组成原理Am2910器件的功能与具体用法.doc

华北科技学院计算机学院设计性实验报告实 验 报 告 课程名称 计算机组成原理B 实验学期 2017 至 2018 学年 第 一 学期学生所在院部 年级 专业班级 学生姓名 学号 任课教师 实验成绩 计算机学院制 计算机组成原理B课程设计性实验报告开课实验室：计算机组成原理实验室 2017 年11月 22日实验题目指令扩展实验一、实验目的深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。二、设备与环境TEC-XP+教学机，微机(装有Windows XP、ISPLEVER、ispVM System等软件)。三、实验内容在现有的基本指令系统上，扩展2条指令：1.ADTW DR 2.ADRM DR，SR。4、 实验步骤1、 扩展的2条指令的格式及功能序号格式功能寻址方式编码微程序步数微程序入口地址1ADTW DRDR的值自增2寄存器直接寻址A1H2812ADRM DR,SRDR +SR-DRDR为寄存器直接寻址,SR为寄存器接寻址E3H3832、 指令所对应的微程序每条指令对应的微程序、以及每步（微指令）的功能及各字段值的意义（1） AM2901运算器的结构图以及控制码表表2-1 Am2901的9位控制码表2-2 状态寄存器、最低进位输入、移位输入控制信号（2） 微程序控制器的组成框图以及说明 PC:存放下一条机器指令的地址（向指令存储器提供指令地址）。 指令存储器：（存放所有机器指令），经地址译码，选中相应存储单元，取出相应机器指令，送入指令寄存器IR。 指令寄存器IR：存放正在执行的机器指令。机器指令包含两个字段：操作码（OP）、地址码。 由操作码（OP）映射得到微地址（译码过程），即机器指令所对应的微程序入口地址，存入微地址寄存器。 控制存储器存放所有的微程序，经地址译码读出一条微指令。 由控制存储器读出的一条微指令存入微指令寄存器。 SCC编码及功能控制信号(1) 对运算器的控制23位控制信号，同23位微型开关内容:A3A0，B3B0，I8I6，I5I3，I2I0 SST20，SSHSCI20寄存器分配： R4：SP R5： PC约定用法：R0：I/O指令约定使用，也是通用累加器对内存和 I/O接口的读写 /MIO（0：有内存或串口读写，1：无） REQ（0：读写内存， 1：读写串行口） /WE（0：写操作， 1：读操作）M R W编码 功能(2) 对内部总线和特定寄存器的控制内部总线数据来源选择控制专用寄存器接收控制(3) 控制器提供的控制信号(微指令格式) （3）教学机硬件系统结构框图图2-5 教学机计算机控制器的总体组成（1）程序计数器PC可以在运算器内部完成加1运算功能，产生下一条相邻指令的地址；或者完成加一个相对转移的偏移量，产生相对转移指令的转移地址；或者直接接收一个16位的指令地址，用在程序调用或者跳转指令中。（2）指令寄存器IR接收从内存储器读出并传送到内部总线IB的指令内容，其全部16位输出送MACH芯片的输入引脚，其低8位内容还可以经一个有三态功能的开关门送到内部总线IB。（3）微程序定序器Am2910芯片用在微程序控制器中，用于以多种方式向控制存储器提供下一条微指令的地址，控制微指令的执行次序，解决的是指令执行步骤的衔接问题。（4）两种控制器的主要功能线路都集中到一片高集成度CPLD器件(MACH芯片)中实现，在完成扩展指令的教学实验中，可以不对MACH芯片之外的电路作任何变动，全部操作都集中到修改描述MACH芯片功能的ABEL或VHDL语言的源程序代码、执行编译和下载操作以及运行调试这样几步工作。这是本教学计算机系统的一大显著特色，对降低学生的学习难度、简化修改和扩展控制器功能的操作、改善教学实验效果具有重要的作用。从图2-5可以看到，MACH器件内部包含有微程序控制器中的控制存储器、微指令寄存器、映射指令操作码为微指令地址的MAPROM、产生微指令是否转移信号CC的SCCgal、实现微指令字中的下条微指令地址和MAPROM输出的下条微指令地址二者选其一的线路；包含有组合逻辑控制器的节拍发生器Timing和控制信号产生部件两部分线路；此外还实现了把两种控制器各自提供的32位控制信号进行二者选其一的功能。3、 ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成 （1）添加指令操作码ADTW= (IR = 1,0,1,0,0,0,0,1); ADRM = (IR = 1,1,1,0,0,0,1,1); （2）添加入口地址添加ADTW指令的入口地址： MA81 = (Y = 1,0,0,0,0,0,0,1);MA82 = (Y = 1,0,0,0,0,0,1,0); 添加ADRM指令的入口地址： MA83 = (Y = 1,0,0,0,0,0,1,1); MA84 = (Y = 1,0,0,0,0,1,0,0); MA85 = (Y = 1,0,0,0,0,1,0,1); （3）入口地址定义 对ADTW指令做如下修改： D0= !C_M&(!