示00

38、11 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（10）按start 按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示0011 0000，微址指示燈顯示0011 0001，下址的指示燈顯示0000 0010；選擇擴展指令的a組指令中的jrns指令，觀察其節(jié)拍流程（1）置撥動開關(guān)sw=01100101 00000001；（表示指令jrns）（2）按reset 按鍵；小板指示燈microp 亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其他燈全滅；（3）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；（4）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc

39、30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈全滅；（5）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈全滅；（6）以上三步為公共操作，其他指令同；（7）按start 按鍵；小板指示燈ci30、scc30 顯示0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0110 1001；（8）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30 顯示0011 0101，微址指示燈顯示0110 1001，下址的指示燈顯示0011 0000；（9）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc

40、30 顯示0011 0010，微址指示燈顯示0011 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（10）按start 按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示0011 0000，微址指示燈顯示0011 0001，下址的指示燈顯示0000 0010；2、在單步方式下，通過指示燈觀察各類基本指令的微碼。（在此，僅在a組、c組中各列舉一條指令為例。）通過驗證可知各指令的微碼無誤。1置撥動開關(guān) sw=00000000 00000001；（表示指令 add r0，r1 ）2按 reset 按鍵； 指示燈 microp 亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；3按 start 按

41、鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 1110 0000，微址和下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作 0pc、di#=0）4按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 1110 0000，微址指示燈顯示 0000 0001，下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作 pcar、pc+1pc）5按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 1110 0000，微址指示燈顯示 0000 0010，下址的指示燈全滅；（本拍完成公共操作 memir）6以上三步為公共操作，其它指令同；7按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 0010 0000，微址指示燈

42、顯示 0000 0011，下址的指示燈顯示 0000 0100；（本拍完成/map 操作功能）8按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 0011 0000，微址指示燈顯示 0000 0100，下址的指示燈顯示 0011 0000 (本拍執(zhí)行 add 指令，drdr+sr 操作)。9按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 0011 0010，微址指示燈顯示 0011 0000，下址的指示燈顯示 0011 1010；（本拍完成 strq、cc#=int#公共操作功能）10 按 start 按鍵； 指示燈 ci30、scc30 顯示 0011 0000，微址指

43、示燈顯示 0011 0001，下址的指示燈顯示 0000 0010；（本拍完成 pcar、pc+1pc、cc#=0 的公共操作功能）選擇基本指令的d組指令中的cala指令，觀察其節(jié)拍流程（1）置撥動開關(guān)sw= 1100 1110 0000 0000；（表示指令cala）（2）按reset按鍵；小板指示燈microp亮（只要選擇微程序，該燈在指令執(zhí)行過程中一直亮），其它燈全滅；（3）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0000 0000，下址的指示燈顯示0000 0000；（4）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 000

44、0，微址指示燈顯示0000 0001，下址的指示燈顯示 0000 0000；（5）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0000 0010，下址的指示燈顯示0000 0000；（6）以上三步為公共操作，其它指令同。（7）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示0010 0000，微址指示燈顯示0000 0011，下址的指示燈顯示0001 1111；（8）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0001 1111，下址的指示燈顯示0000 0000；（本拍完成pcar、pc+lpc操作）（9

45、）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示1110 0000，微址指示燈顯示0010 0000，下址的指示燈顯示0000 0000；（本拍完成memq操作）（10）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示 1110 0000 ，微址指示燈顯示0010 0001，下址的指示燈顯示0000 0000；（本拍完成sp-1sp、pcar操作）（11）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示0011 0000，微址指示燈顯示0010 0010，下址的指示燈顯示0011 0000；（本拍完成pcmem、qpc、cc#=o操作）（12）按start按鍵；小板指示燈ci30、scc30顯示0011 0010，微址指示燈顯示0011 0000，下址的指示燈顯示0011 1010；（本拍完成strq、cc#=int#操