計算機組成原理實驗報告

1、計算機組成遵實驗報告上海大學計算機學院計算機組成原理實驗報告十三實驗名稱：建立指令流水系統(tǒng)一、實驗目的1 .了解指令流水系統(tǒng)的設計方式。2 .編制一條可以流水方式運行的指令。二、實驗原理1 .硬部件的并行工作。A+W把“和”右移一位、把值送OUT這三個子操作為什么可以同時進行呢？因為這三個子操作使用的硬件（包括總線）互不相同，于是可以同時工作。這一特點表現(xiàn)在微指令編碼上，就是這三個子操作的微指令碼中為低電平（有效）的都不相同，于是可以將這三個子操作的微指令碼合并成一個微指令2 .指令流水執(zhí)行指令流水模式，每條指令都應該分成幾個獨立的子操作，當前趨指令的后幾個子操作與后繼指令的前幾個子操作不使用

2、同樣的硬件時，系統(tǒng)就可設計成流水線方式。同一時間有多條指令各自在不同的硬件中執(zhí)行，而對同一條指令而言，不同時間順序在不同的硬件中執(zhí)行3 .實驗箱系統(tǒng)的指令流水硬件基礎“取指令”的微操作，其微指令碼微CBFFFF與大多數(shù)的微操作無關。在廠家給的默認指令系統(tǒng)中這個操作編在了每條指令的最后一個狀態(tài)，即每條指令的操作完成后就取進下一條指令。這是典型的“取指、執(zhí)行、取指”模式。即一條指令先被“取指”，再執(zhí)行其他微操作，完成后再取下一條指令。如果一條指令的最后一個微操作與取指無關，就可以把二者合并成一個微指令，于是這個指令的最后一個微操作與取下一條指令并行進行。對下一條指令而言，其“取指”與“其他操作”在

3、不同硬件中順序執(zhí)行一一指令二級流水。4 .實驗箱系統(tǒng)實現(xiàn)指令流水的技巧一條指令的最后一個微操作與取指無關，就可以把二者合并成一個微指令。若取指令操作（CBFFFF與它前面的微操作碼沒有相同的位為0,則這兩個微操作碼的“與”就是二者合并后的微指令。在程序中這條指令就會和它的后繼指令形成二級流水模式。三、實驗內容1 .分析流水指令集insfile2.MIC。2 .改造實驗十二中自己編制的指令集，使其中至少一條指令成流水方式。3 .在自己編制的兩個指令集中運行同一個程序，觀測運行情況和效率。程序來源自定。四、實驗步驟1 .在CP226環(huán)境中，通過“文件”下拉菜單的“調入指令系統(tǒng)/微程序”操作，把&q

4、uot;c:programfilesCP226計算機組成原理”目錄下的insfile2.MIC調入系統(tǒng)，在指令系統(tǒng)窗口逐條觀察指令的各微指令碼，與指導書103到110頁的對應指令的微指令碼比較，分析二者的異同。2 .仿照insfile1.MIC和insfile2.MIC的異同改造自己編制的指令集。并在兩個指令系統(tǒng)中運行同一個程3 .在實驗十二中我們已經編制了自己的指令集，稍加修改即可4 .把實驗十二中的asm文件中的“延遲"去掉，在其后加上7-8個“輸出"；把dat、mic、mac中的"延遲”相關的東西都去掉，保存程序。5 .在4的基礎上改動mic中的“A-W和“

5、輸出”的指令，把取指指令改為“FFFFFF，保存文件。6 .打開CP226,打開調入指令系統(tǒng)，把原來4改過的指令集調入到CP226中，打開asm文件，打開實驗箱,編譯、全速運行，觀察實驗箱中OUTW象。7 .打開調入指令系統(tǒng)，調入5中改過的程序，編譯、全速運行。觀察實驗箱中OUT中的現(xiàn)象。asm文件：L1:輸入A,#55h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸入A,#22h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸入A,#55hA-WA,#22h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出跳到L1END4中修改的指令集：mic:_FATCH_T000CBFFFF指令寄存器IRA輸出01FFFF

