计算机组成原理课程设计江苏大学版本含day1day7微程序文件.docx
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计算机组成原理课程设计江苏大学版本含day1day7微程序文件
计算机组成原理课程设计报告
专业名称：
软件工程
班级学号：
3100608024
学生姓名：
张建彬
指导教师：
丁伟
设计时间：
2013年7月4日—2013年7月12日
附：
day1~day7微程序下载地址：
第一天：
熟悉微程序的设计和调试方法
一、设计目标
1、掌握微程序的设计方法
2、熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法
二、操作提示
1、准备工作
（1）将试验仪的通信电缆和下载电缆分别连接电脑的RS-232串行接口和打印机接口。
接通试验仪电源。
（2）从课程资源网站下载CPU.bit、CPU.cfg、day1.m19。
2、下载FPGA配置数据
利用iMPACT软件将CPU.bit下载到FPGA。
3.输入微程序
利用调试软件UniDebugger将微程序写入控存。
（1）设置实验方式和观察信号。
（2）下载微程序文件day1.m19.该文件包含取指令微程序部分取操作数微程序和MOV指令执行阶段微程序
微程序如下：
①.取指令微程序
微地址（H）
微指令（H）
微指令字段（H）
微命令
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
001
20080006
1
0
0
0
2
0
0
0
0
002
PCoe，ARce
002
00069003
0
0
0
0
1
2
1
1
0
003
ARoe’，RD,DRce’，PCinc
003
CC000404
6
3
0
0
0
0
0
0
2
004
DRoe，IRce
②.取源操作数为立即数的微程序
微地址（H）
微指令（H）
微指令字段（H）
微命令
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
004
00000A08
0
0
0
0
0
0
0
0
5
008
NOP
00B
0008000F
1
0
0
0
2
0
0
0
0
00F
PCoe，ARce
00F
00069C10
0
0
0
0
1
2
1
1
6
010
ARoe’，RD，DRce’，PCinc
016
D0000006
6
4
0
0
0
0
0
0
0
006
DRoe，TRce
③.取目的操作数为寄存器寻址的微程序
微地址（H）
微指令（H）
微指令字段（H）
微命令
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
006
20080006
0
0
0
0
0
0
0
0
5
018
NOP
018
00069003
2
5
0
0
5
0
0
0
0
007
GRSoe,Ace
④.MOV指令的微程序
微地址（H）
微指令（H）
微指令字段（H）
微命令
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
007
00000800
0
0
0
0
0
0
0
0
4
xxx
PCoe，ARce
044
00000E46
0
0
0
0
0
0
0
0
7
046
ARoe’，RD,DRce’，PCinc
046
88000000
4
4
0
0
0
0
0
0
0
000
DRoe，IRce
4、输入调机程序
今天的将调机程序就是一条指令：
“MOV#1234H,R1”。
首先将指令翻译成机器码，根
据指令的编码规则，该指令的编码是：
07611234。
然后利用调试软件将指令码写入主存，
地址从主存的0000H开始。
5、调试微程序。
点击调试软件工具条上的“单步”或“扩展”按钮多次，运行的结果显示如下图所示。
图中第一行数据是“单步”运行的结果，后续各行是“扩展单步”的运行结果。
可以看出，“扩展单步”比“单步”可以观察到更多的信号。
本例MOV指令的单步运行跟踪数据
6、分析微程序的执行结果，一般方法如下：
首先分析微程序执行流程是否正确，根据前面指令微流程的设计，理论上该指令微程序
的执行顺序应该是001→002→003→004→00B→00F→016→006→018→007→044→046→000，通过调试软件的执行结果图可以看出，该指令微程序的微指令次序是正确的。
如果执行的微指令次序不正确，那就要分析原因，检查BM和NC设置是否正确、检查uAR
的各个输入信号的值是否正确，如IR、NA等。
然后分析指令的运行结果。
理论上本条测试指令执行完后，GRS的值应该是1234。
通过
调试软件的执行如上结果图可以看出，指令执行结果是正确的。
如果结果不对，就需要进一
步分析每一条微指令。
分析的方法是针对微指令的每一条微命令，查看相应微操作前后相关
模块的数据变化是否与指令微流程一致。
下面举个例子说明如何分析每条微指令的。
图中的微地址为00B（uAR＝00B）的控存单元所对应的内容为2008000F，即微指令为2008000F，所代表的微操作是：
PCoe，ARce，即PC的内容送IB、IB的内容送AR，理论上的正确结果应该是IB=0001，AR=0001；通过图中的00B单元微指令的执行结果可以看出，IB的数据由上一条微指令的结果FFFF→0001,AR的数据由上一条微指令的结果0000→0001，说明本条微指令执行结果是正确。
