计算机组成原理课程设计.docx

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计算机组成原理课程设计

指导教师：

桂宁张芳2016年6月18日

计算机组成原理课程设计

报告

（2015/2016第二学期------第17周）

指导教师：

桂宁张芳

班级：

姓名：

学号：

1、目的和要求

目的：

深入了解计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，进一步理解和掌握动态微程序设计的概念；完成微程序控制的特定功能计算机的指令系统设计和调试。

要求：

根据内容自行设计相关指令微程序；（务必利用非上机时间设计好微程序）

设计测试程序、实验数据并上机调试。

设计报告内容：

包括1、设计目的2、设计内容3、微程序设计（含指令格式、功能、设计及微程序）4、实验数据（测试所设计指令的程序及结果）。

二、实验环境

TEC-2机和PC机

三、具体内容

实验内容：

（1）把用绝对地址表示的内存单元ADDR1中的内容与内存单元ADDR2中的内容相减，结果存于内存单元ADDR3中。

指令格式：

D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3，四字指令（控存入口100H）

功能：

[ADDR3]=[ADDR1]-[ADDR2]

（2）将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。

指令格式：

E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）

功能：

DR=SR-[ADDR]

（3）转移指令。

判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。

指令格式：

E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H）

功能：

ifDR==SRgotoADDRelse　顺序执行。

设计：

利用指令的CND字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z

则当DR==SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDRPC）

而当DR!

=SR时Z=0，微程序跳转至A4。

实验设计并分析

第1条：

把用绝对地址表示的内存单元ADDR1中的内容与内存单元ADDR2中的内容相减，结果存于内存单元ADDR3中。

指令格式：

D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3，四字指令（控存入口100H）

功能：

[ADDR3]=[ADDR1]-[ADDR2]

指令格式：

D4XX

ADDR1

ADDR2

ADDR3

微程序：

PC->AR,PC+1->PC:

00000E00A0B55402

MEN->AR:

00000E0010F00002

MEN->Q：

00000E0000F00000

PC->AR,PC+1->PC:

00000E00A0B55402

MEN->AR:

00000E0010F00002

MEN-Q->Q:

00000E0101E00000

PC->AR,PC+1->PC:

00000E00A0B55402

MEN->AR:

00000E0010F00002

Q->MEN,CC#=0:

0029030010200010

>E900

09000000:

00000000:

0E000000:

A0B50000:

54020000:

0000

09050000:

0E000000:

10F00000:

00020000:

00000000:

0E00

090A0000:

00F00000:

00000000:

00000000:

0E000000:

A0B5

090F0000:

54020000:

00000000:

0E000000:

10F00000:

0002

09140000:

00000000:

0E010000:

01E00000:

00000000:

0000

09190000:

0E000000:

A0B50000:

54020000:

00000000:

0E00

091E0000:

10F00000:

00020000:

00290000:

03000000:

1020

09230000:

0010

用D命令查看输入的微码：

>D900

090000000E00A0B5540200000E0010F00002......T.........

090800000E0000F0000000000E00A0B55402..............T.

091000000E0010F0000200000E0101E00000................

091800000E00A0B5540200000E0010F00002......T.........

092000290300102000100000000000000000.）..............

092800000000000000000000000000000000................

>A800

0800:

MOVR1,900

0802:

MOVR2,9

0804:

MOVR3,100

0806:

LDMC

0807:

RET

0808:

用G命令运行加载微码的程序：

>G800

用A命令输入程序：

>A820

0820:

MOVR0,0023

0822:

MOV[A00],R0

0824:

MOVR1,0022

0826:

MOV[A01],R1

0828:

NOP

0829:

NOP

082A:

NOP

082B:

NOP

082C:

RET

082D:

用E命令输入新指令：

>E828

08280000:

D4000000:

0A000000:

0A010000:

0A02

用U命令查看输入程序：

>U820

0820:

2C000023MOVR0,0023

0822:

34000A00MOV[0A00],R0

0824:

2C000032MOVR1,0022

0826:

34000A01MOV[0A01],R1

0828:

D400DWD400

0829:

0A00ADCR0,R0

082A:

0A01ADCR0,R1

082B:

0A02ADCR0,R2

082C:

AC00RET

082D:

0000NOP

082E:

0000NOP

082F:

0000NOP

0830:

0000NOP

0831:

0000NOP

0832:

0000NOP

0833:

0000NOP

用G命令运行程序：

>G820

用D命令查看运行结果：

>DA00

0A000023002200010000

假设从地址[0828]开始执行微程序，此时程序计数器PC的值是0829。

因为运行程序的时候[0829]和[0830]中存了减法的两个数的内存地址，所以要想方设法1）把这两个加数传到运算器的寄存器中，2）在运算器中相减，3）将结果输出到内存单元[ADDR1]。

