计算机组成原理指令扩展实验.docx
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计算机组成原理指令扩展实验
华北科技学院计算机学院综合性实验
实验报告
课程名称计算机组成原理B
实验学期2014至2015学年第一学期
学生所在院部计算机学院
年级2012专业班级计科B12-3
学生姓名董帅帅学号201207014316
任课教师席振元
实验成绩
计算机学院制
实验报告须知
1、学生上交实验报告时，必须为打印稿（A4纸）。
页面空间不够，可以顺延。
2、学生应该填写的内容包括：
封面相关栏目、实验地点、时间、目的、设备环境、内容、结果及分析等。
3、教师应该填写的内容包括：
实验成绩、教师评价等。
4、教师根据本课程的《实验指导》中实验内容的要求，评定学生的设计性实验成绩；要求在该课程期末考试前将实验报告交给任课教师。
设计性实验中，所涉及的程序，文档等在交实验报告前，拷贝给任课教师。
任课教师统一刻录成光盘，与该课程的期末考试成绩一同上交到系里存档。
5、未尽事宜，请参考该课程的实验大纲和教学大纲。
《计算机组成原理B》课程设计性实验报告
开课实验室：
计算机组成原理实验室2014年11月26日
实验题目
指令扩展实验
一、实验目的
深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。
二、设备与环境
TEC-XP+教学机，微机（装有WindowsXP、ISPLEVER、ispVMSystem等软件）。
三、实验内容
在现有的基本指令系统上，扩展2条指令：
ADTW、ADRM。
四、实验步骤
1、两条指令的格式及功能
写明2条指令的格式、功能、寻址方式、操作码编码、微程序步数、微程序入口地址。
（1）指令格式：
ADTWDR
功能：
DR+2->DR（DR内的值自加2）
寻址方式：
寄存器寻址
操作码编码：
10100001（A1）
微程序步数：
2
微程序入口地址：
81
（2）指令格式：
ADRMDR，[SR]
功能：
DR+[SR]->DR
寻址方式：
DR为寄存器寻址、[SR]为寄存器间接寻址
操作码编码：
11100011（E3）
微程序步数：
3
微程序入口地址：
83
2、指令所对应的微程序
每条指令对应的微程序、每步功能及各自段值得意义
（1）指令ADTWDR对应的微程序为：
入口
地址
下址
CI-0
SCC3-0
MAR
I2-0
I8-6
I5-3
B口
A口
SST
SSHSCI
DC2
DC1
81
00
E0
4，3
3，0
8，0
1,1
0,0
82
30
30
4，3
3，0
8，0
1,1
0,0
（2）指令ADTWDR，[SR]对应的微程序为：
入口
地址
下址
CI-0
SCC3-0
MAR
I2-0
I8-6
I5-3
B口
A口
SST
SSHSCI
DC2
DC1
83
00
E0
4,4
1,0
0,8
0,0
3,0
84
00
E0
4,3
0,0
8,0
0,0
0,0
85
30
30
1,6
3,0
8,0
0,0
0,0
微程序各字段的含义如下：
入口地址：
指令的微程序入口地址；
下址：
微程序执行完后下一条微程序的地址；00表示需要进行地址转移逻辑，30表示微程序结束。
CI3-0：
判别测试字段，其主要编码及功能如表1。
SCC3-0：
地址转移逻辑字符，仅当CI3-0为0011时有效。
MRW：
控制对内存和I/O接口的读写，其主要功能如下：
000，写内存；001读内存；010写串口；011读串口；1XX无内存和串口的读写操作。
I2-0：
控制数据来源，其编码及功能见表3。
I8-6：
控制对运算结果的处理，其编码及功能见表3。
I5-3：
运算功能的选择，其编码及功能见表3。
表3Am2901的9位控制码编码及功能
SST：
对CZVS的控制。
SSHSCI：
设置进位输入。
B口：
1000表示IR的DR字段，0000表示不用B口。
A口：
1000表示IR的SR字段，0000表示不用A口。
DC2：
专用寄存器接收控制，其主要编码及功能见表4-1。
DC1：
送内部总线的数据，其主要编码及功能见表4-2。
表4-1
专用寄存器接受控制
表4-2
内部总线数据来源选择控制
DC2编码
译码操作
操作说明
DC2编码
译码操作
操作说明
000
NC
不操作
000
/SWTOIB
送开关内容到内部总线
001
/GIR
指令寄存器接受
001
/RTOIB
送ALU输出到内部总线
010
/
16位机不用
010
/ETOIB
送IR地位字节内容到内部总线
011
/GAR
地址寄存器接受
011
/FTOIB
送程序状态字到内部总线
100
/INTR
恢复原中断优先级
100
/
16位机不用
101
/INTN
接受新中断优先级
101
/
16位机不用
110
/E1
用于开中断指令
110
/INTV
送中断向量到内部总线
111
/D1
用于关中断指令
111
NC
不操作
3、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成
m256c.abl源程序修改过程（10步）以及生成JED文件的整个操作过程。
ADTW=（IR==[1,0,1,0,0,0,0,1]）;//
（1）指令OP定义:
A1
ADRM=（IR==[1,1,1,0,0,0,1,1]）;//
（1）指令OP定义:
E3
MA81=（Y==[1,0,0,0,0,0,0,1]）;//
（2）微指令地址定义:
81,82
MA82=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,0]）;
MA83=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,1]）;//
（2）微指令地址定义:
83,84,85
MA84=（Y==[1,0,0,0,0,1,0,0]）;
MA85=（Y==[1,0,0,0,0,1,0,1]）;
//（3）入口地址定义:
81（10000001）
//（3）入口地址定义:
83（10000011）
D0=!
