浙江理工大學計算機組成原理課程設計報告

計算機組成原理課程設計報告(2013/2014第二學期-第19周)指導教師：許建龍 張芳班級：12計科2班姓名：學號： 計算機組成原理大型實驗任務書（計算機12級1、2、3班和實驗班）一、 實驗目的：深入了解計算機各種指令的執(zhí)行過程，以及控制器的組成，指令系統(tǒng)微程序設計的具體知識，進一步理解和掌握動態(tài)微程序設計的概念；完成微程序控制的特定功能計算機的指令系統(tǒng)設計和調(diào)試。二、 實驗說明：要進行這項大型實驗，必須清楚地懂得：（1） TEC-2機的功能部件及其連接關系；（2） TEC-2機每個功能部件的功能與具體組成；（3） TEC-2機支持的指令格式；（4） TEC-2機的微指令格式，AM2910芯片的用法；（5） 已實現(xiàn)的典型指令的執(zhí)行實例，即相應的微指令與其執(zhí)行次序的安排與銜接；（6） 要實現(xiàn)的新指令的格式與功能。三、 實驗內(nèi)容：選定指令格式、操作碼，設計如下指令：（1） 把用絕對地址表示的內(nèi)存單元A中的內(nèi)容與內(nèi)存單元B中的內(nèi)容相加，結果存于內(nèi)存單元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） 將一通用寄存器內(nèi)容減去某內(nèi)存單元內(nèi)容，結果放在另一寄存器中。指令格式：E0 DR SR，ADDR （SR，DR源、目的寄存器各4位）雙字指令（控存入口130H）功能： DR=SR - ADDR（3） 轉移指令。判斷兩個通用寄存器內(nèi)容是否相等，若相等則轉移到指定絕對地址，否則順序執(zhí)行。指令格式：E5 DR SR，ADDR 雙字指令（控存入口140H）功能： if DR=SR goto ADDR else順序執(zhí)行。設計：利用指令的CND字段，即IR108，令IR108=101，即CC=Z 則當DR=SR時Z=1，微程序不跳轉，接著執(zhí)行MEM PC（即ADDR PC） 而當DR!=SR時Z=0，微程序跳轉至A4。四、 實驗要求：（1） 根據(jù)內(nèi)容自行設計相關指令微程序；（務必利用非上機時間設計好微程序）（2） 設計測試程序、實驗數(shù)據(jù)并上機調(diào)試。（3） 設計報告內(nèi)容：包括1、設計目的2、設計內(nèi)容3、微程序設計（含指令格式、功能、設計及微程序） 4、實驗數(shù)據(jù)（測試所設計指令的程序及結果）。（具體要求安最新規(guī)范為準）（4） 大型實驗報告必須打印成冊，各班班長收齊大型實驗報告于19周星期五前，交張芳老師辦公室。五、 上機時間安排：2014計算機組成原理課程設計安排如下：（第十九周） (地點:10-413和414機房)時 間星 期9：00-12：001:00-4:0017:3020:30備 注星期三6月25日12計算機（1）12計算機（2）12計算機（3）電信實驗班星期四6月26日12計算機（1）12計算機（2）12計算機（3）電信實驗班12計算機（1）12計算機（2）12計算機（3）電信實驗班星期五6月27日12計算機（1）12計算機（2）12計算機（3）電信實驗班12計算機（1）12計算機（2）12計算機（3）電信實驗班備注：1.各班每2人一組,可自由組合但要固定,各班班長將各組組號及學生名單于第一次上機時上報指導教師； 2.各班學生須嚴格按照規(guī)定的時間上機,不得無故缺席、遲到早退，指導教師會嚴格考勤。 指導教師： 許建龍、張芳 2014年6月18日計算機組成原理課程設計實驗報告一、目的和要求深入了解計算機各種指令的執(zhí)行過程，以及控制器的組成，指令系統(tǒng)微程序設計的具體知識，進一步理解和掌握動態(tài)微程序設計的概念；完成微程序控制的特定功能計算機的指令系統(tǒng)設計和調(diào)試。二、實驗環(huán)境PC機與TEC-2機模擬程序三、具體內(nèi)容(一)把用絕對地址表示的內(nèi)存單元A中的內(nèi)容與內(nèi)存單元B中的內(nèi)容相加，結果存于內(nèi)存單元C中。指令格式：D4，ADDR1，ADDR2，ADDR3 四字指令（控存入口100H）功能： ADDR3=ADDR1+ADDR21. 微程序：(1)PCAR,PC+1PC0000 0E00 A0B5 5402當前程序計數(shù)器內(nèi)容送地址寄存器，為讀取第一個操作數(shù)地址做準備；程序計數(shù)器指向下一單元地址B55-B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010CI3-CI0(B43-B40)為1110，功能為順序執(zhí)行；SCC(B39-B37)為000，CC#=1，不發(fā)生轉移；SST(B34-B32)為000，標志位不發(fā)生改變；MIO#(B31)REQ(B27)WE#(B23)為101，表示不操作；B口地址(B15-B12)為0101，BI8-BI6(B30-B28)為010，MI5-MI3(B26-B24)為000，MI2-MI0(B22-B20)為011，SCI(B11-B10)為01，SA(B7)為0，SB(B3)為0，表示5號通用寄存器R5，即PC通過B口實現(xiàn)加1，再通過B口寫回到PC（B+0+CinB）；(2)MEMAR0000 0E00 10F0 