组成原理Am2910器件的功能与具体用法.docx
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组成原理Am2910器件的功能与具体用法
实验报告
课程名称计算机组成原理B
实验学期2017至2018学年第一学期
学生所在院部
年级专业班级
学生姓名学号
任课教师
实验成绩
计算机学院制
《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2017年11月22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：
1.ADTWDR
2.ADRMDR，[SR]。
4、实验步骤
1、扩展的2条指令的格式及功能
序号
格式
功能
寻址方式
编码
微程序步数
微程序
入口地址
1
ADTWDR
DR的值自增2
寄存器直接寻址
A1H
2
81
2
ADRMDR,[SR]
DR+[SR]
->DR
DR为寄存器直接寻址,[SR]为寄存器
接寻址
E3H
3
83
2、指令所对应的微程序
每条指令对应的微程序、以及每步（微指令）的功能及各字段值的意义
（1）AM2901运算器的结构图以及控制码表
表2-1Am2901的9位控制码
表2-2状态寄存器、最低进位输入、移位输入控制信号
（2）微程序控制器的组成框图以及说明
①PC:
存放下一条机器指令的地址（向指令存储器提供指令地址）。
②指令存储器：
（存放所有机器指令），经地址译码，选中相应存储单元，取出相应机器指令，送入指令寄存器IR。
③指令寄存器IR：
存放正在执行的机器指令。
机器指令包含两个字段：
操作码（OP）、地址码。
④由操作码（OP）映射得到微地址（译码过程），即机器指令所对应的微程序入口地址，存入微地址寄存器。
⑤控制存储器存放所有的微程序，经地址译码读出一条微指令。
6由控制存储器读出的一条微指令存入微指令寄存器。
SCC编码及功能
控制信号
（1）对运算器的控制
23位控制信号，同23位微型开关内容:
A3～A0，B3～B0，I8～I6，I5～I3，I2～I0SST2～0，SSHSCI2～0
寄存器分配：
R4：
SPR5：
PC
约定用法：
R0：
I/O指令约定使用，也是通用累加器
对内存和I/O接口的读写
/MIO（0：
有内存或串口读写，1：
无）
REQ（0：
读写内存，1：
读写串行口）
/WE（0：
写操作，1：
读操作）
MRW编码功能
（2）对内部总线和特定寄存器的控制
内部总线数据来源选择控制
专用寄存器接收控制
（3）控制器提供的控制信号（微指令格式 ）
（3）教学机硬件系统结构框图
图2-5教学机计算机控制器的总体组成
（1）程序计数器PC可以在运算器内部完成加1运算功能，产生下一条相邻指令的地址；或者完成加一个相对转移的偏移量，产生相对转移指令的转移地址；或者直接接收一个16位的指令地址，用在程序调用或者跳转指令中。
（2）指令寄存器IR接收从内存储器读出并传送到内部总线IB的指令内容，其全部16位输
出送MACH芯片的输入引脚，其低8位内容还可以经一个有三态功能的开关门送到内部总线IB。
（3）微程序定序器Am2910芯片用在微程序控制器中，用于以多种方式向控制存储器提供下一条微指令的地址，控制微指令的执行次序，解决的是指令执行步骤的衔接问题。
（4）两种控制器的主要功能线路都集中到一片高集成度CPLD器件（MACH芯片）中实现，在完成扩展指令的教学实验中，可以不对MACH芯片之外的电路作任何变动，全部操作都集中到修改描述MACH芯片功能的ABEL或VHDL语言的源程序代码、执行编译和下载操作以及运行调试这样几步工作。
这是本教学计算机系统的一大显著特色，对降低学生的学习难度、简化修改和扩展控制器功能的操作、改善教学实验效果具有重要的作用。
从图2-5可以看到，MACH器件内部包含有微程序控制器中的控制存储器、微指令寄存器、映射指令操作码为微指令地址的MAPROM、产生微指令是否转移信号CC的SCCgal、实现微指令字中的下条微指令地址和MAPROM输出的下条微指令地址二者选其一的线路；包含有组合逻辑控制器的节拍发生器Timing和控制信号产生部件两部分线路；此外还实现了把两种控制器各自提供的32位控制信号进行二者选其一的功能。
3、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成
（1）添加指令操作码
ADTW=（IR==[1,0,1,0,0,0,0,1]）;
ADRM=（IR==[1,1,1,0,0,0,1,1]）;
（2）添加入口地址
添加ADTW指令的入口地址：
MA81=（Y==[1,0,0,0,0,0,0,1]）;
MA82=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,0]）;
添加ADRM指令的入口地址：
MA83=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,1]）;
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
对ADTW指令做如下修改：
D0=!