从上面的分析可以看出，要想检查运行结果是否正确，关键是要清楚理论上正确的结果
是什么。
这就要求实验者对指令的微程序流程非常清楚，从而达到了理解计算机内部信息流
动过程、掌握计算机工作原理的目的。
所以实验者应重视实验数据的分析工作，否则就失去
了实验的意义。
第二天：
取操作数微程序的设计与调试
一、设计目标
设计并调试取操作数的微程序
二、取操作数微流程
取源操作数微流程：
取目的作数微流程：
三、测试程序、数据及运行结果
格式如下：
1、测试内容：
立即数寻址、直接寻址
测试指令（或程序）：
MOV#5678H，0010H
指令功能：
将立即数5678H送到内存地址为0010单元，机器码如下
机器码：
内存地址（H）
机器码（H）
汇编指令
0000
077A56780010
MOV#5678H,0010H
在调试软件UniDebugger中，根据表将机器码输入RAM，输入后如下图。
扩展单步执行的结果如图1.2,分析过程如下：
对照图1.2,首先看微指令的执行次序:
001—>002—>003—>004—>00B—>00F—>016—>006—>01B—>01F—>024—>025—>026—>007—>004—>047—>072—>000,参照取指令,取操作数和MOV执行微流程分析，所执行的微指令顺序是正确的
其次分析执行的过程，在003的微指令执行后，下一步IR=077A，说明取指令是正确的；在016的微指令执行后，下一步TR=5678，说明取原操作数是正确的；在在026的微指令执行后，下一步A=FFFF（此时0010单元的内容为FFFF，见图1.2），说明取目的操作数是正确的。
最后分析指令执行的结果，指令执行前0010单元的内容为FFFF（见图1.1）指令执行后内容变为5678（在指令的最后一条微指令，微地址为072的下一步，见图1.5），说明结果是正确的。
图1.1指令执行前的RAM的内容
图1.2运行结果及分析：
图1.3指令执行后RAM的内容
2、测试内容：
相对寻址、间接寻址
测试指令（或程序）：
MOV+0004H，（0010H）
指令功能：
将有效地址（PC+0004H）的内容送到0010H地址的地址中去
机器码：
内存地址（H）
机器码（H）
汇编指令
0000
071900040010
MOV+0004,（0010H）
在调试软件UniDebugger中，根据表将机器码输入RAM，输入后如下图。
扩展单步执行的结果如图2.2,分析过程如下：
对照图2.2,首先看微指令的执行次序:
001—>002—>003—>004—>00B—>00F—>010—>011—>017—>015—>016—>006—>01B—>01F—>022—>023—>024—>025—>026—>007—>044—>047—>072—>000,参照取指令,取操作数和MOV执行微流程分析，所执行的微指令顺序是正确的
其次分析执行的过程，在003的微指令执行后，下一步IR=0719，说明取指令是正确的；在016的微指令执行后，下一步TR=0000，说明取原操作数是正确的；在在026的微指令执行后，下一步A=0004（此时0010单元的内容为FFFF，见图2.2），说明取目的操作数是正确的。
最后分析指令执行的结果，指令执行前0010单元的内容为FFFF,以FFFF为地址FFFF内容原为0004，最终指令执行后内容变为0000（在指令的最后一条微指令，微地址为072的下一步，见图2.2），说明结果是正确的。
图2.1
图2.2
3、测试内容:
寄存器寻址、寄存器间接寻址
测试指令（或程序）：
MOVR1，（R2）
机器码：
内存地址（H）
机器码（H）
汇编指令
0000
042A
MOVR1，（R2）
在调试软件UniDebugger中，根据表将机器码输入RAM，输入后如下图。
扩展单步执行的结果如图3.2,分析过程如下：
对照图3.2,首先看微指令的执行次序:
001—>002—>003—>004—>008—>006—>019—>025—>026—>007—>044—>047—>072—>000,参照取指令,取操作数和MOV执行微流程分析，所执行的微指令顺序是正确的
其次分析执行的过程，在003的微指令执行后，下一步IR=042A，说明取指令是正确的；在008的微指令执行后，下一步TR=0000，说明取原操作数是正确的；在在026的微指令执行后,A=0000说明取目的操作数是正确的。
最后分析指令执行的结果，指令执行前R1单元的内容为0000（见图3.2），指令执行后以R2内容0000为地址，即将0000转移到0000地址（在指令的最后一条微指令，微地址为072的下一步，见图3.2）说明结果是正确的
4、测试内容:
寄存器寻址、寄存器变址寻址
测试指令（或程序）：
MOVR1，2（R2）
机器码：
内存地址（H）
机器码（H）
汇编指令
0000
04320002
MOVR1，2（R2）
在调试软件UniDebugger中，根据表将机器码输入RAM，输入后如下图。
扩展单步执行的结果如图2.2,分析过程如下：
对照图,首先看微指令的执行次序:
001—>002—>003—>004—>008—>006—>01A—>01C—>01D—>01E—>027—>025—>026—>007—>044—>047—>072—>00
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