以下分别进行分析。

1）取每个加数要访问两次内存，第一次是取得被减数所在的内存地址的值（MEM→AR）,第二次是取得减数本身并保存在Q寄存器中（MEM→Q）。

注意，取第二个减数的时候，第一次仍是MEM→AR，而第二次MEM-Q→Q的同时也把减法给完成了，请见接下来的分析。

2）相减的操作是MEM-Q→Q。

MEM是从内存中取得的第二个数的值，左边的Q是刚才取得的第一个数的值。

他俩相减的和传给Q寄存器，覆盖掉了Q寄存器刚才保存的值（第一个数）。

3）现在Q寄存器中存有减法的运算结果，最后的工作是把这个结果写到内存单元

[ADDR1]中去。

如果AR或者PC指向[ADDR1]的话就好办了，难点在于现在AR已经到了[ADDR2]处，PC已经到了[ADDR2+1]处，而且又不知道如何让寄存器的值减一。

后来问同学，得到了解决办法：

利用IP寄存器。

IP正好还呆在[ADDR1-1]，即内存地址[0828]。

显然，让IP+1就得到了[ADDR1]，即[0829]。

微指令是IP+1→AR以及MEM→AR，这时AR的值为第一个加数所在的单元[ADDR1]。

现在Q的值是运算结果，AR的值是运算结果要传给的内存地址。

显而易见，最后

一步就是“存储器写”操作Q→MEM。

第2条：

将一通用寄存器内容减去某内存单元内容，结果放在另一寄存器中。

指令格式：

E0DRSR，ADDR（SR，DR源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）

功能：

DR=SR-[ADDR]

指令格式：

E0XX

ADDR

微程序：

PC→AR，PC+1→PC：

00000E00A0B55402

MEM→AR：

00000E0010F00002

SR-[ADDR]→DR：

0029030131D00088

用E命令输入微码：

>E900

09000000:

00000000:

0E000000:

A0B50000:

54020000:

0000

09050000:

0E000000:

10F00000:

00020000:

00290000:

0301

090A0000:

31D00000:

0088

用D命令查看输入的微码：

>D900

090000000E00A0B5540200000E0010F00002......T.........

09080029030131D000880000000000000000.）..1...........

091000000000000000000000000000000000................

用A命令输入加载微码的程序：

>A800

0800:

MOVR1,900

0802:

MOVR2,3

0804:

MOVR3,130

0806:

LDMC

0807:

RET

0808:

用G命令运行加载微码的程序：

>G800

用A命令输入程序：

>A820

0820:

MOVR7,0024

0822:

MOVR8,0023

0824:

MOV[A00],R8

0826:

NOP

0827:

NOP

0828:

RET

0829:

用E命令输入新指令：

>E826

08260000:

E0070000:

0A00

用U命令查看输入的程序：

>U820

0820:

2C700024MOVR7,0024

0822:

2C800023MOVR8,0023

0824:

34080A00MOV[0A00],R8

0826:

E007DWE007

0827:

0A00ADCR0,R0

0828:

AC00RET

0829:

0000NOP

082A:

0000NOP

082B:

0000NOP

082C:

0000NOP

082D:

0000NOP

082E:

0000NOP

082F:

0000NOP

0830:

0000NOP

0831:

0000NOP

0832:

0000NOP

用G命令运行程序：

>G820

用D命令查看运行结果：

>DA00

0A00002200000000

用R命令查看寄存器内容：

>R

R0=0001R1=090CR2=0000R3=0133SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0024R8=0023

R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=00001111

0820:

2C700024MOVR7,0024

根据指令的功能和指令格式，先读取地址ADDR单元内容暂时放置于Q寄存器中，然后再读取内存单元中的DATA，同时与Q寄存器内容相减，结果存放在DR寄存

器中。

第3条：

转移指令。

判断两个通用寄存器内容是否相等，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。

指令格式：

E5DRSR，ADDR双字指令（控存入口140H）

功能：

ifDR==SRgotoADDRelse　顺序执行。

设计：

利用指令的CND字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z

则当DR==SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDRPC）

而当DR!

=SR时Z=0，微程序跳转至A4。

指令格式：

E5XX

ADDR

微程序：

SR-DR：

00000E0191900088

PC→AR，CC#=CND，PC+1→PC：

002903E0A0B55402

MEM→PC：

0029030030F05000

用E命令输入微码：

>E900

09000000:

00000000:

0E010000:

91900000:

00880000:

0029

09050000:

03E00000:

A0B50000:

54020000:

00290000:

0300

090A0000:

30F00000:

5000

用D命令查看输入的微码：

>D900

090000000E0191900088002903E0A0B55402.........）....T.

