计算机组成原理

计算机组成原理大型实验报告(2010/2011第2学期------第19周)指导教师：班级：姓名：学号：计算机组成原理课程设计实验报告一、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：（1）、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）、测试程序、实验数据并上机调试；（3）、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）二、实验环境TEC—2机与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。实验设计并分析：第一条：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]指令格式：D4XXADDR1ADDR2ADDR3微程序：PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402MEM→AR：00000E0010F00002MEM→Q：00000E0000F00000PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402MEM→AR：00000E0010F00002MEM+Q→Q：00000E0100E00000PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402MEM→AR：00000E0010F00002Q→MEM，CC#=0：0029030010200010指令分析：PC-AR,PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM-Q0000000011100000000000000000111100000000000000000000PC-AR,PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM+Q-Q0000000011100000000100000000111000000000000000000000PC-AR,PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100Q-MEM,CC#=00029000000110000000000010000001000000000000000010000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]中存了加法的两个加数的内存地址，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）在运算器中相加，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，第一次是取得加数所在的内存地址的值(MEM→AR),第二次是取得加数本身并保存在Q寄存器中（MEM→Q）。注意，取第二个加数的时候，第一次仍是MEM→AR，而第二次MEM+Q→Q的同时也把加法给完成了，请见接下来的分析。2）相加的操作是MEM+Q→Q。MEM是从内存中取得的第二个加数的值，左边的Q是刚才取得的第一个加数的值。他俩相加的和传给Q寄存器，覆盖掉了Q寄存器刚才保存的值（第一个加数）。3）现在Q寄存器中存有加法的运算结果，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。其它要注意的地方：1）微程序中有两处PC+1→PC，第一处是为了取得第二个加数所在的内存地址，第二处是为了把PC指向下一句，在这里是RET，才能使程序正常结束。2）程序最后要转向A4H执行后续处理程序。此处下地址的转换方法：将A4H从左到右用八位二进制数写出，左边补两个“0”，右边加两个“0”（备用位B45、44），得到001010010000B，再把这个十二位二进制数翻译成十六进制，结果是290H。3）使用Q寄存器的好处有：第一，不修改通用寄存器R0，R1等，因为别的程序可能用到它们。第二，程序易读、风格优美。程序调试：第二条：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]微程序：PC→AR，PC+1→PC：00000E00A0B55402MEM→AR：00000E0010F00002SR-[ADDR]→DR：0029030131D00088指令格式：E0XXADDR指令分析：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。每条指令系统微操作详细：PC-AR,PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100SR-MEM-DR0029000000110000000100110001110100000000000010001000调试：第三条：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。微程序：SR-DR：00000E0191900088PC→AR，CC#=CND，PC+1→PC：002903E0A0B55402MEM→PC：0029030030F05000指令格式：E5XXADDR指令分析：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#=ZDR=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#，DRSR,SR-DR0,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，DRSR,SR-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、(DRSR)，取出ADDR，赋给PC，令CC#=0，用3号命令转移到A4H指令结束微程序每条指令系统微操作详细：SR-DR0000000011100000000010010001000100000000000010001000PC-AR,PC+1-PC0029000000111110000010100000101101010101010000000010MEN-PC0029000000111110000100100000111100000101000000000000调试：E90009000000:00000000:0E010000:91900000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:54020000:00290000:0300090A0000:30F00000:5000D900090000000E0191900088002903E0A0B55402.........).αá╡T.09080029030030F050000000000000000000.)..0≡P.........091000000000000000000000000000000000................091800000000000000000000000000000000................092000000000000000000000000000000000................092800000000000000000000000000000000................093000000000000000000000000000000000................093800000000000000000000000000000000................A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1400806:LDMC0807:RET0808:G800A8200820:MOVR8,00110822:MOVR9,00110824:NOP0825:NOP0826:MOVR9,00020828:RET0829:E82408240000:E4890000:0828U8200820:2C800011MOVR8,00110822:2C900011MOVR9,00110824:E489DWE4890825:0828ADCR2,R80826:2C900002MOVR9,00020828:AC00RET0829:0000NOP082A:0000NOP082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOPG820结果显示：RR0=0000R1=090CR2=0000R3=0143SP=0FD0PC=0820IP=00CDR7=0000R8=0011R9=0002R10=0000R11=0000R12=0000R