计算机组成原理实践

实验报告课程名称计算机组成原理综合设计实践实验名称模型计算机的研制实验仪器数据通路板（B板），控制信号板（A板），微程序控制板（C板）一、确定设计总要求模型计算机设计的总要求主要有以下几个方面：（1）模型计算机采用暂存器型的运算器结构。（2）设计一个16条指令的指令系统，包括单字长指令和双字长指令，其指令寻址方式包括立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器直接寻址等；指令类型包括算术逻辑类指令、传送类指令、控制类指令、停机指令等。（3）微程序控制器采用断定方式，微指令编码采用直接控制和字段编码相结合的方式，设计并完成微程序流程图，编写微指令。（4）自己编写一段小程序，完成某个小的功能，以验证指令的正确性二、设计模型计算机数据通路本实验采用的B板已经给我们提供了带单总线的数据通路，并且已经在第三章中分部件进行过基本部件实验，如图4-1所示。三、样机指令系统指令名称：助记符：功能：指令格式：取数LADX,D,Rd(MD)→Rd00X00RdD存数STAX,D,Rd(Rd)→MD00X01RdD无条件转移JMPX,DD→PC00X10**D进位条件转移JCX,D若CY=1,则D→PC00X10**D传送MOVRs,Rd(Rs)→Rd0100RsRd与ANDRs,Rd(Rs)与(Rd)→Rd0101RsRd加法ADDRs,Rd(Rs)+(Rd)→Rd0110RsRd减法SUBRs,Rd(Rs)-(Rd)→Rd0111RsRd左移RALRd2(Rd)→Rd1000**Rd右移RARRd1/2(Rd)→Rd1001**Rd加“1”INCRd(Rd)+1→Rd1010**Rd取反COMRd(Rd)→Rd1011**RdF1Rs,RdRsRd+Rs+Rd→Rd1100RsRdF2Rs,RdRsRd+Rs∨Rd→Rd1101RsRd立即数传送LDIDATA,RdDATA→Rd1110XRdDATA停机HLTHALT1111****四、样机指令流程X=00步骤对应微操作控制指令①PC→ARPC→BUS,LDAR=1PC+1→PCLDPC=1②RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→DR2LDDR2=1③(DR2)→BUSS3S2S1S0MCN,ALU→BUS101010BUS→ARLDAR=1X=01步骤对应微操作控制指令1.PC→ARPC→BUS,LDAR=1PC+1→PCLDPC=12.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→DR2LDDR2=13.(DR2)→BUSS3S2S1S0MCN,ALU→BUS101010BUS→ARLDAR=14.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→DR2LDDR2=15.(DR2)-BUSS3S2S1S0MCN,ALU→BUS1010106.BUS→ARLDAR=1X=10步骤对应微操作控制指令1.PC→ARPC→BUS,LDAR=1PC+1→PCLDPC=12.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→DR2LDDR2=13.(R2)→DR1R2→BUS,LDDR1=14.(DR1)+(DR2)→BUS→AR→BUS→DR2S3S2S1S0MCN,ALU→BUS,LDAR=1,LDDR2=1100100X=11步骤对应微操作控制指令1.PC→ARPC→BUS,LDAR=1PC+1→PCLDPC=12.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→DR2LDDR2=13.(PC)→BUSPC→BUSBUS→DR1LDDR1=14.(DR1)+(DR2)→BUS→AR→BUS→DR2S3S2S1S0MCN,ALU→BUS,LDAR=1,LDDR2=1100100LADX,D,Rd步骤对应微操作控制指令1.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→RdLDRi=1,YS1YS0=11,DZ=1STAX,D,Rd步骤对应微操作控制指令1.(Rd)→BUSRd→BUSBUS→RAMCS=1，WE=1,DZ=1JMPX,D步骤对应微操作控制指令1.(DR2)→BUSS3S2S1S0MCN,ALU→BUS100100BUS→PCLD1=1，LDPC=1,DZ=1JCX,D步骤对应微操作控制指令1.CY=1则(DR2)→BUS→PC,否则NOPS3S2S1S0MCN,ALU→BUS，LD1=1,LDPC=1,DZ=1100100MOVRs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR1LDDR1=14.(DR2)-BUSS3S2S1S0MCN,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,000000BUS-RdDZ=1ANDRs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR2LDDR2=14.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)(DR2)-BUS-Rd101110,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,DZ=1ADDRs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR2LDDR2=14.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)+(DR2)-BUS-Rd100100,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,LDCY=1,DZ=1SUBRs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR1LDDR1=14.