計算機組成原理大型實驗-實驗報告及源代碼

1、 計算機組成原理大型實驗任務(wù)書（計算機12級1、2、3班和實驗班）一、 實驗?zāi)康模荷钊肓私庥嬎銠C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(shè)計的具體知識，進一步理解和掌握動態(tài)微程序設(shè)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(shè)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(guān)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(yīng)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

2、功能。三、 實驗內(nèi)容：選定指令格式、操作碼，設(shè)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(jié)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(jié)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(zhuǎn)移指令。判斷兩個通用寄存器內(nèi)容是否相等，若相等則轉(zhuǎn)移到指定絕對地址，否則順序執(zhí)行。指令格式：E5 DR SR，ADDR

3、 雙字指令（控存入口140H）功能： if DR=SR goto ADDR else順序執(zhí)行。設(shè)計：利用指令的CND字段，即IR108，令I(lǐng)R108=101，即CC=Z 則當(dāng)DR=SR時Z=1，微程序不跳轉(zhuǎn)，接著執(zhí)行MEM PC（即ADDR PC） 而當(dāng)DR!=SR時Z=0，微程序跳轉(zhuǎn)至A4。四、 實驗要求：（1） 根據(jù)內(nèi)容自行設(shè)計相關(guān)指令微程序；（務(wù)必利用非上機時間設(shè)計好微程序）（2） 設(shè)計測試程序、實驗數(shù)據(jù)并上機調(diào)試。（3） 設(shè)計報告內(nèi)容：包括1、設(shè)計目的2、設(shè)計內(nèi)容3、微程序設(shè)計（含指令格式、功能、設(shè)計及微程序） 4、實驗數(shù)據(jù)（測試所設(shè)計指令的程序及結(jié)果）。（具體要求安最新規(guī)范為準）（4

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。實驗設(shè)計并分析：第一條：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(jié)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指令格式： D4XXADDR1ADDR2ADDR3微程序： PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5402MEMAR：0000 0E00 10F0 0002MEMQ：0000 0E00 00F0 0000PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5

5、402MEMAR：0000 0E00 10F0 0002MEM+QQ：0000 0E01 00E0 0000PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5402MEM AR： 0000 0E00 10F0 0002QMEM，CC#=0： 0029 0300 1020 0010指令分析：PC-AR, PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM-Q0000000011100000000000

6、000000111100000000000000000000PC-AR, PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM+Q-Q0000000011100000000100000000111000000000000000000000PC-AR, PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR000000001110000

7、0000000010000111100000000000000000100Q-MEM, CC#=00029000000110000000000010000001000000000000000010000假設(shè)從地址0828開始執(zhí)行微程序，此時程序計數(shù)器PC的值是0829。因為運行程序的時候0829和0830中存了加法的兩個加數(shù)的內(nèi)存地址，所以要想方設(shè)法1）把這兩個加數(shù)傳到運算器的寄存器中，2）在運算器中相加，3）將結(jié)果輸出到內(nèi)存單元ADDR1。以下分別進行分析。1）取每個加數(shù)要訪問兩次內(nèi)存，第一次是取得加數(shù)所在的內(nèi)存地址的值(MEMAR), 第二次是取得加數(shù)本身并保存在Q寄存器中（MEMQ）。注

8、意，取第二個加數(shù)的時候，第一次仍是MEMAR，而第二次MEM+QQ的同時也把加法給完成了，請見接下來的分析。2）相加的操作是MEM+QQ。MEM是從內(nèi)存中取得的第二個加數(shù)的值，左邊的Q是剛才取得的第一個加數(shù)的值。他倆相加的和傳給Q寄存器，覆蓋掉了Q寄存器剛才保存的值（第一個加數(shù)）。3）現(xiàn)在Q寄存器中存有加法的運算結(jié)果，最后的工作是把這個結(jié)果寫到內(nèi)存單元ADDR1中去。如果AR或者PC指向ADDR1的話就好辦了，難點在于現(xiàn)在AR已經(jīng)到了ADDR2處，PC已經(jīng)到了ADDR2+1處，而且又不知道如何讓寄存器的值減一。后來問同學(xué)，得到了解決辦法：利用IP寄存器。IP正好還呆在ADDR1-1，即內(nèi)存地址

