计算机组成原理课程设计实验报告.doc

计算机组成原理课程设计实验报告(2010/2011第2学期-第19周)指导教师：李俊松 张芳班级：09数媒2班姓名：林真超学号：e09700203计算机组成原理课程设计实验报告一、目的和要求（1）实验目的：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。（2）实验要求：（1） 根据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） 设计测试程序、实验数据并上机调试。（3） 设计报告内容：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）。另外，要进行这项大型实验，必须清楚地懂得：（1） tec-2机的功能部件及其连接关系；（2） tec-2机每个功能部件的功能与具体组成；（3） tec-2机支持的指令格式；（4） tec-2机的微指令格式，am2910芯片的用法；（5） 已实现的典型指令的执行实例，即相应的微指令与其执行次序的安排与衔接；（6） 要实现的新指令的格式与功能。二、实验环境tec-2仿真模拟机计算机三、具体内容（一）实验内容选定指令格式、操作码，设计如下指令：（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：e0 dr sr，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：e5 dr sr，addr 双字指令（控存入口140h）功能： if dr=sr goto addr else顺序执行。设计：利用指令的cnd字段，即ir108，令ir108=101，即cc=z 则当dr=sr时z=1，微程序不跳转，接着执行mem pc（即addr pc） 而当dr!=sr时z=0，微程序跳转至a4。（二）实验步骤（1）设计微程序（2）根据微指令写出相应微码（3）启动tec-2仿真模拟机，进入监控程序状态（4）将微码输入到由某地址（如：900h）开始的内存单元中1、用“e”命令输入微码2、用“d”命令查看输入的微码（检查前一步所输入的微码是否正确）（5）将微码加载到微控存中1、用“a”命令输入加载微码的程序2、用“g”命令运行加载微码的程序（6）输入程序，运行新指令（即检验调试程序）1、用“a”命令输入程序2、用“e”命令输入新指令3、用“u”命令查看输入的程序4、用“g”命令运行程序（7）观察运算结果查看内存单元使用“d”命令，查看寄存器使用“r”命令（三）实验设计并分析（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。功能： addr3=addr1+addr2指令格式：d4xxaddr1addr2addr3d4，addr1，addr2，addr3 四字指令（控存入口100h）指令分析：根据指令的功能和指令格式，先取指令于ar中，然后再读取内存单元中的data，再取第二个内存单元的地址和数据，完成两个数据相加，并存放于q寄存器中。取第三个内存地址，将q寄存器中数据放入。微程序以及微码： pcar，pc+1pc： 0000 0e00 a0b5 5402 程序计数器加1，开辟1个内存单元memar：0000 0e00 10f0 0002 将指令地址送ar（addr1）memq：0000 0e00 00f0 0000 将内存单元中的数据送入q寄存器pcar，pc+1pc： 0000 0e00 a0b5 5402 pc加1，开辟第二个内存单元memar：0000 0e00 10f0 0002 将指令地址送ar（addr2）mem+qq：0000 0e01 00e0 0000 完成加法（add2内容+q内容q寄存器）pcar，pc+1pc： 0000 0e00 a0b5 5402 pc加1，开辟第三个内存单元mem ar： 0000 0e00 10f0 0002 将指令地址送ar（addr3）qmem，cc#=0： 0029 0300 1020 0010 将结果送入addr3，低电平有效微码分析：pc-ar, pc+1-pc 程序计数器加1，开辟1个内存单元（ 七 ）（ 六 ）（ 五 ）（ 四 ）（ 三 ）（ 二 ）( 一 ) 0 0 0 e 0 0 a 0 b 5 5 4 0 20000000000001110000000001010000010110101010101 0000000010 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 不操作 dc2：在本条微码中，地址寄存器接收，故dc2为010dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：使用了寄存器r5，即程序计数器pca口：使用了寄存器r5，即程序计数器pcmi2-0：此时alu的r端输入为0，s端输入为bmi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行+1功能bi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为ami0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处不操作，故取10xsst：未用状态，故为000备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0mem-ar 将指令地址送ar（addr1）0 0 0 e 0 0 1 0 f 0 0 0 0 20000000000001110000000000001000011110000000000 0000000010 下地址 顺序执行sccsc备用sst 无 +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，地址寄存器接收，故dc2为010dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d（外部数据），s端输入为0mi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行d+0bi8-6：没有返回值， y的输出选择为fmi0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处为存储器读，故取001sst：未用状态，故为000备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0mem-q 将内存单元中的数据送入q寄存器0 0 0 e 0 0 0 0 f 0 0 0 0 00000000000001110000000000000000011110000000000 0000000000 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，寄存器未接收，故dc2为000dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d（外部数据），s端输入为0mi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行d+0bi8-6：有返回值0，而y的输出选择为f，故此处为000mi0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处为读出内存单元内容，并将其送入q寄存器，故取001sst：未用状态，故为000备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0pc-ar, pc+1-pc pc加1，开辟第二个内存单元00000000000011100000000010100000101101010101010000000010mem-ar 将指令地址送ar（addr2） 00000000000011100000000000010000111100000000000000000100这两条分析同mem+q-q 完成加法（add2内容+q内容q寄存器）0 0 0 e 0 1 0 0 e 0 0 0 0 00000000000001110000000010000000011100000000000 0000000000 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，寄存器未接收，故dc2为000dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d（外部数据），s端输入为qmi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行d+qbi8-6：有返回值0，而y的输出选择为f，故此处为000mi0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处为读出内存单元内容，将其与q寄存器中内容相加，故取001sst：状态保存，故为001备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0pc-ar, pc+1-pc pc加1，开辟第三个内存单元00000000000011100000000010100000101101010101010000000010mem-ar 将指令地址送ar（addr3）00000000000011100000000000010000111100000000000000000100这两条分析同q-mem, cc#=0 将结果送入addr3，低电平有效 2 9 0 3 0 0 1 0 2 0 0 0 1 00010100100000011000000000001000000100000000000 0000010000 下地址 顺序执行sccsc备用sst 无 +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，寄存器未接收，故dc2为000dc1：向ib总线发送运算器的指令，故dc1为001sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为0，s端输入为qmi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行0+qbi8-6：没有返回值，y的输出选择为fmi0#，req，we#：用于控制内外数据总线的读和写，此处为将q寄存器中值写入内存单元，故取000sst：未用状态，故为000备用位为0sc 此处低电平有效，故取scc为000，sc为0scc am2901命令：3#命令，即为条件转移，低电平有效，有效时，转入下地址下地址：此命令为最后一条命令，若指令跳转，将转入a4h，即下地址为29 加载微码的程序： a800tec-2机主存储器中ram地址分配为0800h-0fffhmov r1,300微码在内存中的首地址mov r2,9共九条指令mov r3,100微码在微控存中的首地址（程序的入口地址）ldmc 加载微码指令ret停止，返回调试程序：此处为一般情况，当两加数相同时，可以省略r1，并将r0的值同时赋给内存单元0a01a150微控存首地址之后的数据mov r0,0023将立即数0023赋给寄存器r0mov r1,0034将立即数0034赋给寄存器r1mov a00,r0将寄存器r0中数据赋值给内存单元0a00mov a01,r1将寄存器r1中数据赋值给内存单元0a01nop四个nop，占四个字节，因为由该指令格式知该指令占了四个字节，此处的nop起等待作用nopnopnopret新指令：e158前三条指令从0150开始，一条指令占两个内存单元d400 0a00 0a01 0a02由指令格式得出“u”命令查看输入的程序，屏幕显示：0150:2c00 0023 mov r0,0023此处2c00为操作码的十六进制数，根据此十六进制转入相应程序入口（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。