計(jì)算機(jī)組成原理第四次試驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)班級(jí)：姓名：口機(jī)器號(hào):學(xué) 號(hào)：E-mail:指導(dǎo)教師：總成績(jī)：分步成績(jī)：出勤：實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)五模型機(jī)與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握控制器的工作原理(2)掌握由控制器、運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、組成的模型機(jī)的工作原理(3)通過(guò)運(yùn)行各種簡(jiǎn)單程序，掌握機(jī)器指令和微指令的關(guān)系2實(shí)驗(yàn)要求(1)做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備工作，掌握本次實(shí)驗(yàn)所用指令系統(tǒng)功能(2)將實(shí)驗(yàn)用匯編語(yǔ)言源文件編譯成機(jī)器語(yǔ)言的目標(biāo)文件(3)完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(4)故障分析與排除(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將報(bào)告提交服務(wù)器。二實(shí)驗(yàn)原理模型機(jī)的邏輯框圖如圖所示。其指令系統(tǒng)和微指令系統(tǒng)可參看資料。在本實(shí)

2、驗(yàn)中，模型機(jī)作 為一個(gè)整體工作。所有微程序的控制信號(hào)由微程序存儲(chǔ)器uM輸出。而各寄存器，運(yùn)算器的控制端口與uM聯(lián)接。SRAM mema memdDBUSABUSINTCODEIRIBUSControlDisplayportout在實(shí)驗(yàn)前，先用8芯電纜連接J1和J2,控制方式開(kāi)關(guān)撥到“微程序控制”方向。將計(jì)算機(jī)串口與實(shí)驗(yàn)儀串口 相連，啟動(dòng)COP2000軟件，并用快捷圖標(biāo)“設(shè)置”功能打開(kāi)設(shè)置窗口，選擇實(shí)驗(yàn)儀連接的串行口，然后再按“連 接COP2000實(shí)驗(yàn)儀”按鈕接通到實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)4移位/取反實(shí)驗(yàn)1在COP2000軟件中的源程序窗口輸入下列程序：MOVA,#55HRRARLCACPLAEND2將程序

3、另存為EX3.ASM ,將程序匯編成機(jī)器碼，反匯編窗口會(huì)顯示出程序地址，機(jī)器碼，反匯編指令。3執(zhí)行“單微指令運(yùn)行”功能，觀察執(zhí)行每條指令時(shí)，寄存器的輸入/輸出狀態(tài)，各控制信號(hào)的狀態(tài)，PC及uPC如何工作，其跟蹤結(jié)果寫(xiě)人下表。匯編指令程序 地址機(jī)器碼指令說(shuō)明微程序PCuPC運(yùn)行時(shí)寄存器 或存儲(chǔ)器的值MOV A, #55H007C55立即數(shù)55H裝入累加器AC7FFF7CBFFFF01027C7DEM=55HA=55HRR A02D0不帶進(jìn)位右移累加器 AFFFCB7CBFFFF03D0D1A=2ARLC A03DC帶進(jìn)位左移累加器 AFFFED7CBFFFF04DCDDA=54HCPL A04E

4、4累加器A取反FFFE96CBFFFF05E4E5A=AB實(shí)驗(yàn)5調(diào)用實(shí)驗(yàn)1在COP2000軟件中的源程序窗口輸入下列程序：MOV A,#00LOOP :CALL INCAJMP LOOPINCA :ADD A , #1RETEND2將程序另存為EX5.ASM ,將程序匯編成機(jī)器碼，反匯編窗口會(huì)顯示出程序地址，機(jī)器碼，反匯編指令。3執(zhí)行“單微指令運(yùn)行”功能，觀察執(zhí)行每條指令時(shí)，寄存器的輸入/輸出狀態(tài)，各控制信號(hào)的狀態(tài)，PC及uPC如何工作，其跟蹤結(jié)果寫(xiě)人下表。匯編指令程序 地址機(jī)器碼指令說(shuō)明微程序PCuPC運(yùn)行時(shí)寄存器或存儲(chǔ)器的 值MOV A,#00H007C00立即數(shù)00存入累加器AC7FFF

5、7CBFFFF01027C7DEM=00HA=00HCALL INCA02BC06調(diào)用子程序EF7F7FFFEF7FD6BFFFCBFFFF03040406BCBDBEBFEM=06HMAR=03HST=04HPC=06H2ADD A,#01061C01累加器A加01C7FFEFFFFE90CBFFFF07081C1D1EEM=01HW=01HA=01HRET08CC子程序返回FEFF5F09CCEM=06HCBFFFF04CDPC=04HJMP 0204BC06跳車(chē)0 02地址C6FFFF05ACEM=BCHCBFFFF02ADPC=02H四思考題1,簡(jiǎn)述IR寄存器的作用，IR0, IR1的

