计算机组成原理 微程序设计.doc

计算机组成原理课程设计实验报告 学生姓名: 专 业: 学 号: 班 级: 指导教师: 2012年 6月 28日一、 实验时间: 2012/6/25-2012/6/28二、 实验地点: 信工楼309三、 实验题目:1、编写程序将11H、12H、1FH等数存入从11H开始到1FH的连续存储空间，然后将这些数按相反的顺序存储到从21H开始到2FH的连续存储空间中。2、采用模型机指令系统编写程序完成1到5的阶乘之和，将结果存放在指定的寄存器中。3、给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们进行一系列算术/逻辑运算，观察各寄存器的变化情况。4、给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们同立即数进行一系列算术/逻辑运算，观察各寄存器的变化情况。5、给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们进行一系列移位循环操作，观察各寄存器的变化情况。四、实验目的:1、通过实验例程，熟悉软件的操作。2、熟悉模型机的指令系统，理解并掌握各条指令的功能和用途。3、利用该指令系统，自行编写小程序，调试并运行。五、实验装置组成:（一）硬件部分实验装置是为计算机组成原理的工作流程专门设计的。它能够让学生通过手动和自动的操作弄清和掌握计算机工作的基本原理。实验模块由手动实验部分和程序实验部分组成。手动实验主要完成计算机各个组成部分的原理实验，包括数据流程、运算器执行、存储器和外设之间的数据交换等部分，通过组合变化各个输入信号，进一步理解计算机各个部件的执行过程和工作原理，手动实验在本指导书的前面部分已经作了详细介绍。程序实验主要完成指令系统中每条指令的具体执行，包括取指、译码、执行过程中对应微指令的工作流程，并且还能观察各类指令执行的结果。操作过程在计算机上进行，可实现单拍、单步和连续执行，每个执行过程可以在计算机上显示，其执行结果和过程也可同步在实验板上显示，进一步观察对应指令在执行过程中的每个控制信号和数据流向。（二）软件部分软件系统由编辑程序、编译程序、程序执行、调式程序几个部分组成，完成由源程序输入、语法分析排错、指令汇编、应用程序调试的全过程。软件系统采用集成化的窗口，各种软件功能分类设置在程序中，可以根据程序实验过程的需要随意组合使用。软件系统的主窗口界面如下图所示：六、软件使用说明:图7-2 界面说明标识软件系统采用集成化的窗口，各种软件功能分类设置在程序中，软件系统的主窗口界面如上图所示，现将界面各组成部位说明如下：1 寄存器在程序执行过程中，观察各寄存器的值2 存储器在程序执行过程中，观察各存储器的值3 信息显示当前指令对应的微程序4 编辑源程序从汇编状态或运行状态返回到编辑源程序状态5 汇编对编辑好的源程序进行汇编连接6 程序复位让程序指针指向程序的第一条指令7 运行运行已通过汇编连接的程序8 停止停止程序的运行9 单步单步运行程序（逐条指令执行）10 单拍单拍运行程序（逐条微指令执行）11 设置/取消断点设置/取消断点，调试程序时用12 连接/断开串行口连接/断开串行口，连通/断开程序和模型机通信13 源程序编辑区在该区域内编辑源程序14 寄存器/存储器显示区显示各寄存器/存储器的值15 微程序显示区显示当前指令对应的微程序七、指令系统汇编:(一)模型机指令系统序号类型汇编助记符指令格式指令状态位注 释操作码源目第二字节长度1算逻运算 一类ADD RD，RS0001RSRD1Z,C,E,V,NRD(RD)+(RS)2ADC RD，RS0010RSRD1Z,C,E,V,NRD(RD)+(RS)+CY3SUB RD，RS0011RSRD1Z,C,E,V,NRD(RD)-(RS)4SBC RD，RS0100RSRD1Z,C,E,V,NRD(RD)-(RS)-CY5MUL RD，RS0101RSRD1Z,C,E,V,NRD(RD)*(RS)6AND RD，RS0110RSRD1ZRD(RD)and(RS)7OR RD，RS0111RSRD1ZRD(RD)or(RS)89算逻运算 二类ADD RD，#IMM101000#IMMRD#IMM2Z,C,E,V,NRD(RD)+#IMM10ADC RD，#IMM101001#IMMRD#IMM2Z,C,E,V,NRD(RD)+#IMM+CY11SUB RD，#IMM101010#IMMRD#IMM2Z,C,E,V,NRD(RD)-#IMM12SBC RD，#IMM101011#IMMRD#IMM2Z,C,E,V,NRD(RD)-#IMM-CY13CMP RD，#IMM101100#IMMRD#IMM2Z,C,E,V,NPWS(RD)-#IMM，比较不改变寄存器14AND RD，#IMM101101#IMMRD#IMM2ZRD(RD)AND #IMM15OR RD，#IMM101110#IMMRD#IMM2ZRD(RD) OR #IMM16MOV RD，#IMM101111#IMMRD#IMM2ZRD-#IMM1718移位循环 三类SRR RD 100000RD1Z,C右一位，带进位位循环19SRL RD 100001RD1Z,C左一位，带进位位20CLR RD100010RD1Z清零21COM RD100011RD1Z，C取反操作22INC RD100100RD1ZRDRD+123DEC RD100101RD1ZRDRD-1242526传数类指令 四类LD RD，MEM110000RDMEM2直接寻址，RDMEM27ST MEM，RS110010RSMEM1直接寻址，MEMRS28LD RD，(MEM)110001RDMEM2间接寻址，RD(MEM)29ST (MEM)，RS110011RSMEM2间接寻址，(MEM)RS30IN RD，PORT110100RDPORT2将数据输入接口输入到RD31OUT PORT，RS110101RSPORT2将RS数据输出到数据接口32MOV RD，RS110110RDR01寄存器寻址，RD（R0）3334转移类指令 五类JNZ ADDR11101000ADDR2结果不为零，转移35JZ ADDR11101001ADDR2结果为零，转移36JNC ADDR11101010ADDR2进位不为零，转移37JC ADDR11101011ADDR2进位为零，转移38JNE ADDR11101100ADDR2不等，转移39JE ADDR11101101ADDR2相等，转移40JO ADDR11100110ADDR2溢出,转移41JNO ADDR11100111ADDR2溢出,转移4243JMP ADDR11110001ADDR2转移44其它4546NOP11110100空操作474849HALT11111111停机操作(二)模型机指令码1、指令码一类76543210 双寄存器运算操作码源寄存器的寄存器ADDADCSUBSBC0xxxrsrdMULANDMULMOV二类其他指令76543210操作码的寄存器SHRSRLROLRCR100XXXrdDECINCPUSHPOP 三类寄存器与立即数运算76543210操作码的寄存器ADDADCSUBSBC101XXXrdCMPANDORMOVIMM四类传数类指令76543210操作码的寄存器MOVMOVMOVMOV110XXXrdINOUT(MEM) / (MEM)五类转移类指令76543210操作码JNZJNCJNEJNVDISP111XXXXXJZJCJEJVADDRDISP / ADDRCALLJMPJMPHALTNOP2、寄存器和状态位说明序号rd,rs寄存器名100R0状态位（PWS）7654210201R1NEVCZ310R2负数等溢出进位零411R33、数据格式7654210#IMM，DISP相对转移符号尾数八、实例程序及题目内容:例程3给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们进行一系列移位循环操作，观察各寄存器的变化情况。Exmp3.asmMOV R0,#05HMOV R1,#06HMOV R2,#07HMOV R3,#08HSRR R0SRL R1CLR R2COM R3INC R2DEC R1L1:JMP L1实验结果:例程4给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们与相应的存储器单元进行一系列数据传输操作,观察各寄存器以及相应存储器单元的变化情况。Exmp4.asmMOV R0,#05HMOV R1,#06HMOV R2,#07HMOV R3,#08HST 10H,R0LD R1,10HST (11H),R2LD R3,(11H)IN R0,12HOUT 13H,R2MOV R3,R1L1:JMP L1实验结果:例程5给R0、R1、R2、R3各赋一初值，然后对它们进行一系列可以改变状态位的操作，进而执行一系列转移类指令，观察程序执行流程。Exmp5.asmL4:MOV R0,#05HMOV R1,#06HMOV R2,#0FEHMOV R3,#08HCLR R3JZ L1L2:CMP R1,#07JNE L3L1:SUB R0,#06HJC L2L3:ADD R2,#05HJO L4L5:JMP L5实验结果:题目设计：3、编写程序将11H、12H、1FH等数存入从11H开始到1FH的连续存储空间，然后将这些数按相反的顺序存储到从21H开始到2FH的连续存储空间中。 MOV R0,#11H L1: ST 10H,R0 INC R0 CMP R0,#1EH JNE L1 MOV R0,#11H MOV R1,#2FH L2: ST 15H,R0 ST 20H,R1 LD R2,(10H) DEC R1 INC R0 CMP R0,#1EH JNE L2 L3: JMP L3 实验结果:4、采用模型机指令系统编写程序完成1到5的阶乘之和，将结果存放在指定的寄存