0002從主存讀取第一個操作數(shù)地址，為讀取第一個操作數(shù)做準備B55-B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010MIO# REQ WE# 為001，表示從主存儲器讀入數(shù)據(jù)（地址）；B口地址為0000，BI8-BI6為001，MI5-MI3為000，MI2-MI0為111，SCI為00， 表示AM2901不做運算；(3)MEMQ0000 0E00 00F0 0000從主存讀取第一個操作數(shù)B55-B000000000000011100000000000000000111100000000000000000000MIO #REQ WE#(B23)為001，表示從主存儲器讀入數(shù)據(jù)（地址）；I8-6為000，MI5-3為000，MI2-0為111，表示將主存中讀出的數(shù)據(jù)加上0，再將結果回送到Q寄存器；(4)PCAR,PC+1PC0000 0E00 A0B5 5402當前程序計數(shù)器內(nèi)容送地址寄存器，為讀取第二個操作數(shù)地址做準備；程序計數(shù)器指向下一單元地址B55-B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(5)MEMAR0000 0E00 10F0 0002從主存讀取第二個操作數(shù)地址，為讀取第二個操作數(shù)做準備B55-B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010(6)MEM+QQ0000 0E00 00E0 0000從主存讀取第二個操作數(shù)B55-B000000000000011100000000000000000111000000000000000000000MIO# REQ WE#為001，BI8-6為000，MI5-3為000，MI2-0為110，表示將第二個操作數(shù)從主存讀出并且加上Q寄存器的內(nèi)容，再將結果回送到Q寄存器；(7)PCAR,PC+1PC0000 0E00 A0B5 5402當前程序計數(shù)器內(nèi)容送地址寄存器，為讀取計算結果存儲單元地址做準備；程序計數(shù)器指向下一單元地址B55-B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(8)MEMAR0000 0E00 10F0 0002從主存讀取結果存儲單元地址B55-B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010(9)QMEM,CC#=00029 0300 1020 0010計算結果送結果存儲單元B55-B000101001000000110000000000010000001000000000000000010000MIO# REQ WE#為000，BI8-6為001，MI5-3為000，MI2-0為010，表示將Q寄存器里面的內(nèi)容存到AR存儲的單元地址對應的存儲單元；B55-B46為（4AH），即下地址，CI3-0為0011（3號命令，條件轉移），SCC為00（CC#），表示轉移到4AH中斷。2. 輸入微碼E90009000000:0000 0000:0E00 0000:A0B5 0000:5402 0000:00000905 0000:0E00 0000:10F0 0000:0002 0000:0000 0000:0E00090A 0000:00F0 0000:0000 0000:0000 0000:0E00 0000:A0B5090F 0000:5402 0000:0000 0000:0E00 0000:10F0 0000:00020914 0000:0000 0000:0E01 0000:00E0 0000:0000 0000:00000919 0000:0E00 0000:A0B5 0000:5402 0000:0000 0000:0E00091E 0000:10F0 0000:0002 0000:0029 0000:0300 0000:10200923 0000:0010;將微程序的16進制代碼輸入到從900H開始的內(nèi)存單元中3. 查看微碼D9000900 0000 0E00 A0B5 5402 0000 0E00 10F0 00020908 0000 0E00 00F0 0000 0000 0E00 A0B5 54020910 0000 0E00 10F0 0002 0000 0E01 00E0 00000918 0000 0E00 A0B5 5402 0000 0E00 10F0 00020920 0029 0300 1020 0010 0000 0000 0000 0000;查看單元內(nèi)容是否正確4. 加載微碼A8000800: MOV R1,900;微碼在內(nèi)存中的首地址為900H0802: MOV R2,9;微程序一共有9條微指令0804: MOV R3,100;微碼加載到微控存中的首地址0806: LDMC;加載微碼指令0807: RET;返回0808:G800;執(zhí)行加載微碼程序5. 