6、作用。IR2, IR3的作用。IR0:存放后續(xù)指令地址；IR1：保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令；IR2:保存將被存儲(chǔ)的下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的地址；IR3:保存當(dāng)前CPU所訪(fǎng)問(wèn)的主存單元的地址。2,簡(jiǎn)述跳轉(zhuǎn)指令的執(zhí)行過(guò)程。條件跳轉(zhuǎn)指令檢查一個(gè)或多個(gè)標(biāo)志位，判斷它們是否符合某個(gè)特殊條件，如果標(biāo)志匹配成功，則該指令就將控制轉(zhuǎn)移到目標(biāo)位置，否則 CPU忽略該條件跳轉(zhuǎn)指令而繼 續(xù)執(zhí)行下一條指令。實(shí)驗(yàn)六指令/微指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握計(jì)算機(jī)各種指令的設(shè)計(jì)和執(zhí)行過(guò)程；2 掌握指令/微指令的設(shè)計(jì)方法。二實(shí)驗(yàn)原理COP2000計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀，可以由用戶(hù)自己設(shè)計(jì)指令/微指令系統(tǒng)，這樣用戶(hù)可以在現(xiàn)有的指令系統(tǒng)上進(jìn)行

7、擴(kuò)充，加上一些較常用的指令，也可重新設(shè)計(jì)一套完全不同的指令/微指令系統(tǒng)。做為原理，我們建立一個(gè)有如下指令的系統(tǒng)：指令助記符指令意義描述LD A , #II將立即數(shù)裝入累加器 AADD A , #II累加器A加立即數(shù)GOTO MM無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令OUTA累加器A輸出到端口因?yàn)橛布到y(tǒng)需要指令機(jī)器碼的最低兩位做為R0-R3寄存器尋址用，所以指令機(jī)器碼要忽略掉這兩位。這四條指令的機(jī)器碼分別為 04H, 08H, 0CH, 10H。其它指令的設(shè)計(jì)相同。指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.打開(kāi)COP2000組成原理實(shí)驗(yàn)軟件，選擇文件|新建指令系統(tǒng)/微程序,觀察軟件下方的“指令系統(tǒng)”窗口，所 有指令碼都“未使用”。由條東瘠I*

8、譚也呼謝機(jī)的詡1 .A；皿X.00-03III史桂II百閑掰有專(zhuān)存圖演人苗臥方 重OQffittlxr 04 - ffT生他同oaraiCxr as - he不健國(guó)OOJOIlxr QC - UF左便同oaaitidxr 10 - L3耒使閏OUlldlxr 14 - LT茶使國(guó)OOOlIQxr- LB于國(guó)jlI“11獨(dú)作用10TC1L|二I#作熱2 就凰叫j磯熱登福圖用 n zj i- r,單|W2.選擇第二行，即“機(jī)器碼1”為0000 01XX行，在下方的“助記符”欄填入數(shù)據(jù)裝載功能的指令助記符“ LD”, 在“操作數(shù)1”欄選擇“ A”，表示第一個(gè)操作數(shù)為累加器Ao在“操作數(shù)2”欄選擇“

9、#II”，表示第二個(gè)操作數(shù)為立即數(shù)。按“修改”按鈕確認(rèn)。3.選擇第三行，即 “機(jī)器碼1”為0000 10XX行，在下方的“助記符”欄填入加法功能的指令助記符“ ADD” 在“操作碼1”欄選擇“ A”，表示第一操作數(shù)為累加器A,在“操作數(shù)2”欄選擇“ #II”，表示第二操作數(shù)為立即數(shù)。按“修改”按鈕確認(rèn)。4.選擇第四行，即“機(jī)器碼1”為0000 11XX行，在下方的“助記符”欄填入無(wú)條件跳轉(zhuǎn)功能的指令助記符“GOTO”,在“操作碼1”欄選擇“ MM ”，表示跳轉(zhuǎn)地址為 MM ,此指令無(wú)第二操作數(shù)，無(wú)需選擇“操作數(shù)2”。按“修改”按鈕確認(rèn)。5.選擇第五行，即“機(jī)器碼1”為0001 00XX行，在下

