计算机组成原理实验设计.doc

计算机组成原理课程设计微程序实验报告姓名：*班级：*学号：*指导老师：*同组人：*实验目的：1 深入理解计算机微程序控制的功能、组成知识。2 深入地学习计算机各类典型指令的执行流程。3 对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念4 学习微程序控制器的设计过程和相关技术。实验内容：设计指令A组扩展指令SBB、NOT和C组扩展指令LDRA的功能、格式和执行流程，并在教学机上实现、调试正确。实验步骤：1 确定指令格式和功能，包括确定要用的操作码，指令中其他字段的内容分配与使用。SBB、NOT和LDRA指令格式和功能需查表：指令格式和功能指令格式汇编语句操作数个数CZVS功能说明指令类型00100000 DRSRADC DR，SR2*DRDR+SR+CA组指令00100001 DRSRSBB DR，SR2*DRDR-SR-C00101010 DR0000RCL DR1*DRDR带进位C循环右移00101011 DR0000RCR DR1*DRDR带进位C循环左移00101100 DR0000ASR DR1*DRDR算术右移00101101 DR0000NOT DR1*DR/DR01100000 0000SRJMPR SR1跳转到SR指明的地址01100100 OFFSETJRS OFFSET1S=1时跳转01100101 OFFSETJRNS OFFSET1S=0时跳转01101100 00000000CLC00C=001101101 00000000STC01C=101101110 00000000EI0开中断01101111 00000000DI0关中断11100000 0000SRCALR SR1调用SR指明的子程序C组指令11100100 DR0000LDRA DR，ADR2DRADR11100101 DRSRADR(16位)LDRX DR,OFFSETSR2DRDATA+SR11100110 DRSRADR(16位)STRX DR,OFFSETSR2DATA+SRSR11100111 0000SRSTRA ADR,SR1ADRSR11101111 00000000IRET0中断返回D组指令SBB和NOT： 查表得SBB和NOT指令格式：SBB：21DRSRNOC：2DDR功能：SBB： DRDR-SR-CNOT： /DRDR取址DRDR-SR-C/DRDR取指 指令执行流程图： 分析控制信号，分别查表得：指令OP微址微下址CI3-0 SCC3-00MRW 0I2-0SAI8-6 SBI5-3B3-0 A3-00SST SSH SCI0DC2 0DC1SBB2151300011 00000100 00011011 10010000 00000001 00100000 0000NOT2D52300011 00000100 00110011 11110000 00000001 00000000 0000（1） “微下址”：在顺序执行微指令时，后继微地址由现行微地址加上一个增量（通常1）形成的；而在非顺序执行时则要产生一个转移地址，即“微下址”。查表（2）得转移的话“微下址”是“30”。（2） CI3-0为AM2910提供命令码I3-I0CI3CI0功能0000(0#)初始化0010(2#)MAPROM0011(3#)条件微转移1110(14#)顺序执行（3） SCC3-0给出形成AM2901的/CC信号的条件码SCC，具体条件如下SCC(CI3-CI0=0011)功能(下面的条件满足时，使/CC=0)16位机0000必转0001/INT=0时转0100JRC，JRNC，JRZ，JRNZ条件不成立时转0101JRS，JRNS条件不成立时转向下条指令0110IRH2=0时转0111IRH3=0时转（4） MRW：与内存、I/O读写有关的控制信号如/MIO REQ /WE译码信号功能说明控制对象000/MWR内存写信号，低电平有效存储器的写信号引脚001/MRD内存读信号，低电平有效存储器的读信号引脚010/WRI/O写信号，低电平有效I/O设备的写信号引脚011/RDI/O读信号，低电平有效I/O设备的读信号引脚00X/MMREQ内存读写请求，低电平有效内存地址译码器DC4 74LS138的使能端01X/IOREQI/O读写请求，低电平有效I/O地址译码器DC5 74LS138的使能端1XX(无)无读写操作（5） I0-I8：I8-I6 选择运算结果或有关数据以什么方式送往何处的处理方案，这主要指通用寄存器组Q寄存器执不执行接收操作或移位操作，以及向芯片输出信息Y提供的是什么内容。I5-I3 选择ALU的八种运算I2-I0 选择送入ALU的两个操作数据的组合关系。