浙江理工大学计算机组成原理课程设计报告

1、浙江理工大学计算机组成原理 课程设计报告计算机组成原理课程设计报告（2013/2014第二学期第19周）指导教师：许建龙 张芳班级：12计科2班姓名：学号：计算机组成原理大型实验任务书(计算机级1、2、3班和实验班)一、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。二、实验说明：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) T

2、EC-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;三、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 x XADDR1 , 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=

3、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,即卩 CC=Z则当DR=SR时Z=1，微程序不跳转，接着执行 MEMPC (即 ADDR PC)而当DR!=SR时Z=0，微程序跳转至 A4。四、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

4、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）。（具 体要求安最新规范为准）（4）大型实验报告必须打印成册，各班班长收齐大 型实验报告于19周星期五前，交张芳老师办公室。五、上机时间安排：2014计算机组成原理课程设计安排如下：（第十九周）（地点:10-413和414机房）时9：00-12:001:00-4:0017:30 20:30备注E6星期三i月25日12计算机（1）12计算机（2）12计算机（3） 电信实验班星期四12计算机（1）12计算机（2）12计算机（1）12计算机（2）6i月26日12计算机（3

5、） 电信实验班12计算机（3） 电信实验班6星期五i月27日12计算机（1）12计算机（2）12计算机（3） 电信实验班12计算机（1）12计算机（2）12计算机（3） 电信实验班备注：1各班每2人一组，可自由组合但要固定，各班班长 将各组组号及学生名单于第一次上机时上报指导 教师；2各班学生须严格按照规定的时间上机，不得无 故缺席、迟到早退，指导教师会严格考勤。指导教师：许建龙、张芳2014年6月18日一、目的和要求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。

6、二、实验环境PC机与TEC-2机模拟程序三、具体内容(-)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 x XADDR1，ADDR2，ADDR3 四 字指令(控存入口 100H)功能： ADDR3=ADDR1+ADDR21. 微程序：PCAR,PC+P PC 0000 0E00 A0B5 5402 当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取第一个操 作数地址做准备；程序计数器指向下一单元地址 B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010CI3CI0(B43B40)为1

7、110,功能为顺序执行；SCC(B39-B37)为 000，CC#=1，不发生转移；SST(B34-B32)为000,标志位不发生改变；MIO#(B31)REQ(B27)WE#(B23)为 101,表示不操作;B 口地址(B15-B12)为 0101, BI8-BI6(B30-B28)为 010, MI5-MI3(B26-B24)为 000, MI2-MI0(B22-B20) 为 011, SCI(B11-B10)为 01, SA(B7)为 0, SB(B3)为0,表示5号通用寄存器R5,即PC通过B 口实现加1, 再通过B 口写回到PC( B+0+Cinf B); MEMK AR0000 0

8、E00 10F0 0002从主存读取第一个操作数地址，为读取第一个操作数 做准备B55- B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010MIO# REQ WE# 为001，表示从主存储器读入数据(地址);B 口地址为 0000, BI8-BI6 为 001, MI5-MI3 为 000, MI2-MI0 为 111, SCI 为 00,表示 AM2901不做运算；(3)MEMR Q0000 0E00 00F0 0000从主存读取第一个操作数B55- B00000 0000 | 0000 1110 0000 0000 0000

9、 0000 | 1111 | 0000 0000 0000 | 0000 0000 |MIO #REQ WE#(B23为001，表示从主存储器读入数 据(地址)；I8-6 为 000, MI5-3 为 000, MI2-0 为 111,表示将主存中读出的数据加上0,再将结果回送到Q寄存器;(4)PCAR,PC+P PC 0000 0E00 A0B5 5402当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取第二个操 作数地址做准备；程序计数器指向下一单元地址B55 B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(5)MEM AR0000

10、 0E00 10F0 0002从主存读取第二个操作数地址，为读取第二个操作数 做准备B55 B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010(6)MEM+Q Q0000 0E00 00E0 0000从主存读取第二个操作数B55 B000000000000011100000000000000000111000000000000000000000MIO# REQ WE为 001, BI8-6 为 000, MI5-3 为 000,MI2-0为110,表示将第二个操作数从主存读出并且 加上Q寄存器的内容，再将结果回送到 Q寄存器；(

11、7)PCAR,PC+ PC 0000 0E00 A0B5 5402当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取计算结果 存储单元地址做准备；程序计数器指向下一单元地址B55- B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(8)MEMR AR0000 0E00 10F0 0002从主存读取结果存储单元地址B55- B000000000000011100000000000010000111100000000000000000010(9)Q MEM,CC#=0 0029 0300 1020 0010计算结果送结果存储单元B55 B00

12、010 1001 | 0000 0011 0000 0000 0001 0000 I 0010 0000 0000 0000 I 0001 I 0000 MIO# REQ WE为 000, BI8-6 为 001, MI5-3 为 000, MI2-0为010,表示将Q寄存器里面的内容存到 AR 存储的单元地址对应的存储单元；B55-B46 为 0010100100 (4AH ,即下地址，CI3-0 为 0011 (3号命令，条件转移)，SCC为00 (CC#,表 示转移到4AH中断。2. 输入微码E90009000000:00000000:0E000000:00000000:A0B50000

13、:10F00000:54020000:000209050000:0E000000:00000000:0E00090A0000:00F00000:00000000:00000000:0E000000:A0B5090F0000:54020000:00000000:0E000000:10F00000:000209140000:00000000:0E010000:00E00000:00000000:000009190000:0E000000:A0B50000:54020000:00000000:0E00091E0000:10F00000:00020000:00290000:03000000:10200

