浙江理工大学计算机组成原理课程设计报告材料.docx
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浙江理工大学计算机组成原理课程设计报告材料
计算机组成原理课程设计
报告
（2013/2014第二学期------第19周）
指导教师：
许建龙张芳
班级：
12计科2班
姓名：
学号：
计算机组成原理大型实验任务书（计算机12级1、2、3班和实验班）
一、实验目的：
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。
二、实验说明：
要进行这项大型实验，必须清楚地懂得：
（1）TEC-2机的功能部件及其连接关系；
（2）TEC-2机每个功能部件的功能与具体组成；
（3）TEC-2机支持的指令格式；
（4）TEC-2机的微指令格式，AM2910芯片的用法；
（5）已实现的典型指令的执行实例，即相应的微指令与其执行次序的安排与衔接；
（6）要实现的新指令的格式与功能。
三、实验内容：
选定指令格式、操作码，设计如下指令：
（1）把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C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。
四、实验要求：
（1）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）
（2）设计测试程序、实验数据并上机调试。
（3）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）。
（具体要求安最新规范为准）
（4）大型实验报告必须打印成册，各班班长收齐大型实验报告于19周星期五前，交张芳老师办公室。
五、上机时间安排：
2014计算机组成原理课程设计安排如下：
（第十九周）
（地点:
10-413和414机房）
时间
星期
9：
00---12：
00
1:
00---4:
00
17:
30—20:
30
备注
星期三
6月25日
12计算机
（1）12计算机
（2）12计算机（3）
电信实验班
星期四
6月26日
12计算机
（1）12计算机
（2）12计算机（3）
电信实验班
12计算机
（1）
12计算机
（2）
12计算机（3）
电信实验班
星期五
6月27日
12计算机
（1）12计算机
（2）12计算机（3）
电信实验班
12计算机
（1）12计算机
（2）12计算机（3）
电信实验班
备注：
1.各班每2人一组,可自由组合但要固定,各班班长将各组组号及学生名单于第一次上机时上报指导教师；
2.各班学生须严格按照规定的时间上机,不得无故缺席、迟到早退，指导教师会严格考勤。
指导教师：
许建龙、张芳2014年6月18日
计算机组成原理课程设计实验报告
一、目的和要求
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。
二、实验环境
PC机与TEC-2机模拟程序
三、具体内容
（一）把用绝对地址表示的内存单元A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存于内存单元C中。
指令格式：
D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令（控存入口100H）
功能：
[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]
1.微程序：
（1）PC→AR,PC+1→PC00000E00A0B55402
当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取第一个操作数地址做准备；程序计数器指向下一单元地址
B55----------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
1010
0000
1011
0101
0101
0100
0000
0010
CI3-CI0（B43-B40）为1110，功能为顺序执行；
SCC（B39-B37）为000，CC#=1，不发生转移；
SST（B34-B32）为000，标志位不发生改变；
MIO#（B31）REQ（B27）WE#（B23）为101，表示不操作；
B口地址（B15-B12）为0101，BI8-BI6（B30-B28）为010，MI5-MI3（B26-B24）为000，MI2-MI0（B22-B20）为011，SCI（B11-B10）为01，SA（B7）为0，SB（B3）为0，表示5号通用寄存器R5，即PC通过B口实现加1，再通过B口写回到PC（B+0+Cin→B）；
（2）MEM→AR00000E0010F00002
从主存读取第一个操作数地址，为读取第一个操作数做准备
B55-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
0001
0000
1111
0000
0000
0000
0000
0010
MIO#REQWE#为001，表示从主存储器读入数据（地址）；
B口地址为0000，BI8-BI6为001，MI5-MI3为000，MI2-MI0为111，SCI为00，表示AM2901不做运算；
（3）MEM→Q00000E0000F00000
从主存读取第一个操作数
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
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0000
1110
0000
0000
0000
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1111
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0000
0000
0000
0000
MIO#REQWE#（B23）为001，表示从主存储器读入数据（地址）；
I8-6为000，MI5-3为000，MI2-0为111，表示将主存中读出的数据加上0，再将结果回送到Q寄存器；
（4）PC→AR,PC+1→PC00000E00A0B55402
当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取第二个操作数地址做准备；程序计数器指向下一单元地址
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
1010
0000
1011
0101
0101
0100
0000
0010
（5）MEM→AR00000E0010F00002
从主存读取第二个操作数地址，为读取第二个操作数做准备
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
0001
0000
1111
0000
0000
0000
0000
0010
（6）MEM+Q→Q00000E0000E00000
从主存读取第二个操作数
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
0000
0000
1110
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0000
0000
0000
0000
MIO#REQWE#为001，BI8-6为000，MI5-3为000，MI2-0为110，表示将第二个操作数从主存读出并且加上Q寄存器的内容，再将结果回送到Q寄存器；
（7）PC→AR,PC+1→PC00000E00A0B55402
当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取计算结果存储单元地址做准备；程序计数器指向下一单元地址
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
1010
0000
1011
0101
0101
0100
0000
0010
（8）MEM→AR00000E0010F00002
从主存读取结果存储单元地址
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
0001
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1111
0000
0000
0000
0000
0010
（9）Q→MEM,CC#=00029030010200010
计算结果送结果存储单元