10、方的“助記符”欄填入輸出數(shù)據(jù)功能的指令助記符“OUTA”,由于此指令隱含指定了將累加器A輸出到輸出商品寄存器，所以不用選擇“操作碼1”和“操作數(shù)2”，按“修改”按鈕確認(rèn)。輸入完成了四條指令如圖,飾M激理序I第注微指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)將窗口切換到“ uM微程序”窗口，現(xiàn)在此窗口中所有微指令值都是0FFFFFFH ,也就是無(wú)任何操作，我們需要在此窗口輸入每條指令的微程序來(lái)實(shí)現(xiàn)該指令的功能。狀態(tài)國(guó)口 ”忤OLF?E?FF/pfFTFrEnmr5 tnCHF7F1FF眄ffmr隔nnrr0?FJFJFFLl_IXFJ Em 31FXI 3TCI DPER DZR EUT EU NAJIF WflE UlTET

11、 mN EFB JJFi CS *!?* p p p p p p PFEF PFf 00 dC Cd X：U) f DO C 0 Z：0 FDMl 11 ffij E flfl 的 CO n. Cd ST CO IA :DO指卡樂(lè)城0生置客|保罕|程序開(kāi)始要執(zhí)行的第一條微指令應(yīng)是取指操作，因?yàn)槌绦驈?fù)位后，PC和uPC的值都為0,所以微程序的0地址處就是程序執(zhí)行的第一條取指的微指令。根據(jù)此功能，首先選中“_FATCH_”指令的第一行，觀察窗口下方的各控制信號(hào)，有“勾”表示信號(hào)為高，處于無(wú)效狀態(tài)，去掉“勾”信號(hào)為低，為有效狀態(tài)。要從EM中讀數(shù)，EMRD必需有效，去掉信號(hào)下面的“勾”使其有效；讀 E

12、M的地址要從PC輸出，所以PCOE要有效， 允許PC輸出，去掉PCOE下面的“勾”，PCOE有效同時(shí)還會(huì)使 PC加1,準(zhǔn)備讀EM的下一地址；IREN是 將EM讀出的指令碼存入 uPC和IR,所以要去掉IREN的“勾”使其有效。這樣，取指操作的微指令就設(shè)計(jì) 好了，取指操作的微指令的值為0CBFFFFH。第一條指令是把立即數(shù)裝入累加器A,首先要從EM中讀出立即數(shù)，并送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBUS,再?gòu)腄BUS上將數(shù)據(jù)打入累加器 A中，按照這個(gè)要求，從EM中讀數(shù)據(jù)，EMRD應(yīng)該有效，EM的地址由PC輸出，PCOE必需有效，讀出的數(shù)據(jù)送到DBUS, EMEN也應(yīng)有效，要求將數(shù)據(jù)存入 A中,AEN也要有效，選中“

13、 LD A ,#II”指令的第一行，這條微指令的值為 0c7FFF7H。為了保證程序的連續(xù)執(zhí)行， 每條指令的最后必需是取指令， 取出下條將要執(zhí)行的指令。所以微指令的值為0CBFFFFH。第二條指令為立即數(shù)加法指令，立即數(shù)加可分兩步，首先從 EM中讀出立即數(shù)，送到 DBUS,并存入工作寄存器 W中，從EM中讀數(shù)，EMRD應(yīng)有效，讀EM的地址由PC輸出，PCOE要有效，讀出的數(shù)據(jù)要送到 DBUS, EMEN應(yīng)有效，數(shù)據(jù)存入 W中，WEN應(yīng)有效，根據(jù)描述，這條微指令的值為0c7FFEFH。第二步，執(zhí)行加法操作，并將結(jié)果存入A中。執(zhí)行加法操作，S2S1S0的值應(yīng)為000（二進(jìn)制），結(jié)果無(wú)需移位直接輸出

14、到DBUS, X2X1X0的值就要為100（二進(jìn)制）,從DBUS將數(shù)據(jù)再存入 A中，AEN應(yīng)有效。與此同時(shí)， ABUS 和舊US空閑，取指操作可以并行執(zhí)行，也就是以PC為地址，從EM中讀出下條將要執(zhí)行指令的機(jī)器碼，并打入IR和uPC中，根據(jù)取指操作的說(shuō)明，EMRD、PCOE、IREN要有效，根據(jù)上面描述，選中該指令的第二行，將 EMRD、PCOE、IREN、X2X1X0、AEN、S2S1S0都置成有效和相應(yīng)的工作方式，此微指令的值為 0CBFF90H。“GOTO MM”為無(wú)條件跳轉(zhuǎn)，所要執(zhí)行的操作為從EM中讀出目標(biāo)地址，送到數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBUS上，并存入PC中，實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)。從 EM中讀數(shù)，EMR

