计算机组成原理课程设计江苏大学新颖版.docx

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计算机组成原理课程设计江苏大学新颖版

江苏大学

计算机组成原理课程设计报告

专业名称：

网络工程

班级学号：

3130610031

学生姓名：

张杰

指导教师：

胡广亮

设计时间：

2013年6月24日—2013年7月2日

第一天：

熟悉微程序的设计和调试方法

一、设计目标

1、掌握微程序的设计方法

2、熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法

二、操作提示

1、连接实验设备

注意：

请在断电状态下连接调试电缆。

2、下载FPGA配置数据

从课程网站下载CPU.sof等文件，使用QuartusIIProgrammer软件将CPU.sof下载到

FPGA。

3、输入微程序

利用调试软件将微程序写入控存，微程序如下。

取指令微程序

取源操作数为立即数的微程序

取目的操作数为寄存器寻址的微程序

MOV指令的微程序（目的数寄存器寻址）

4、输入调机程序

今天的将调机程序就是一条指令：

“MOV#0001H,R1”。

首先将指令翻译成机器码，根

据指令的编码规则，该指令的编码是：

07610001。

然后利用调试软件将指令码写入主存，

地址从主存的0030H开始。

5、调试微程序。

利用调试软件“Step”按钮控制微指令单步执行，执行结果如图2.3所示

2.3例2.1MOV指令的单步运行跟踪数据

6、分析微程序的执行结果，一般方法如下：

首先分析微程序执行流程是否正确，根据前面指令微流程的设计，理论上该指令微程序

的执行顺序应该是001→002→003→004→00B→00F→016→006→018→007→031→02D→

02E→000，通过调试软件的执行结果图2.3可以看出，该指令微程序的微指令次序是正确的。

如果执行的微指令次序不正确，那就要分析原因，检查BM和NC设置是否正确、检查uAR

的各个输入信号的值是否正确，如IR、NA等。

然后分析指令的运行结果。

理论上本条测试指令执行完后，R1的值应该是0001。

通过

调试软件的执行结果图2.3可以看出，指令执行结果是正确的。

如果结果不对，就需要进一

步分析每一条微指令。

分析的方法是针对微指令的每一条微命令，查看相应微操作前后相关

模块的数据变化是否与指令微流程一致。

下面举个例子说明如何分析每条微指令的。

图2.3的微地址为000B（uAR＝000B）的控存单元所对应的内容为2008000F，即微指

令为2008000F，所代表的微操作是：

PCoe，ARce，即PC的内容送IB、IB的内容送AR，

理论上的正确结果应该是IB=0031，AR=0031；通过图2.3的000B单元微指令的执行结果可

以看出，IB的数据由上一条微指令的结果0000→0031,AR的数据由上一条微指令的结果

0030→0031，说明本条微指令执行结果是正确。

从上面的分析可以看出，要想检查运行结果是否正确，关键是要清楚理论上正确的结果

是什么。

这就要求实验者对指令的微程序流程非常清楚，从而达到了理解计算机内部信息流

动过程、掌握计算机工作原理的目的。

所以实验者应重视实验数据的分析工作，否则就失去

了实验的意义。

1、测试内容：

立即数寻址、寄存器寻址

测试指令（或程序）：

MOV#0001H,R1

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

07610001

MOV#0001H,R1

运行结果：

第二天取操作数微程序的设计和调试

一、设计目标

设计并调试取操作数的微程序。

二、取操作数微流程

取目的操作数流程：

三、测试程序、数据及运行结果

格式如下：

1、测试内容：

间接寻址、寄存器寻址

测试指令（或程序）：

MOF（0048）R1

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

0721004800580001

MOF（0048）R1

运行结果：

四、设计中遇到的问题及解决办法

在设计过程中开始对调试程序的运行不熟悉，不是很了解了此程序的运行。

在操作过程中，粗心导致了输入机器码的错误，或者是所在位置错误，重新输入解决了此问题。

我详细地了解了它的整个过程和对于每一步的分析和验证，对微程序设计有了更深入的了解。

第三天双操作数指令的微程序设计与调试

一、设计目标

设计并调试运算指令的微程序。

二、双操作数指令微程序入口地址

指令助记符

指令编码

入口地址（H）

F

E

D

C

B

A

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

MOVsrc,dst

0

0

0

0

0

1

源地址码

目的地址码

031

ADDsrc,dst

0

0

0

0

1

0

源地址码

目的地址码

032

ADDCsrc,dst

0

0

0

0

1

1

源地址码

目的地址码

033

SUBsrc,dst