C_M&（!
_MAP&（ADTW#......）#NXTADDR0&!
_PL）&!
Bit8;
D7=!
C_M&（!
_MAP&（ADTW#......）#NXTADDR7&!
_PL）&!
Bit8;
对ADRM指令做如下修改：
D0=!
C_M&（!
_MAP&（ADRM#......）#NXTADDR0&!
_PL）&!
Bit8;
D1=!
C_M&（!
_MAP&（ADRM#······）#NXTADDR1&!
_PL）&!
Bit8;
D7=!
C_M&（!
_MAP&（ADRM#......）#NXTADDR7&!
_PL）&!
Bit8;
（3）下址定义
对ADTW指令做如下修改：
NXTADDR5:
=!
C_M&（MA81#......）&!
Bit8;
NXTADDR4:
=!
C_M&（MA81#......）&!
Bit8;
对ADRM指令做如下修改：
NXTADDR5:
=!
C_M&（MA85#......）&!
Bit8;
NXTADDR4:
=!
C_M&（MA85#......）&!
Bit8;
（5）条件转移字段定义
对ADTW指令做如下修改：
CI3:
=!
C_M&（MA83#MA84#......）&NRST&!
Bit8;
CI2:
=!
C_M&（MA83#MA84#......）&NRST&!
Bit8;
CI0:
=!
C_M&（MA81#......）&NRST&!
Bit8;
对ADRM指令做如下修改：
CI3:
=!
C_M&（MA8A#MA8B#MA8C#......）&NRST&!
Bit8;
CI2:
=!
C_M&（MA8A#MA8B#MA8C#......）&NRST&!
Bit8;
CI0:
=!
C_M&（MA85#......）&NRST&!
Bit8;
（6）MRW定义
对ADTW指令做如下修改：
!
_MIO00:
=!
（MA81#MA82#......）;
对ADRM指令做如下修改：
!
_MIO00:
=!
（MA83#MA84#......）;
_WE00:
=（MA85#......）;
（7）I2-I0，I8-I6，I5-I3定义
对ADTW指令做如下修改：
I100:
=（MA81#MA82#......）;
!
I000:
=!
（MA81#MA82#......）;
I700:
=（MA81#MA82......）;
!
I600:
=!
（MA81#MA82#......）;
对ADRM指令做如下修改：
I200:
=（MA83#MA85#......）;
I100:
=（MA84#MA85#......）;
!
I000:
=!
（MA83#......）;
I700:
=（MA85#......）;
!
I600:
=!
（MA83#MA85#......）;
（8）B口、A口定义
对ADTW指令做如下修改：
B30=（MA81#MA82#......）;
对ADRM指令做如下修改：
B30=（MA84#MA85#......）;
A30=（MA83#......）；
（9）SST/SSHSCI定义
对ADTW指令做如下修改：
SST000:
=（MA81#MA82......）;
SCI100:
=（MA81#MA82......）;
（10）DC2DC1定义
对ADRM指令做如下修改：
DC2_100:
=（MA83#......）;
DC2_000:
=（MA83#......）;
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
（1）将下面的源文件目录复制到E盘。
C:
\XP+DATA\XP_MACH\2A70504组基微全
（2）双击lc4256.syn，启动ispLEVER
（3）双击.abl文件
（4）双击CompileLogic进行编译
（5）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
（1）接好教学机上的在线MACH编程电缆，将教学机电源打开；
（2）启动ispVMSystem软件，通过主界面的SCAN按钮找到在线编程器件；
（3）双击找到的编程器件，双击Browse按钮选择已经编译好的jed文件，选择OK按钮；
（4）重新回到主界面，点击GO命令进行编程。
5、编程验证及结果分析
1.验证ADTWDR
本条指令的验证时将0036送入R0，然后写入指令操作码A100，最后G2000运行程序，验证R0是否自增2，结果R0变为0038，指令验证成功。
2..验证ADRMDR，[SR]。
本条指令的验证时0001送入R1，0009送入R0，然后写入指令操作码E312，最后G2000运行程序，验证指令，指令执行正确。
6．实验体会
通过这个实验，结合对以前课程学习中指令的理解，更彻底的了解了指令的执行原理。
在这次指令扩展实验中，最重要的就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的了解，对应相应的扩展指令具体情况进行修改，才能编译正确。
而且真切地知道了实验真得很需要耐心和细心。
实验出现的问题也比较多，在及时向老师请教之后，整个实验还是进行得比较顺利的。
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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