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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：

D4XX

ADDR1

ADDR2

ADDR3

微程序：

PC→AR，PC+1→PC：

00000E00A0B55402

MEM→AR：

00000E0010F00002

MEM→Q：

00000E0000F00000

PC→AR，PC+1→PC：

00000E00A0B55402

MEM→AR：

00000E0010F00002

MEM+Q→Q：

00000E0100E00000

PC→AR，PC+1→PC：

00000E00A0B55402

MEM→AR：

00000E0010F00002

Q→MEM，CC#=0：

0029030010200010

指令分析：

PC->AR,PC+1->PC

0000

0000

1110

0000

0000

1010

0000

1011

0101

0101

0100

0000

0010

MEM->AR

0000

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1110

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0000

0001

0000

1111

0000

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0000

0000

0100

MEM->Q

0000

0000

1110

0000

0000

0000

0000

1111

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0000

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0000

PC->AR,PC+1->PC

0000

0000

1110

0000

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1010

0000

1011

0101

0101

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0000

0010

MEM->AR

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0001

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1111

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0000

0000

0100

MEM+Q->Q

0000

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0001

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0000

1110

0000

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PC->AR,PC+1->PC

0000

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1110

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0000

1011

0101

0101

0100

0000

0010

MEM->AR

0000

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0001

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1111

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0000

0100

Q->MEM,CC#=0

0029

0000

0011

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0000

0001

0000

0010

0000

0000

0000

0001

0000

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：

00000E00A0B55402

MEM→AR：

00000E0010F00002

SR-[ADDR]→DR：

0029030131D00088

指令格式：

E0XX

ADDR

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->PC

0000

0000

1110

0000

0000

1010

0000

1011

0101

0101

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0010

MEM->AR

0000

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SR-MEM->DR

0029

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0011

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0001

0011

0001

1101

0000

0000

0000

1000

1000

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：

00000E0191900088

PC→AR，CC#=CND，PC+1→PC：

002903E0A0B55402

MEM→PC：

0029030030F05000

指令格式：

E5XX

ADDR

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#=Z

DR=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#，DR>SR,SR-DR<0,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，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、（DR

每条指令系统微操作详细：

SR-DR

0000

0000

1110

0000

0000

1001

0001

0001

0000

0000

0000

1000

1000

PC->AR,PC+1->PC

0029

0000

0011

1110

0000

1010

0000

1011

0101

0101

0100

0000

0010

MEN->PC

0029

0000

0011

1110

0001

0010

0000

1111

0000

0101

0000

0000

0000

调试：

>E900

09000000:

00000000:

0E010000:

91900000:

00880000:

0029

09050000:

03E00000:

A0B50000:

54020000:

00290000:

0300

090A0000:

30F00000:

5000

>D900

090000000E0191900088002903E0A0B55402.........）.αá╡T.

09080029030030F050000000000000000000.）..0≡P.........

091000000000000000000000000000000000................

091800000000000000000000000000000000................

092000000000000000000000000000000000................

092800000000000000000000000000000000................

093000000000000000000000000000000000................

093800000000000000000000000000000000................

>A800

0800:

MOVR1,900

0802:

MOVR2,3

0804:

MOVR3,140

0806:

LDMC

0807:

RET

0808:

>G800

>A820

0820:

MOVR8,0011

0822:

MOVR9,0011

0824:

NOP

0825:

NOP

0826:

MOVR9,0002

0828:

RET

0829:

>E824

08240000:

E4890000:

0828

>U820

0820:

2C800011MOVR8,0011

0822:

2C900011MOVR9,0011

0824:

E489DWE489

0825:

0828ADCR2,R8

0826:

2C900002MOVR9,0002

0828:

AC00RET

0829:

0000NOP

082A:

0000NOP

082B:

0000NOP

082C:

0000NOP

082D:

0000NOP

082E:

0000NOP

082F:

0000NOP

0830:

0000NOP

0831:

0000NOP

>G820

结果显示：

>R

R0=0000R1=090CR2=0000R3=0143SP=0FD0PC=0820IP=00CDR7=0000R8=0011

R9=0002R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=01001111

0820:

2C800011MOVR8,0011

>

四．实验心得

通过这次的课程设计，使得我们进一步地熟悉了PC机与TEC-2机，同时也更深层次的了解了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，同时在一定程度上理解和掌握了动态微程序设计的概念。

更加深入的了解了指令、微程序、微码的关系和构成，通过设计、调试指令，熟悉了计算机内部的控制器与算术逻辑单元的运行过程，对计算机内部结构更加熟悉。

成绩评定表

指导教师考核成绩

答辩成绩

总成绩

签字：

年月日