控制码编码I8-I6I5-I3I2-I0存储器结果的选择Q结果的选择Y输出选择运算功能选择数据来源RS000无无FR+SAQ001无无FS-RAB010FB无AR-S0Q011FB无FRS0B100F/2BQ/2QFRS0A101F/2B无F/RSDA1102*FB2*QQFRSDQ1112*FB无F/(RS)D0（6） SA、SB：用于指明运算器A口，B口的控制信号是由微指令中的A3-A0、B3-B0给出还是由当前指令操作给出。编码SA或SBA口B口16位机0微指令A口微指令B口1IR的SR字段IR的SR字段（7） B3-0 A3-0用于指定源寄存器和目的寄存器号，各用四位二进制数表示（8） SST表（8）3位控制码SST状态位说明CZVS000CZVS四个标志位的值保持不变001CYF=0OVRF15接收ALU的标志位输出的值010IBH7IBH6IBH5IBH4恢复标志位原现场值0110ZVS置“0”C，另三个标志位不变1001ZVS置“1”C，另三个标志位不变101RAM0ZVS右移操作，另三个标志位不变110RAM15ZVS左移操作，另三个标志位不变111Q0ZVS联合右移，另三个标志位不变（9） SSH：左右移位时空出来的位由什么补。2位控制码SSH左移右移说明RAM0Q0RAM15Q15000X0X通用寄存器逻辑移位01CXCX通用寄存器与C循环移位10Q15/F15CYRAM0原码除(左移)乘(右移)11XXF15RAM0通用寄存器与Q联合移位（10） SCI：决定最低进位输入信号CIN的形成。2位控制码SCICIN取值00001110C11C0LDRA： 查表（1）得LDRA指令格式：E4DR0000ADR功能： DRADR，从内存地址是ADR的内存单元中读数到DR中。取址PCARPC+1PCMEMARMEMDR 指令执行流程图 分析控制信号，分别查表得：OP微址下址CI3-0 SCC3-00MRW I2-0I8-6 I5-3B口 A口0SST SSH SCI0DC2 0DC1E45B001110 00000100 00110010 00000101 01010000 00010011 00005C1C0011 00000001 01110001 00000000 00000000 00000011 00002. 按新指令的功能和格式，设计指令的执行流程。3. 在指令的流程表中填写每一个控制信号的状态值。4. 将设计好的微码，装入控制存储器的相应单元。第一片控制存储器芯片（MAPROM）中写入扩展指令的入口地址E 4021 ；4OOOH-FFFFH为用户扩展区，可存放用户的程序和数据21为SBB的操作码，且必须是扩展指令的操作码。即入口地址由“40+扩展指令的操作码”组成4021 *：0051E 402D402D *：0052E 40E440E4 *：005B第二片写入微下址控制信号E 40514051 *：0030E 40524052 *：0030E 405B405B *：0000E 405C405C *：001C第三片写入CI3-0 SCC3-0 控制信号E 40514051 *：0030E 40524052 *：0030E 405B405B *：00E0E 405C405C *：0030第四片写入0MRW 0I2-0 控制信号E 40514051 *：0041E 40524052 *：0043E 405B405B *：0043E 405C405C *：0017第五片写入SAI8-6 SBI5-3 控制信号E 40514051 *：00B9E 40524052 *：003FE 405B405B *：0020E 405C405C *：0010第六片写入B3-0 A3-0 控制信号E 40514051 *：0000E 40524052 *：0000E 405B405B *：0055E 405C405C *：0000第七片写入0SST SSH SCI 控制信号E 40514051 *：0012E 40524052 *：0010E 405B405B *：0001E 405C405C *：0000第八片写入0DC2 0DC1 控制信号E 40514051 *：0000E 40524052 *：0000E 405B405B *：0030E 405C405C *：00305. 测试写一个包含设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，来初步判断设计是否正确。（1）SBB测试程序：E 20002000：*：2101A 20012001：RET2002 用R命令修改R0、R1的内容R R0R0：0005R R1R1：0001用R命令查看R0、R1和C标志位的内容RR0=0005 R1=0001 C=0用G命令执行 G 2001用R命令查看R0、R1和C标志位的内容。RR0=0004 R1=0001 C=0结论：实现了用R0减去R1再减去C并把结果存入R0的功能。（2）NOT测试程序：E 20102010 *：2D00A 20112011：RET2012 用R命令修改R0 的内容：R R0R0： 0000