6、FFA輸出02FFFFFFA輸出03FFFFFFA輸出04FFFFFFA輸出05FFFFFFA輸出06FFFFFFA輸出07FFFFFFA輸出08FFFFFFA輸出09FFFFFFA輸出0AFFFFFFA輸出0BFFFFFFA輸出0CFFFFFFA輸出0DFFFFFFA輸出0EFFFFFFA輸出0FFFFFFFA輸出A-WA,#*T210C7FFEF存貯器值EM寄存器WPC輸出A輸出T111FFFE91ALU直通寄存器A標志位C,Z加運算T012CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出13FFFFFFA輸出輸出T114FFDF9FALU直通用戶OUTA輸出T015CBFFFF存貯器值EM寄存器

7、WMAR輸出A輸出16FFFFFFALU直通寄存器A標志位C,Z加運算17FFFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出跳到*T118C6FFFF存貯器值EM寄存器PCPC輸出A輸出T019CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出1AFFFFFFA輸出1BFFFFFFA輸出輸入A,#*T11CC7FFF7存貯器值EM寄存器APC輸出A輸出T21DCBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出1EFFFFFFA輸出1FFFFFFFA輸出mac：_FATCH_000000XX00-031000001xx04-041000010XX08-0B1000011xx0C-0F1A-WA,#*000100xx10-13

8、II2輸出000101xx14-171跳至U*000110xx18-1BMM2輸入A,#*000100xx1C-1FII2dat:A-WA,#*102輸出141跳到*182輸入A,#*1C25中修改的指令集（流水系統(tǒng)）mic:_FATCH_T000CBFFFF指令寄存器IRA輸出01FFFFFFA輸出02FFFFFFA輸出03FFFFFFA輸出04FFFFFFA輸出05FFFFFFA輸出06FFFFFFA輸出07FFFFFFA輸出08FFFFFFA輸出09FFFFFFA輸出0AFFFFFFA輸出0BFFFFFFA輸出0CFFFFFFA輸出0DFFFFFFA輸出0EFFFFFFA輸出0FFFFF

9、FFA輸出A-WA,#*T210C7FFEF存貯器值EM寄存器WPC輸出A輸出T111CBFE91ALU直通寄存器A標志位C,Z加運算12FFFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出13FFFFFFA輸出輸出T114CBDF9FALU直通用戶OUTA輸出15FFFFFF存貯器值EM寄存器WMAR輸出A輸出16FFFFFFALU直通寄存器A標志位C,Z加運算17FFFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出跳到*T118C6FFFF存貯器值EM寄存器PCPC輸出A輸出T019CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出1AFFFFFF1BFFFFFFAA輸出輸出輸入A,#*T11CC7FFF7存貯器值EM寄存

10、器APC輸出A輸出T21DCBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出1EFFFFFFA輸出1FFFFFFFA輸出mac：_FATCH_000000XX00-031000001xx04-041000010XX08-0B1000011xx0C-0F1A-WA,#*000100xx10-13II2輸出000101xx14-171跳至U*000110xx18-1BMM2輸入A,#*000100xx1C-1FII2dat:A-WA,#*102輸出141跳到*182輸入A,#*1C2五、實驗現(xiàn)象調用4中修改的指令集后，OU徐次交替顯示55、22、33,調用5中修改的流水程序后，交替顯示55、22、33的速度加快。六、實驗結論流水系統(tǒng)可以縮短指令執(zhí)行的時間，實驗現(xiàn)象與實驗預期一致。七、建議八、體會這次實驗時在實驗十二編寫自己的匯編指令集的基礎上來做的，只不過把實驗十二中指令集mic文件中的“A-W和“輸入”取值指令"CBFFFF改為“FFFFFF',然后把指令集中所有與“延遲”有關的指令都刪去，把asm文件延遲去練換為7-8個“輸出”指令。通過實驗，深刻體會到了流水系統(tǒng)指令可以加快縮短指令執(zhí)行的時間