0

0

0

1

0

0

源地址码

目的地址码

034

SUBBsrc,dst

0

0

0

1

0

1

源地址码

目的地址码

035

CMPsrc,dst

0

0

0

1

1

0

源地址码

目的地址码

036

ANDsrc,dst

0

0

0

1

1

1

源地址码

目的地址码

037

ORsrc,dst

0

0

1

0

0

0

源地址码

目的地址码

038

XORsrc,dst

0

0

1

0

0

1

源地址码

目的地址码

039

TESTsrc,dst

0

0

1

0

1

0

源地址码

目的地址码

03A

三、双操作数指令执行微程序

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

007

00000800

4

044

指令执行入口

048

9870006F

TRoe,ADD,PSWce,SV

0

06F

ADD

04C

98B0006F

TRoe,ADDC,PSWce,SV

0

06F

ADDC

050

98F0006F

TRoe,SUB,PSWce,SV

0

06F

SUB

054

9930006F

TRoe,SUBB,PSWce,SV

0

06F

SUBB

058

98C00000

TRoe,CMP,PSWce

0

000

CMP

05C

9970006F

TRoe,AND,PSWce,SV

0

06F

AND

060

9980006F

TRoe,OR,PSWce，SV

0

06F

OR

064

9A30006F

TRoe,XOR,PSWce,SV

0

06F

XOR

068

99400000

TRoe,AND,PSWce

0

000

TEST

06F

00000E70

NOP

0

070

回送

四、测试程序、数据及运行结果

1、测试内容：

立即寻址，直接寻址，间接寻址，寄存器寻址，寄存器间接寻址

测试程序：

MOV（0048H）R1

TEST0048HR1

AND#0078H（R0）

ADDR1R0

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

072100480001

MOV（0048H）R1

0048

2B480001

TEST0048HR1

0078

1F70FFF00000

AND#0078H（R0）

0078

0820

ADDR1R0

运行结果：

五、设计中遇到的问题及解决办法

调试双操作数指令执行微程序，先要写出双操作数指令执行微程序的微地址，微命令，然后写微程序，最后上机调试，判断是否正确，检查微程序运行结果是否正确是一项稍繁琐的事情，需要检查每步的寄存器、标志位、总线上的地址和数据。

但经过几天的熟悉，我们已慢慢熟悉掌握。

第四天单操作数运算和移位指令的微程序设计与调试

一、设计目标

完成单操作数运算指令INC、DEC、NOT和7条移位指令微程序的设计。

二、单操作数运算和移位指令微程序入口地址

指令助记符

入口地址（H）

指令助记符

入口地址（H）

INC

071

SAR

061

DEC

072

SHL

062

NOT

073

SHR

063

ROL

064

ROR

065

RCL

066

RCR

067

三、单操作数运算和移位指令微程序的设计

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

092

SAR

1810006F

06F

094

SHL

1820006F

06F

096

SHR

1810006F

06F

098

ROL

1820006F

06F

09A

ROR

1810006F

06F

09C

RCL

1820006F

06F

09E

RCR

1810006F

06F

0A4

1A70006F

INC,PSWce,SV

0

06F

INC

0A8

1AB0006F

DEC,PSWce,SV

0

06F

DEC

0AC

19F0006F

NOT,PSWce,SV

0

06F

NOT

070

68000000

Soe,GRSce

0

000

存入寄存器

071

60030072

Soe,DRce

0

072

存入dr

072

00052000

DRoe’,ARoe’,WR

0

000

存入贮存

四、测试程序、数据及运行结果

1.测试内容：

间接寻址

测试程序：

SHL（0010）H

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

00590010

SHL（0010）H

运行结果：

微指令的执行次序为：

001—>002—>003—>006—01B—>01F—>022—>023—>024—>025—>026—>007—>62—>02F，参照取指令、取操作数和SHL指令执行微流程分析，所执行的微指令的次序是正确的。