9、0828。顯然，讓IP+1就得到了ADDR1，即0829。微指令是IP+1AR以及MEMAR，這時AR的值為第一個加數(shù)所在的單元ADDR1?，F(xiàn)在Q的值是運算結(jié)果，AR的值是運算結(jié)果要傳給的內(nèi)存地址。顯而易見，最后一步就是“存儲器寫”操作QMEM。其它要注意的地方：1）微程序中有兩處PC+1PC，第一處是為了取得第二個加數(shù)所在的內(nèi)存地址，第二處是為了把PC指向下一句，在這里是RET，才能使程序正常結(jié)束。2）程序最后要轉(zhuǎn)向A4H執(zhí)行后續(xù)處理程序。此處下地址的轉(zhuǎn)換方法：將A4H從左到右用八位二進制數(shù)寫出，左邊補兩個“0”，右邊加兩個“0” （備用位B45、44），得到0010 1001 0000B，

10、再把這個十二位二進制數(shù)翻譯成十六進制，結(jié)果是290H。3）使用Q寄存器的好處有：第一，不修改通用寄存器R0，R1等，因為別的程序可能用到它們。第二，程序易讀、風(fēng)格優(yōu)美。程序調(diào)試：第二條：將一通用寄存器內(nèi)容減去某內(nèi)存單元內(nèi)容，結(jié)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微程序：PCAR，PC+1PC： 0000 0E00 A0B5 5402MEMAR：0000 0E00 10F0 0002SR - ADDR DR： 0029 0301 31D0 0088指令格式： E0XXADDR指令分

11、析：根據(jù)指令的功能和指令格式，先讀取地址ADDR單元內(nèi)容暫時放置于Q寄存器中，然后再讀取內(nèi)存單元中的DATA，同時與Q寄存器內(nèi)容相減，結(jié)果存放在DR寄存器中。每條指令系統(tǒng)微操作詳細：PC-AR, PC+1-PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM-AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100SR-MEM-DR0029000000110000000100110001110100000000000010001000調(diào)試：第三條：轉(zhuǎn)移指令。判斷兩個通用寄存器內(nèi)容是

12、否相等，若相等則轉(zhuǎn)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(shè)計：利用指令的CND字段，即IR108，令I(lǐng)R108=101，即CC=Z 則當(dāng)DR!=SR時Z=1，微程序不跳轉(zhuǎn)，接著執(zhí)行MEM PC（即ADDR PC） 而當(dāng)DR=SR時Z=0，微程序跳轉(zhuǎn)至A4。微程序： SR - DR： 0000 0E01 9190 0088PCAR，CC# = CND，PC+1PC：0029 03E0 A0B5 5402MEMPC： 0029 0300 30F0 5000指令格式：E5XXA

13、DDR指令分析：1、SR- DR，運算器接受標志位，設(shè)定標志位2、PCAR，PC+1PC，, SCC=7，IR10-8=101，CC#=Z DR=SR，CC#=Z=1，順序執(zhí)行102，DRSR 轉(zhuǎn)移到下地址為103的指令繼續(xù)轉(zhuǎn)移 3、(DR=SR)偏移量 OFFSET加IP(R4)，結(jié)果賦給PC(R5)，然后令CC#=0，用3號命令條件轉(zhuǎn)移到A4H，結(jié)束微程序 4、PCAR，PC+1PC SCC=101，SC=1，使CC#=S#，DRSR,SR-DR0,S=1,CC#=S#=0,3號命令條件轉(zhuǎn)移到下地址為A4H的指令結(jié)束程序，DR0,S=0,CC#=S#=1,條件轉(zhuǎn)移命令將順序執(zhí)行地址為104

14、的指令5、(DRAR, PC+1-PC0029000000111110000010100000101101010101010000000010MEN-PC0029000000111110000100100000111100000101000000000000調(diào)試：E9000900 0000:0000 0000:0E01 0000:9190 0000:0088 0000:00290905 0000:03E0 0000:A0B5 0000:5402 0000:0029 0000:0300090A 0000:30F0 0000:5000D9000900 0000 0E01 9190 0088 002

15、9 03E0 A0B5 5402 .).T.0908 0029 0300 30F0 5000 0000 0000 0000 0000 .).0P.0910 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 .0918 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 .0920 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 .0928 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 .0930 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 000

16、0 .0938 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 .A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,30804: MOV R3,1400806: LDMC0807: RET0808:G800A8200820: MOV R8,00110822: MOV R9,00110824: NOP0825: NOP0826: MOV R9,00020828: RET0829:E8240824 0000:E489 0000:0828U8200820: 2C80 0011 MOV R8, 00110822: 2C90 0011 MOV R9, 00110824: E489 DW E4890825: 0828 ADC R2, R80826: 2C90 0002 MOV R9, 00020828: AC00 RET0829: 0000 NOP082A: 0000 NOP082B: 0000 NOP082C: 0000 NOP082D: 0000 NOP082E: 0000 NOP082F: 0000 NOP0830: 0000 NOP0831: 0000 NOPG820結(jié)果顯示：RR0=0000 R1=090C R2=0000 R