輸入程序，測試新指令A8200820: MOV R0,0023將操作數(shù)放到寄存器R0,這里兩個操作數(shù)都是23H0822: MOV A00,R0將R0存放的操作數(shù)放到A00地址單元0824: MOV A01,R0將R0存放的操作數(shù)放到A01地址單元0826: NOP0827: NOP0828: NOP0829: NOP082A: RET082B:E826編輯0826開始到0829單元內(nèi)容，將新指令輸入0826 0000:D400 0000:0A00 0000:0A01 0000:0A02U820查看0820: 2C00 0023 MOV R0, 00230822: 3400 0A00 MOV 0A00, R00824: 3400 0A01 MOV 0A01, R00826: D400 DW D4000827: 0A00 ADC R0, R00828: 0A01 ADC R0, R10829: 0A02 ADC R0, R2082A: AC00 RETG820運行6. 運算結果DA000A00 0023 0023 0046 0000 0000 0000 0000 0000;0A00單元和0A01單元內(nèi)容為操作數(shù)，相加后結果為0046，存在0A02單元，正確(二)將一通用寄存器內(nèi)容減去某內(nèi)存單元內(nèi)容，結果放在另一寄存器中。指令格式：E0 DR SR，ADDR （SR，DR源、目的寄存器各4位）雙字指令（控存入口130H）功能： DR=SR - ADDR1. 微程序(1) PCAR,PC+1PC0000 0E00 A0B5 5402當前程序計數(shù)器內(nèi)容送地址寄存器，為讀取操作數(shù)地址做準備；程序計數(shù)器指向下一單元地址B55-B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(2) MEMAR0000 0E00 10F0 0002從主存讀取第一個操作數(shù)地址，為讀取操作數(shù)做準備B55-B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010(3) SR-ADDR DR0029 0301 31D0 0088寄存器SR存放的操作數(shù)減去ADDR單元內(nèi)容，并存入DRB55-B000101001000000110000000100110001110100000000000010001000MIO# REQ WE#為000，BI8-6為011，MI5-3為001，MI2-0為101，SA(B7)=1，SB(B3)=1，表示將寄存器SR（A口）存放的操作數(shù)減去ADDR單元內(nèi)容，并存入DR（通過B口）；B55-B46為（4AH），即下地址，CI3-0為0011（3號命令，條件轉移），SCC為00（CC#），表示轉移到4AH中斷。2. 輸入微碼E9000900 0000:0000 0000:0E00 0000:A0B5 0000:5402 0000:00000905 0000:0E00 0000:10F0 0000:0002 0000:0029 0000:0301090A 0000:31D0 0000:0088;將微程序的16進制代碼輸入到從900H開始的內(nèi)存單元中3. 查看微碼D9000900 0000 0E00 A0B5 5402 0000 0E00 10F0 00020908 0029 0301 31D0 0088 0000 0000 0000 0000;查看單元內(nèi)容是否正確4. 加載微碼A8000800: MOV R1,900;微碼在內(nèi)存中的首地址為900H0802: MOV R2,3;微程序一共有9條微指令0804: MOV R3,130;微碼加載到微控存中的首地址0806: LDMC;加載微碼指令0807: RET;返回0808:G800;執(zhí)行加載微碼程序5. 輸入程序，測試新指令A8200820: MOV R0,0023將減數(shù)放到通用寄存器R00822: MOV R3,0027將被減數(shù)放到通用寄存器R30824: MOV A00,R0將R0中減數(shù)放到0A00單元0826: NOP0827: NOP0828: RET0829:E826編輯0826開始到0827單元，將新指令輸入，其中SR為R3,DR為R20826 0000:E023 0000:0A00U820查看0820: 2C00 0023 MOV R0, 00230822: 2C30 0027 MOV R3, 00270824: 3400 0A00 MOV 0A00, R00826: E023 DW E0230827: 0A00 ADC R0, R00828: AC00 RETG820運行6. 運算結果RR0=0023 R1=090C R2=0004 R3=0027 SP=FFFF PC=0820 IP=0828 R7=0000 R8=0000R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=0000 R15=0000 F=0820: 2C00 0023 MOV R0, 0023;源寄存器為R3，目的寄存器為R2，被減數(shù)為0023，減數(shù)為0027，結果為0004存放于R2，正確(三)轉移指令。判斷兩個通用寄存器內(nèi)容是否相等，若相等則轉移到指定絕對地址，否則順序執(zhí)行。指令格式：E5 DR SR，ADDR 雙字指令（控存入口140H）功能： if DR=SR goto ADDR else順序執(zhí)行。設計：利用指令的CND字段，即IR108，令IR108=101，即CC=Z 則當DR=SR時Z=1，微程序不跳轉，接著執(zhí)行MEM PC（即ADDR PC） 而當DR!=SR時Z=0，微程序跳轉至A4。1.