2.测试内容：

相对寻址

测试程序：

DEC（0001）

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

02580001

DEC（0001）

运行结果及分析：

第五天子程序调用、堆栈和转移指令微程序设计与调试

一、设计目标

完成CALL、RET、PUSH、POP和9条转移指令的微程序的设计。

二、PUSH、POP、CALL、RET指令微程序的设计

PUSH

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

0C0

F40000C1

SPoe，Ace

0

0C1

堆栈地址存入A

0C1

02B000C2

DEC，SV

0

0C2

地址减1，输出

0C2

7C0800C3

Soe，SPce，ARce

0

0C3

地址存入堆栈和AR中

0C3

00052000

ARoe'，DRoe'，WR

0

000

地址写入主存

POP

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

0C8

B00000C9

ARoe，TRce

0

0C9

AR内容存入TR

0C9

F40800CA

SPoe，Ace，ARce

0

0CA

SP内容存入A和AR

0CA

027610CB

ARoe'，RD，DRce'，INC，SV

0

0CB

地址减1，输出

0CB

800800CC

TRoe，ARce

0

0CC

TR内容存入AR

0CC

7C052000

Soe，SPce，ARoe'，DRoe'，WR

0

000

堆栈内容写入新地址

CALL

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

0D0

F40000D1

SPoe，Ace

0

0D1

堆栈地址存入A

0D1

B2B000D2

DEC，SV，ARoe，TRce

0

0D2

地址减1，AR内容存入TR

0D2

7C0800D3

Soe，ARce，SPce

0

0D3

地址存入AR,SP

0D3

200300D4

PCoe，DRce

0

0D4

PC内容存入DR

0D4

84052000

ARoe'，DRoe'，WR，TRoe，PCce

0

000

PC个数写入内存，TR内容存入PC

RET

微地址（H）

微指令（H）

微命令

BM

NA

注释

03C

F408003D

SPoe，Ace，ARce

0

03D

堆栈地址写入A和AR

03D

0276103F

INC，SV，ARoe'，RD，DRce'

0

03F

地址加1，同时读数

03F

C4000040

DRoe，PCce

0

040

DR值存入PC

040

7C000000

Soe，SPce

0

000

堆栈存入新地址

三、测试程序、数据及运行结果

1、测试内容：

直接寻址

测试程序：

CALL000AH

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

035A000A

CALL000AH

运行结果及分析：

首先，微指令的执行次序为：

001—>002—>003—>006—01B—>01F—>024—>025—>026—>007—>07A—>047—>048—>049—>04A—>000，参照取指令、取操作数和CALL指令执行微流程分析，所执行的微指令的次序是正确的。

2、测试内容：

相对寻址

测试程序：

JMP+2

机器码：

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

02180002

JMP+2

运行结果及分析：

3.测试程序：

PUSH0010HPOP0012H//0010存放AAAA

机械码：

031A0010033A0012

内存地址（H）

机器码（H）

汇编指令

0030

031A0010033A0012

PUSH0010HPOP0012H

运行结果及分析：

第六天检查指令

一、设计目标

用综合应用程序测试JU-C1十六位微程序控制计算机。

二、测试程序、数据及运行结果

测试程序：

MOV#0031H,0080H077A00310080

PUSH0080H031A0080

CALL0060H035A0060

SHL0080H005A0080

运行结果及分析：

总结

这次计算机组成原理简单微程序的设计，通过实验将实际问题和课本内容紧密的联系在一起，将知识运用到了实际之中，更加深入地掌握了微程序设计。

课本的知识是死的，只有经过自己的动手实践调试，才能更好的掌握知识

我意识到了上机实践的重要性，因为在进行调试时，因此在对于一些错误的处理还是很生疏，这就暴露了平时不注重实践的弊端。

既然是程序设计，就应该多动手，当然不仅仅是纸上谈兵，还应注重多上机操作。

还有就是，在执行指令的过程中出现的错误，我还不能准确的定位出到底是哪地方面出现了错误，往往需要询问老师或者是思考很久之后才能找到原因。

对于这点，应该是对于整个过程还不够了解的原因，因此在以后的学习中还应该加强对知识的认识程度。

刚开始时，由于下载器件的问题保存微程序时中间会有一部分突然就没了，最开始还没在意，就是总发现验证时总出错，后来才知道是下载的微程序有问题，当时真的是非常的郁闷，后来在经过一翻重新检查后，终于把微程序完整的保存好了。

在完成整个课设后，我对取操作数的过程，MOV指令，运算类指令，CPU硬件的基本设计，转移指令，移位指令，堆栈类指令以及中断系统都有了更加深刻的理解，因为是通过实践的缘故，能够将抽象化的过程更加形象化，便于理解，使我明确了各种指令的执行过程。

我认为整个课设的设计还是很合理的，每天都有每天的任务，任务也很明确，每天都可以充分利用，后一天的内容与前一天的内容紧密相连，难度也是逐渐加深，这个循序渐进的过程更容易让我们接受。