15、D要有效，讀EM的地址由PC輸出，PCOE有效，數(shù)據(jù)送 到DBUS, EMEN要有效，將數(shù)據(jù)打入 PC中，由兩位決定，ELP有效，指令寄存器IR的第三位IR3應(yīng)為1, 由于本指令機(jī)器碼為 0CH ,存入IR后，IR3為1。選中“GOTO MM ”指令的第一行，將上面的EMRD、PCOE、 EMEN、ELP設(shè)成低，使其成為有效狀態(tài)， 結(jié)合指令的第三位， 實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)，這條微指令的值為 0c6FFFFH。 下條微指令應(yīng)為取指操作，微指令的值為0CBFFFFH?！癘UTA”，將累加器的內(nèi)容輸出到輸出端口。其操作為累加器A不做運(yùn)算，直通輸出，ALU結(jié)果不移位輸出到DBUS, DBUS上的數(shù)據(jù)存入輸出端

16、口 OUT。累加器A直通輸出結(jié)果，S2S1S0值要為111（二進(jìn)制），ALU 結(jié)果不移位輸出到數(shù)據(jù)總線(xiàn)DBUS, X2X1X0的值要等于100（二進(jìn)制），DBUS數(shù)據(jù)要打入 OUT,那么OUTEN應(yīng)有效。與此同時(shí)， ABUS和舊US空閑，取指操作可以并行執(zhí)行，也就是以PC為地址，從EM中讀出下條將要執(zhí)行指令的機(jī)器碼，并打入IR和uPC中，根據(jù)取指操作的說(shuō)明，EMRD、PCOE、IREN要有效，綜上所述，選中此指令白第一行，將 EMRD、PCOE、IREN、OUTEN、X2X1X0、S2S1S0置成有效狀態(tài)和相應(yīng)的工 作方式，微指令的值為 0CBDF9FH 。*分箓嫵 * Miff |hes I

17、a歷桿人|報(bào)北晴出1話(huà)金黑卬TOwrWFFT好3ff春日叫癡出耳人+101JFffFFJ燔出+LoeTFFm由出+LnsFrrrrr牌出+|口包TLCTFFF7 仔f 勒*F停都mt：得出+1.+LTO05CWE就*ff存日IF,用油耳人+Lat.JWFF7聞出41.orjmn出出+LT15口”口管倒值口牙號(hào)居回出喝出+|+|,ra09 赧* it中音寺M1E謔.寫(xiě)A+LM1mm毋比*Ldid wi hfii rrar ebfb nFT ilf 皿r woe ole get 血 m rr rn 曜 i in b w 注 $i 卻 pprrrppr fpprfppp pppfpppfE B 近

18、rr 小方 r a| i; p 工 g ap go m w u go ra m e 鴨 st s v 印叫 n m mi or aiijk re ikf 典 11庫(kù)耳選擇菜單文件保存指令系統(tǒng)/微程序功能，將新建的指令系統(tǒng)/微程序保存下來(lái)，以便以后調(diào)用。為不與已有的兩個(gè)指令系統(tǒng)沖突，將新的指令系統(tǒng)/微程序保存為“ NEW_INST.INS三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.對(duì)新設(shè)計(jì)的指令系統(tǒng)的驗(yàn)證：（1）在源程序窗口輸入下面程序LD A , #0 LOOPADD A , #1 OUTA GOTO LOOP（2）將程序另存為 NEW_INST.ASM ,將程序匯編成機(jī)器碼，觀察反匯編窗口，會(huì)顯示出程序地址、機(jī)器碼、 反匯編指令。（3）按快捷圖標(biāo)的F7,執(zhí)行“單微指令運(yùn)行”功能，觀察執(zhí)行每條微指令時(shí)，數(shù)據(jù)是否按照設(shè)計(jì)要求流動(dòng)，寄存器的輸入/輸出狀態(tài)是否符合設(shè)計(jì)要求，各控制信號(hào)的狀態(tài)，PC及uPC如何工作是否正確。（4）運(yùn)行過(guò)程寫(xiě)入下表：匯編指令程序 地址機(jī)器碼指令說(shuō)明微程序PC uPC運(yùn)行時(shí)寄存器 或存儲(chǔ)器的值LD A,#0000400把立即數(shù)0裝入累加器AC7FFF7CBFFFF01020405A=00HADD A,#102030801立即數(shù)1與累加器A的值相加C7FFEFCBF