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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