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR2LDDR2=15.(DR1)-(DR2)-BUS-Rd011001,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,LDCY=1,DZ=1RALRd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.左移(Rd)-RdLDRi=1,YS1YS0=10,DZ=1RARRd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.右移(Rd)-RdLDRi=1,YS1YS0=01,DZ=1INCRd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR1LDDR1=14.(DR1)+1-BUS-DR1000001,ALU-BUS,LDDR1=15.(DR1)+1-BUS-Rd000001,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,DZ=1COMRd步骤对应微操作控制命令1.PC→ARPC→BUS,,LDAR=1PC+1→PCLDPC=12.RAM→BUSCS=1,WE=0BUS→IRLDIR=13.(Rd)→BUSRd→BUSBUS→DR1LDDR1=14.(DR1)→BUS→RdS3S2S1S0MCN,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,000010DZ=1F1Rs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR2LDDR2=14.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)(DR2)-BUS-Rd01101,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,6.(DR1)+(DR2)-BUS-DR110010,ALU-BUS,LDDR1=1，LDCY=17.Rd→BUSRd→BUSBUS→DR2LDDR2=18.(DR1)+(DR2)-BUS-Rd100100,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,LDCY=1,DZ=1F2Rs,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(Rs)-BUSRs-BUSBUS-DR2LDDR2=14.(Rd)-BUSRd-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)·(DR2)-BUS-Rd10111,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,6.(DR1)或(DR2)-BUS-DR111101,ALU-BUS,LDDR1=17.Rd→BUSRd→BUSBUS→DR2LDDR2=18.(DR1)+(DR2)-BUS-Rd100100,ALU-BUS,LDRi=1,YS1YS0=11,LDCY=1,DZ=1LDIDATA,Rd步骤对应微操作控制指令1.PC-ARPC-BUS,LDAR=1PC+1-PCLDPC=12.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-IRLDIR=13.(PC)-ARPC-BUS,LDAR=1(PC)+1LDPC=14.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-RdLDRi=1,YS1YS0=11,DZ=1HLT步骤对应微操作控制指令1.停机TJ=1控制台指令：QD(00)步骤对应微操作控制指令1.SW-BUSSW-BUSBUS-IRLDIR=12.SW-BUSSW-BUSBUS-PCLD1=1,LDPC=13.(PC)-ARPC-BUS,LDAR=14.SW-BUSSW-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)-BUS000000,ALU-BUSBUS-PCLD1=1,LDPC=16.0-INIRCM(01)步骤对应微操作控制指令1.SW-BUSSW-BUSBUS-IRLDIR=12.SW-BUSSW-BUSBUS-PCLD1=1,LDPC=13.(PC)-ARPC-BUS,LDAR=14.SW-BUSSW-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)-1-BUS000000,ALU-BUSBUS-DR1LDDR1=1RM(10)步骤对应微操作控制指令1.SW-BUSSW-BUSBUS-IRLDIR=12.SW-BUSSW-BUSBUS-PCLD1=1,LDPC=13.(PC)-ARPC-BUS,LDAR=14.SW-BUSSW-BUSBUS-DR1LDDR1=15.RAM-BUSCS=1,WE=0BUS-DR1LDDR1=1(PC)+1LDPC=1WM(11)步骤对应微操作控制指令1.SW-BUSSW-BUSBUS-IRLDIR=12.SW-BUSSW-BUSBUS-PCLD1=1,LDPC=13.(PC)-ARPC-BUS,LDAR=14.SW-BUSSW-BUSBUS-DR1LDDR1=15.(DR1)-BUS000000,ALU-BUSBUS-RAMCS=1,WE=1(PC)+1LDPC=1五、样机微程序流程图六、样机微程序表地址313029282726252423222120191817161514131211109876543210S3S2S1S0MCSWEDZA字段B字段LDRILDARLD1YS1