09080029030030F050000000000000000000.）..0.P.........

091000000000000000000000000000000000................

用A命令输入加载微码的程序：

>A800

0800:

MOVR1,900

0802:

MOVR2,3

0804:

MOVR3,140

0806:

LDMC

0807:

RET

0808:

用G命令运行加载微码的程序：

>G800

当寄存器R7与寄存器R8内容不同时：

用A命令输入程序：

>A820

0820:

MOVR7,0023

0822:

MOVR8,0028

0824:

NOP

0825:

NOP

0826:

MOVR9,0067

0828:

RET

0829:

用E命令输入新指令：

>E824

08240000:

E5780000:

0828

用U命令查看输入的程序：

>U820

0820:

2C702013MOVR7,0023

0822:

2C802014MOVR8,0028

0824:

E578DWE578

0825:

0828ADCR2,R8

0826:

2C902015MOVR9,0067

0828:

AC00RET

0829:

0000NOP

082A:

0000NOP

082B:

0000NOP

082C:

0000NOP

082D:

0000NOP

082E:

0000NOP

082F:

0000NOP

0830:

0000NOP

0831:

0000NOP

0832:

0000NOP

用G命令运行程序：

>G820

用R命令查看寄存器内容：

>R

R0=0000R1=090CR2=0000R3=0143SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0023R8=0028

R9=0067R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=00011111

0820:

2C702013MOVR7,2013

由寄存器R9的值为2015可知，程序并未转移到某绝对地址

1、SR-DR，运算器接受标志位，设定标志位

2、PC→AR，PC+1→PC，SCC=7，IR10-8=101，CC#=Z

DR=SR，CC#=Z=1，顺序执行102，DR≠SR转移到下地址为103的指令继续转移

3、（DR=SR）偏移量OFFSET加IP（R4），结果赋给PC（R5），然后令CC#=0，用3

号命令条件转移到A4H，结束微程序

4、PC→AR，PC+1→PCSCC=101，SC=1，使CC#=S#，DR>SR,SR-DR<0,S=1,CC#=S#=0,3号命令条件转移到下地址为A4H的指令结束程序，DR0,S=0,CC#=S#=1,条件转移命令将顺序执行地址为104的指令

5、（DR

四．实验心得

通过这次的课程设计，使得我们进一步地熟悉了PC机与TEC-2机，同时也更深层次的了解了计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成，指令系统微程序设计的具体知识，同时在一定程度上理解和掌握了动态微程序设计的概念。

更加深入的了解了指令、微程序、微码的关系和构成，通过设计、调试指令，熟悉了计算机内部的控制器与算术逻辑单元的运行过程，对计算机内部结构更加熟悉。

成绩评定表

平时成绩

答辩成绩

报告成绩

总成绩

签字：

年月日

五．答辩内容（许建龙老师）

1.第三个实验中，为什么要在第一条指令设置SR-DR？

答：

为了判断两寄存器的内容是否相等，并以此为依据来设置标志位Z判断是否转移，若相等则转移，若不相等则顺序执行。

2.第三个实验中，微码通过哪几位实现标志位的设置？

答：

通过B39~B37（SCC）和B34~B32（SST）来设置。

SCC为111，通过设置R8~R10的值来设置条件码CC#的值，此处CC#=Z，R8~R10为5。

SST为001，设置状态位随结果而变化。

3.第三个实验中，PC✍AR，PC+1✍PC是怎么实现的？

答：

A、B口地址均设置为1010，即R5，

PC✍AR通过A口输出直接作为AM2901的Y输出，Y与寄存器AR相连；

PC+1✍PC通过B口输出到ALU运算单元，与进位Cn进行运算后选择F端作为AM2901Y的输出，结果回送PC。

4.第三个实验中，若ADDR是偏移地址，则应如何修改指令？

答：

把MEM✍PC改为IP+MEM✍PC，IP指向当前指令的地址，MEM为ADDR（偏移地址）。

5.第三个实验中，第二条指令的SC位一定要是0吗？

答：

不一定为0。

此条微指令的SCC为111，SC只与R10~R8有关，所以SC位为任意值，即0和1均可。

6.第三个实验中，若将操作码改为D5XX，应如何修改指令？

答：

应将微程序入口地址改为100H，即把MOVR3,140H改为MOVR3,100H。