功能： dr=sr - addr微程序：pcar，pc+1pc： 0000 0e00 a0b5 5402 程序计数器加1memar： 0000 0e0010f0 0002 指令地址送arsr - addr dr： 0029 0301 31d0 0088 完成加法，最后结果送寄存器指令格式： e0drsraddre0 dr sr，addr （sr，dr源、目的寄存器各4位）双字指令（控存入口130h）指令分析：根据指令的功能和指令格式，用sr寄存器中数据减去内存单元数据，结果存放在dr寄存器中。微码分析：pc-ar, pc+1-pc 程序计数器加1（ 七 ）（ 六 ）（ 五 ）（ 四 ）（ 三 ）（ 二 ）( 一 ) 0 0 0 e 0 0 a 0 b 5 5 4 0 20000000000001110000000001010000010110101010101 0000000010 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 不操作 dc2：在本条微码中，地址寄存器接收，故dc2为010dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：使用了寄存器r5，即程序计数器pca口：使用了寄存器r5，即程序计数器pcmi2-0：此时alu的r端输入为0，s端输入为bmi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行+1功能bi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为ami0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处不操作，故取10xsst：未用状态，故为000备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0mem-ar 指令地址送ar0 0 0 e 0 0 1 0 f 0 0 0 0 20000000000001110000000000001000011110000000000 0000000010 下地址 顺序执行sccsc备用sst 无 +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，地址寄存器接收，故dc2为010dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d（外部数据），s端输入为0mi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行d+0bi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为ami0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处为存储器读，故取001sst：未用状态，故为000备用位为0sc 未用条件码，故为0scc am2901命令：14#命令，即为顺序执行下地址：由于顺序执行，并未使用下地址，故下地址为0sr-mem-dr 完成加法，最后结果送寄存器2 9 0 3 0 1 3 1 d 0 0 0 8 80000000000001110000000010011000111010000000000 0010001000 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b s-r mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，寄存器未接收，故dc2为000dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：用指令给alu的r端赋值，故为1sb：用指令给alu的s端赋值，故为1ssh：未移位sci：未进位b口：未使用寄存器，故为0a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d(外部数据)，s端输入为ami5-3：运算功能选择为“s-r”，即执行sr-membi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为fmi0#，req，we#：用于控制内外数据总线的读和写，此处是读取内存单元内容，并被sr减，故取001sst：状态保存，故为001备用位为0sc 此处低电平有效，故取scc为000，sc为0scc am2901命令：3#命令，即为条件转移，低电平有效，有效时，转入下地址下地址：此命令为最后一条命令，若指令跳转，将转入a4h，即下地址为29 加载微码的程序： a800tec-2机主存储器中ram地址分配为0800h-0fffhmov r1,300微码在内存中的首地址mov r2,3共三条指令mov r3,130微码在微控存中的首地址（程序的入口地址）ldmc 加载微码指令ret停止，返回调试程序：a150微控存首地址之后的数据mov r0,0023将立即数0023赋给寄存器r0mov r1,0024将立即数0034赋给寄存器r1两个nop，占四个字节，因为由该指令格式知该指令占了四个字节，此处的nop起等待作用mov a00,r0将寄存器r0中数据赋值给内存单元0a00nopnopret指令：e158前三条指令从0150开始，一条指令占两个内存单元e021 0a00由指令格式得出，表示将r1-r0结果送入r2“u”命令查看输入的程序，屏幕显示：0150:2c00 0023 mov r0,0023此处2c00为操作码的十六进制数，根据此十六进制转入相应微程序入口（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：e5 dr sr，addr 双字指令（控存入口140h）设计：利用指令的cnd字段，即ir108，令ir108=101，即cc=z 则当dr=sr时z=1，微程序不跳转，接着执行mem pc（即addr pc） 而当dr!