_MAP&(ADTW# .)#NXTADDR0&!_PL)&!Bit8; D7= !C_M&(!_MAP&(ADTW# .)#NXTADDR7&!_PL)&!Bit8; 对ADRM指令做如下修改： D0= !C_M&(!_MAP&(ADRM# .)#NXTADDR0&!_PL)&!Bit8; D1= !C_M&(!_MAP&(ADRM#)#NXTADDR1&!_PL)&!Bit8; D7= !C_M&(!_MAP&(ADRM# .)#NXTADDR7&!_PL)&!Bit8;（3） 下址定义对ADTW指令做如下修改： NXTADDR5:=!C_M&( MA81#.)&!Bit8; NXTADDR4:=!C_M&( MA81#.)&!Bit8;对ADRM指令做如下修改： NXTADDR5:=!C_M&( MA85#.)&!Bit8; NXTADDR4:=!C_M&( MA85#.)&!Bit8; （5）条件转移字段定义 对ADTW指令做如下修改： CI3:= !C_M&(MA83#MA84#.)&NRST&!Bit8; CI2:= !C_M&(MA83#MA84#.)&NRST&!Bit8; CI0 :=!C_M&(MA81#.)&NRST&!Bit8;对ADRM指令做如下修改： CI3:= !C_M&(MA8A#MA8B#MA8C#.)&NRST&!Bit8; CI2:= !C_M&(MA8A#MA8B#MA8C#.)&NRST&!Bit8; CI0 :=!C_M&(MA85#.)&NRST&!Bit8; （6）MRW定义 对ADTW指令做如下修改： !_MIO00:=!(MA81#MA82#.);对ADRM指令做如下修改： !_MIO00:=!(MA83#MA84#.); _WE00 :=(MA85#.);（7）I2-I0，I8-I6，I5-I3定义 对ADTW指令做如下修改： I100:=(MA81#MA82#.);!I000:=!(MA81#MA82#.); I700:=(MA81#MA82.); !I600 :=!(MA81#MA82#.); 对ADRM指令做如下修改： I200:=(MA83#MA85#.); I100:=(MA84#MA85#.); !I000:=!(MA83#.); I700:=(MA85#.); !I600 :=!(MA83#MA85#.); (8）B口、A口定义 对ADTW指令做如下修改： B30=(MA81#MA82#.); 对ADRM指令做如下修改： B30=(MA84#MA85#.); A30=(MA83#.)；（9）SST/SSH SCI定义对ADTW指令做如下修改： SST000:=(MA81#MA82.); SCI100:=(MA81#MA82.);（10）DC2 DC1定义 对ADRM指令做如下修改： DC2_100:=(MA83#.); DC2_000:=(MA83#.);m256c.abl源程序修改过程（10步）以及生成JED文件的整个操作过程(1)将下面的源文件目录复制到E盘。C:XP+DATAXP_MACH2A70504组基微全(2) 双击lc4256.syn，启动ispLEVER(3)双击.abl文件(4)双击Compile Logic进行编译(5) 双击JEDEC File,生成.jed文件4、MACH编程将JED文件下载到MACH器件的过程 （1）接好教学机上的在线MACH编程电缆，将教学机电源打开； （2）启动ispVM System软件，通过主界面的SCAN按钮找到在线编程器件； （3）双击找到的编程器件，双击Browse按钮选择已经编译好的jed文件，选择OK按钮； （4）重新回到主界面，点击GO命令进行编程。5、 编程验证及结果分析1.验证ADTW DR 本条指令的验证时将0036送入R0，然后写入指令操作码A100，最后G 2000运行程序，验证R0是否自增2，结果R0变为0038，指令验证成功。2. .验证ADRM DR，SR。本条指令的验证时0001送入R1，0009送入R0，然后写入指令操作码E312，最后G 2000运行程序，验证指令，指令执行正确。6 实验体会 通过这个实验，结合对以前课程学习中指令的理解，更彻底的了解了指令的执行原理。在这次指令扩展实验中，最重要