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0010
1001
0000
0011
0000
0000
0001
0000
0010
0000
0000
0000
0001
0000
MIO#REQWE#为000，BI8-6为001，MI5-3为000，MI2-0为010，表示将Q寄存器里面的内容存到AR存储的单元地址对应的存储单元；
B55-B46为0010100100（4AH），即下地址，CI3-0为0011（3号命令，条件转移），SCC为00（CC#），表示转移到4AH中断。
2.输入微码
>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:
00E00000:
00000000:
0000
09190000:
0E000000:
A0B50000:
54020000:
00000000:
0E00
091E0000:
10F00000:
00020000:
00290000:
03000000:
1020
09230000:
0010
;将微程序的16进制代码输入到从900H开始的内存单元中
3.查看微码
>D900
090000000E00A0B5540200000E0010F00002
090800000E0000F0000000000E00A0B55402
091000000E0010F0000200000E0100E00000
091800000E00A0B5540200000E0010F00002
092000290300102000100000000000000000
;查看单元内容是否正确
4.加载微码
>A800
0800:
MOVR1,900;微码在内存中的首地址为900H
0802:
MOVR2,9;微程序一共有9条微指令
0804:
MOVR3,100;微码加载到微控存中的首地址
0806:
LDMC;加载微码指令
0807:
RET;返回
0808:
>G800;执行加载微码程序
5.输入程序，测试新指令
>A820
0820:
MOVR0,0023将操作数放到寄存器R0,这里两个操作数都是23H
0822:
MOV[A00],R0将R0存放的操作数放到A00地址单元
0824:
MOV[A01],R0将R0存放的操作数放到A01地址单元
0826:
NOP
0827:
NOP
0828:
NOP
0829:
NOP
082A:
RET
082B:
>E826编辑0826开始到0829单元内容，将新指令输入
08260000:
D4000000:
0A000000:
0A010000:
0A02
>U820查看
0820:
2C000023MOVR0,0023
0822:
34000A00MOV[0A00],R0
0824:
34000A01MOV[0A01],R0
0826:
D400DWD400
0827:
0A00ADCR0,R0
0828:
0A01ADCR0,R1
0829:
0A02ADCR0,R2
082A:
AC00RET
>G820运行
6.运算结果
>DA00
0A0000230023004600000000000000000000
;0A00单元和0A01单元内容为操作数，相加后结果为0046，存在0A02单元，正确
（二）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]
1.微程序
（1）PC→AR,PC+1→PC00000E00A0B55402
当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取操作数地址做准备；程序计数器指向下一单元地址
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
1010
0000
1011
0101
0101
0100
0000
0010
（2）MEM→AR00000E0010F00002
从主存读取第一个操作数地址，为读取操作数做准备
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0000
0001
0000
1111
0000
0000
0000
0000
0010
（3）SR-[ADDR]→DR0029030131D00088
寄存器SR存放的操作数减去ADDR单元内容，并存入DR
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0010
1001
0000
0011
0000
0001
0011
0001
1101
0000
0000
0000
1000
1000
MIO#REQWE#为000，BI8-6为011，MI5-3为001，MI2-0为101，SA（B7）=1，SB（B3）=1，表示将寄存器SR（A口）存放的操作数减去ADDR单元内容，并存入DR（通过B口）；
B55-B46为0010100100（4AH），即下地址，CI3-0为0011（3号命令，条件转移），SCC为00（CC#），表示转移到4AH中断。
2.输入微码
>E900
09000000:
00000000:
0E000000:
A0B50000:
54020000:
0000
09050000:
0E000000:
10F00000:
00020000:
00290000:
0301
090A0000:
31D00000:
0088
;将微程序的16进制代码输入到从900H开始的内存单元中
3.查看微码
>D900
090000000E00A0B5540200000E0010F00002
09080029030131D000880000000000000000
;查看单元内容是否正确
4.加载微码
>A800
0800:
MOVR1,900;微码在内存中的首地址为900H
0802:
MOVR2,3;微程序一共有9条微指令
0804:
MOVR3,130;微码加载到微控存中的首地址
0806:
LDMC;加载微码指令
0807:
RET;返回
0808:
>G800;执行加载微码程序
5.输入程序，测试新指令
>A820
0820:
MOVR0,0023将减数放到通用寄存器R0
0822:
MOVR3,0027将被减数放到通用寄存器R3
0824:
MOV[A00],R0将R0中减数放到0A00单元
0826:
NOP
0827:
NOP
0828:
RET
0829:
>E826编辑0826开始到0827单元，将新指令输入，其中SR为R3,DR为R2
08260000:
E0230000:
0A00
>U820查看
0820:
2C000023MOVR0,0023
0822:
2C300027MOVR3,0027
0824:
34000A00MOV[0A00],R0
0826:
E023DWE023
0827:
0A00ADCR0,R0
0828:
AC00RET
>G820运行
6.运算结果
>R
R0=0023R1=090CR2=0004R3=0027SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000
R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=00001111
0820:
2C000023MOVR0,0023
;源寄存器为R3，目的寄存器为R2，被减数为0023，减数为0027，结果为0004存放于R2，正确
（三）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。
1.微程序
（1）SR-DR00000E0191900088
SR内容减DR内容，若相等，则标志符Z=1，否则Z=0
B55--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------B0
0000
0000
0000
1110
0000
0001
1001
0001
1001
0000
0000
0000
1000
1000
SST=01，表示接收运算结果设置标志位状态
（2）PC→AR,CC#=CND,PC+1→PC002903E0A0B55402
当前程序计数器内容送地址寄存器，条件转移信号CC#=CND，即判断Z是否为1，若为1则中断条件成立；程序计数器指向下一单元地址
B55-----------------------------------------------------------------------------------------
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