C_M&（!
_MAP&（ADRM#ADTW#SUB#OR#CMP#MVRR#DEC#SHR#JR#PSHF#PUSH#POP#POPF
#STRR#LDRR#LDPC#MVRD#CALA#RET#IRET#DI#ASR#RCR#STC#LDRA#LDRX#STRA
#STRX#SBB#JRS#JRNS）#NXTADDR0&!
_PL）&!
Bit8;
D1=!
C_M&（!
_MAP&（ADRM#AND#OR#TEST#MVRR#SHL#SHR#IN_#OUT#POP#POPF#LDRR#LDPC
#JMPA#CALA#RET#IRET#NOT#ASR#CLC#STC#JMPR#LDRA#STRA）
#NXTADDR1&!
_PL）&!
Bit8;
D7=!
C_M&（!
_MAP&（ADTW#ADRM）#NXTADDR7&!
_PL）&!
Bit8;
（4）下址定义MA81:
00，MA82:
30（00110000）
NXTADDR5:
=!
C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E
#MA0F#MA10#MA11#MA13#MA14#MA16#MA18#MA1A#MA1C#MA1E#MA22#MA24#MA30
#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA63
#MA66#MA68#MA69#MA6A#MA82#MA85）&!
Bit8;
NXTADDR4:
=!
C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E
#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C
#MA1D#MA22#MA24#MA30#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55
#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66
#MA69#MA6A#MA82#MA85）&!
Bit8;
（5）差别测试字段定义MA81:
E0（11100000），MA82:
30（00110000）
CI3:
=!
C_M&（MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A#MA3B#MA3C
#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64#MA65#MA67#MA89#MA81#MA83#MA84）
&NRST&!
Bit8;
CI2:
=!
C_M&（MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A
#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64
#MA65#MA67#MA81#MA83#MA84）&NRST&!
Bit8;
CI1:
=!
C_M&1&1&NRST&!
Bit8;
CI0:
=!
C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E
#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C#MA1D
#MA1E#MA22#MA24#MA30#MA31#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56
#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66#MA68#MA69
#MA6A#MA82#MA85）&NRST&!
Bit8;
（6）MVR定义，MA81：
4，MA82：
4（100）
!
_MIO00:
=!
（MA00#MA01#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B
#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D
#MA1E#MA1F#MA21#MA23#MA30#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52
#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64
#MA66#MA67#MA69#MA6A#MA81#MA82#MA83#MA84）;
_WE00:
=（MA02#MA14#MA18#MA1C#MA20#MA24#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA68#MA85）;
（7）I2-0定义，MA81：
3，MA82：
3（011）
I200:
=（MA0B#MA11#MA12#MA14#MA1A#MA1B#MA89#MA1C#MA20#MA24#MA30#MA3C#MA3F#MA5A
#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA65#MA66#MA6A#MA83#MA85）;
I100:
=（MA01#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D
#MA1E#MA1F#MA20#MA21#MA22#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3E
#MA3F#MA52#MA53#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5F#MA60#MA61#MA63
#MA64#MA67#MA81#MA82#MA84#MA85）;
!
I000:
=!
（MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F
#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA20
#MA21#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53
#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61#MA62#MA63#MA64
#MA67#MA6A#MA81#MA82#MA84）;
（7）I8-6定义，MA81：
3，MA82：
3
I700:
=（MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA11#MA14#MA15
#MA17#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA22#MA23#MA24#MA31#MA3B#MA3D#MA3F
#MA50#MA51#MA52#MA54#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64
#MA66#MA67#MA6A#MA81#MA82#MA85）;
!