微程序(1) SR-DR0000 0E01 9190 0088SR內(nèi)容減DR內(nèi)容，若相等，則標志符Z=1，否則Z=0B55-B000000000000011100000000110010001100100000000000010001000SST=01，表示接收運算結果設置標志位狀態(tài)(2) PCAR,CC#=CND,PC+1PC0029 03E0 A0B5 5402當前程序計數(shù)器內(nèi)容送地址寄存器，條件轉移信號CC#=CND，即判斷Z是否為1，若為1則中斷條件成立；程序計數(shù)器指向下一單元地址B55-B000101001000000111110000010100000101101010101010000000010SCC為0111，表示CC#設置條件（CND）源來自指令寄存器(即IR10-8為0101，CND=Z)；B55-B46為（4AH），即下地址，CI3-0為0011（3號命令，條件轉移），表示轉移到4AH中斷。(3) MEMPC0029 0300 30F0 5000取內(nèi)存單元ADDR中的地址送PCB55-B000101001000000110000000000110000111100000101000000000000MIO# REQ WE#為001，B口地址為0101，表示將主存地址單元ADDR中的地址送至地址寄存器2.輸入微碼E9000900 0000:0000 0000:0E01 0000:9190 0000:0088 0000:00290905 0000:03E0 0000:A0B5 0000:5402 0000:0029 0000:0300090A 0000:30F0 0000:50003.查看微碼D9000900 0000 0E01 9190 0088 0029 03E0 A0B5 5402 .).T.908 0029 0300 30F0 5000 0000 0000 0000 0000 .).0.P.4.加載微碼A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,30804: MOV R3,1400806: LDMC0807: RET0808:G8005.輸入程序，測試新指令兩數(shù)相等時;A8200820: MOV R1,00260822: MOV R2,00260824: NOP0825: NOP0826: MOV R1,00230828: RET0829:E8240824 0000:E512 0000:0828U8200820: 2C10 0026 MOV R1, 00260822: 2C20 0026 MOV R2, 00260824: E512 DW E5120825: 0828 ADC R2, R80826: 2C10 0023 MOV R1, 00230828: AC00 RET0829: 0011 NOP082A: AC00 RET082B: 0000 NOP082C: 0000 NOP082D: 0000 NOP082E: 0000 NOP082F: 0000 NOP0830: 0000 NOP0831: 0000 NOP0832: 0000 NOPG820兩數(shù)不相等時：A8200820: MOV R1,00250822: MOV R2,00240824: NOP0825: NOP0826: MOV R1,00230828: RET0829:E8240824 0000:E512 0000:0828U8200820: 2C10 0025 MOV R1, 00250822: 2C20 0024 MOV R2, 00240824: E512 DW E5120825: 0828 ADC R2, R80826: 2C10 0023 MOV R1, 00230828: AC00 RETG8206.運算結果相等時：RR0=0000 R1=0026 R2=0026 R3=0011 SP=FFFF PC=0820 IP=0828 R7=0000 R8=0000R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=0000 R15=0000 F=0820: 2C10 0026 MOV R1, 0026;相等時轉移到0828執(zhí)行RET，不執(zhí)行MOV R1, 0023;該運算結果正確不相等時：RR0=0000 R1=0023 R2=0024 R3=0011 SP=FFFF PC=0820 IP=0828 R7=0000 R8=0000R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=0000 R15=0000 F=0820: 2C10 0025 MOV R1, 0025;不相等時執(zhí)行MOV R1, 0023;該運算結果正確四課程設計答辯題目設計一個新指令E0 X DR，實現(xiàn)功能 ADD2DR-ADD1設計：指令格式E0 X DRADD1ADD2微指令：(1) PCAR,PC+1PC;ADD1地址送地址寄存器(2) MEMAR;取ADD1地址(3) DR+0Q; Q存被減數(shù)(4) Q-MEMDR;計算結果回送DR(5) PCAR,PC+1AR;取ADD2地址送地址寄存器(6) MEMAR;取ADD2地址(7) DRMEM,CC#=0;DR內(nèi)容送主存ADD2單元，轉中斷二進制微碼：(1)0000 0000 0000 1110 0000 0000 1010 0000 10