=sr时z=0，微程序跳转至a4。功能： if dr=sr goto addr else顺序执行。指令格式：e5drsraddr指令分析：1、sr- dr，运算器接受标志位，设定标志位2、pcar，pc+1pc，, scc=7，ir10-8=101，cc#=z dr=sr，cc#=z=1，顺序执行102，drsr 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、pcar，pc+1pc scc=101，sc=1，使cc#=s#，drsr,sr-dr0,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、(drar, cc#=cnd,pc+1-pc2 9 0 3 e 0 a 0 b 5 5 4 0 20010100100000011111000001010000010110101010101 0000000010 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 不操作 dc2：在本条微码中，地址寄存器接收，故dc2为010dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：使用了寄存器r5，即程序计数器pca口：使用了寄存器r5，即程序计数器pcmi2-0：此时alu的r端输入为0，s端输入为bmi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行+1功能bi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为ami0#，req，we#：三位用于控制内外数据总线的读和写，此处不操作，故取10xsst：未用状态，故为000备用位为0sc 此处根据sr-dr数值是否为0判断sr与dr是否相等，条件是由指令给出的，所以这里sccscc 为111，而cc低电平有效，故sc为0,am2901命令：3#命令，即为条件转移，低电平有效，有效时，转入下地址下地址：此命令为最后一条命令，若指令跳转，将转入a4h，即下地址为29men-pc,cc#=02 9 0 3 0 0 3 0 f 0 5 0 0 00010100100000011000000000011000011110000010100 0000000000 下地址 顺序执行sccsc备用sst f-b +s mi2-0 a口 b口 sci ssh sa dc1 sb dc2 存储器读 dc2：在本条微码中，寄存器未接收，故dc2为000dc1：未向ib总线发送控制，故dc1为000sa：作am2901sb：作am2901ssh：未移位sci：未进位b口：使用了寄存器r5，即程序计数器pc，故为0101a口：未使用寄存器，故为0mi2-0：此时alu的r端输入为d(外部数据)，s端输入为0mi5-3：运算功能选择为“+s”，即执行d+0bi8-6：有返回值，且返回值返回至b，而y的输出选择为fmi0#，req，we#：用于控制内外数据总线的读和写，此处是读取内存单元地址送入pc，故取001sst：未用状态位，故为000备用位为0sc 此处低电平有效，故取scc为000，sc为0scc am2901命令：3#命令，即为条件转移，低电平有效，有效时，转入下地址下地址：此命令为最后一条命令，若指令跳转，将转入a4h，即下地址为29加载微码的程序： a800tec-2机主存储器中ram地址分配为0800h-0fffhmov r1,300微码在内存中的首地址mov r2,3共三条指令mov r3,140微码在微控存中的首地址（程序的入口地址）ldmc 加载微码指令ret停止，返回调试程序：此处r0、r1即为sr、dra150微控存首地址之后的数据mov r0,0023将立即数0023赋给寄存器r0mov r1,0045将立即数0045赋给寄存器r1两个nop，占四个字节，因为由该指令格式知该指令占了四个字节，此处的nop起等待作用nopnopmov r2,0012此条命令用于检测nop等待时执行的命令是否成功，若成功且数据相等时，则直接跳至0158内存单元，而不执行此条语句；若数据不等时，则跳出指令，而执行此条指令最终将0012输出。ret新指令：e154前三条指令从0150开始，一条指令占两个内存单元e501 0158由指令格式得出“u”命令查看输入的程序，屏幕显示：0150:2c00 0023 mov r0,0023此处2c00为操作码的十六进制数，根据此十六进制转入相应微程序入口（四）实验数据及运行结果截图（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+addr21、 输入微码2、d命令查看微码3、a命令输入加载微码程序，并用“g”命令运行4、输入程序以及新指令，并运行一般情况下，两个数相加时，程序如下：相等的两个数相加时，程序可以这样写：4、查看结果（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：e0 dr sr，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 - addr1、输入微码2、d命令查看微码3、a命令输入加载微码程序，并用“g”命令运行4、输入程序以及新指令，并运行5、u命令查看输入的程序6、用“r”命令查看结果（查看寄存器中内容）（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