I600:
=!
（MA00#MA02#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C
#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA18#MA19#MA1A#MA1B
#MA89#MA1C#MA21#MA24#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA3F#MA50#MA51
#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA63
#MA64#MA65#MA66#MA68#MA69#MA6A#MA81#MA82#MA83#MA85）;
（7）I5-3定义，MA81：
0，MA82：
0无
（8）B口A口定义，MA81：
8，0；MA82：
8，0
B30=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E
#MA0F#MA19#MA1C#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA63#MA81#MA82#MA84#MA85）;
A30=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA1A#MA1B#MA89#MA50#MA51
#MA5A#MA5E#MA62#MA66#MA83）;
（9）SSTSSHSCI定义，MA81：
1,1;MA82：
1,1（001,001）
SST000:
=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0F#MA50#MA51#MA52
#MA53#MA55#MA56#MA81#MA82）;
SCI000:
=（MA00#MA01#MA05#MA09#MA0C#MA17#MA1D#MA1E#MA1F#MA23#MA31#MA53#MA54
#MA55#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA67#MA81#MA82）;
（10）DC2DC1定义，MA81：
0,0;MA82：
0,0
DC2_100:
=（MA00#MA01#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA23
#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA58#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61
#MA62#MA64#MA67#MA83）;
DC2_000:
=（MA00#MA01#MA02#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21
#MA23#MA31#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60
#MA61#MA62#MA64#MA67#MA83）;
按照如上代码对源代码进行修改后，利用JED编译软件生成.jed文件
具体操作步骤
①双击lc4256.syn，启动ispLEVER
②双击.abl文件
③双击CompileLogic进行编译
④双击JEDECFile,生成.jed文件
4、MACH编程
将JED文件下载到MACH器件的过程.
启动LatticeSemiconductor公司IspVMSystem软件，弹出主界面：
（1）连接好教学计算机上在线MACH编程电缆，打开教学计算机的电源。
（2）通过主界面的SCAN按钮找到在线编程器件。
（3）双击软件找到的设备LC4256v，通过Browse按钮选择已经编译好的JED文件，单击OK.
（4）重新回到主界面，点击GO命令进行编程，编程成功后关闭编程窗口。
五、编程验证及结果分析
编写一个验证程序，运行结果说明
1.第二条指令（ADTW）验证程序截图如下所示
分析：
上图是输入如下代码的结果：
2000:
MVRDR0,0005
2002:
INCR0
2004:
RET
2006:
E2002A110
G2000由分析可知代码最终结果正确
2.第三条指令（ADRM）验证程序截图如下所示
分析：
R1的原始值为1，后将R2值变换为7之后，执行程序，实现了R1和R2相加，将结果8送入R1中。
经过u命令进行验证，结果正确。
六、实验体会
经过一个下午的实验，我们终于完成了指令的扩展实验，得出了实验结果。
在这个过程中我不仅学到了很多知识，而且最重要的是我对计算机有了更加深刻的了解。
通过本次实验，结合对以前课上对指令的理解，我更彻底的了解了指令的执行原理，在本次实验中，最重要的是对代码的修改部分，这就要建立在对每一条微指令的属性值的正确理解上，对应具体情况对每一条指令进行相应修改，从而才能正确编译，最后经过代码的验证已经编译好的文件，最终验证指令的扩展成功。
在这个过程中只要错了一步就不能完成最后的验证，经过了好几次我们才把文件修改正确完成验证。
在试验的过程中，我们充分的理解了计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910期间的功能和具体用法，教学计算机的总体组成和各部件之间的连接方法。
让我们记忆最深刻的是实验的过程中，因为一小步的错误致使我们花了很长的时间才完成实验。
也因为这样，我们才意识到学习计算机的重要性，因为只有真正的认真者，真正能够耐下心来完成这个学习过程的人才是能够有大成就的，就想老师在试验中说的，其实这个实验很简单，只不过需要的是你们的耐心与认真。
关于计算机硬件和软件的学习还在继续，本次实验也是我们学习道路上的垫脚石。
我相信，即使再难的实验，只要态度好，认真做，也会轻松的完成。
而我们要做的就是总结经验，然后深入思考，最后再次验证，才能得到最后的结果。
计算机的学习路漫漫其修远兮，我将用我的亲身体验来证明。
教师评价
评定项目
A
B
C
D
评定项目
A
B
C
D
基本部件原理清楚
操作熟练
微指令设计合理
解析完整
微程序功能正确
文字流畅
验证程序运行正确
报告规范
其他：
评价教师签名：
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