14、9230000:0010；将微程序的16进制代码输入到从900H开始的内存单 元中3. 查看微码D900090000000E00 A0B5 540200000E0010F00002090800000E0000F0000000000E00A0B55402091000000E0010F0000200000E0100E00000091800000E00A0B5540200000E0010F0000209200029030010200010000000000000 0000；查看单元内容是否正确A8000800: MOV R1,900900H0802: MOV R2,90804: MOV R3,100

15、地址0806: LDMC0807: RET4. 加载微码；微码在内存中的首地址为；微程序一共有9条微指令；微码加载到微控存中的首；加载微码指令;返回G800;执行加载微码程序5. 输入程序，测试新指令A8200820: MOV R0,0023将操作数放到寄存器 RO,这里两个操作数都是23H将R0存放的操作数放到将R0存放的操作数放到0822: MOV A00,R0A00地址单元0824: MOV A01,R0A01地址单元0826: NOP0827: NOP0828: NOP0829: NOP082A: RET 082B:E826编辑0826开始到0829单元内容，08260000:D400

16、0000:0A02U820查看0820: 2C00 0023MOV0822: 3400 0A00MOV0824: 3400 0A01MOV0826: D400DW0827: 0A00ADC将新指令输入R0,00230A00, R00A01, R0D400R0, R00000:0A000000:0A010828: 0A01ADCRO,0829: 0A02ADCRO,R1R2082A: ACOORET运行G8206. 运算结果DA000A000023002300460000000000000000 0000；0A00单元和0A01单元内容为操作数，相加后结果为0046,存在0A02单元，正确（二）

17、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.微程序（1） PS AR,PC+P PC00000E00 A0B55402当前程序计数器内容送地址寄存器，为读取操作数地 址做准备；程序计数器指向下一单元地址B55Bo00000000000011100000000010100000101101010101010000000010 ME冷 AR0000 0E00 10F0 0002从主存读取第一个操作数地址，为读取操作数做准备B55B00000000

18、0000011100000000000010000111100000000000000000010(3) SR-ADDR f DR 0029 0301 31D0 0088 寄存器SR存放的操作数减去ADDF单元内容，并存入 DRB55 B00010 1001 | 000 0011 0000 00010011 0001 | 11帚 0000 0000 0000 | 1000 1000MIO# REQ WE为 000，BI8-6 为 011，MI5-3 为 001, MI2-0 为 101，SA(B7)=1，SB(B3)=1,表示将寄存器 SR(A 口)存放的操作数减去 ADDF单元内容，并存 入

19、DR(通过B 口)；B55-B46 为 0010100100 (4AH)，即下地址，CI3-0 为 0011 (3号命令，条件转移)，SCC为00 (CC#，表 示转移到4AH中断。2.输入微码E90009000000:00000000:0E000000:A0B50000:5402 0000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:0029 0000:0301090A0000:31D00000:0088；将微程序的16进制代码输入到从900H开始的内存单 元中090000000E00A0B510F0000209080029030131D000000000

20、；查看单元内容是否正确D9004.加载微码540200000E000088 0000 00003.查看微码A800；微码在内存中的首地址为0800: MOV R1,900900H0802: MOV R2,3;微程序一共有9条微指令0804: MOV R3,130;微码加载到微控存中的首地址0806: LDMC;加载微码指令0807: RET;返回0808:G800；执行加载微码程序5.输入程序，测试新指令A8200820: MOV R0,00230822: MOV R3,0027R30824: MOV A00,R00826: NOP0827: NOP0828: RET将减数放到通用寄存器R0

21、将被减数放到通用寄存器将R0中减数放到0A00单元0829:E826编辑0826开始到0827单元，将新0820: 2C00 0023 MOVR0,0023指令输入，其中SR为R3,DR为R208260000:E023 0000:0A00查看U8200822: 2C30 0027MOVR3,00270824: 3400 0A00MOV0A00, R00826: E023DWE0230827: 0A00ADCR0,R00828: AC00RETG820运行6.运算结果RR0=0023R1=090CR2=0004R3=0027 SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000

22、R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000 R13=0000R14=0000 R15=0000F=000011110820: 2C00 0023 MOV R0,0023；源寄存器为R3，目的寄存器为R2,被减数为0023, 减数为0027,结果为0004存放于R2,正确（三）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IRio8 ,令IRio8=1O1,即卩 CC=Z则

23、当dr=sr时Z=1，微程序不跳转，接着执行 MEMPC (即 ADDRPC)而当DR!=SR时Z=0，微程序跳转至 A4。1.微程序(1) SR-DR0000 0E01 9190 0088SR内容减DR内容，若相等，则标志符Z=1,否则Z=0 B00000 0000 | 0000 1110 0000 0001 1001 I 0001 I 1001 I 0000 0000 0000 1000 1000 SST=01表示接收运算结果设置标志位状态(2) PS AR,CC#=CND,PCTPC002903E0A0B5 5402当前程序计数器内容送地址寄存器，条件转移信号 CC#=CND即判断Z是否

24、为1,若为1则中断条件成 立；程序计数器指向下一单元地址 B00010 1001 | 0000 0011 1110 0000 1010 | 0000 | 1011 | 0101 0101 0100 | 0000 0010 |SCC为0111,表示CC设置条件(CND源来自指令 寄存器(即 IR10-8 为 0101, CND=Z)B55-B46 为 0010100100 (4AH),即下地址，CI3-0 为0011 （3号命令，条件转移），表示转移到4AH中断(3) MEW PC0029 0300 30F0 5000取内存单元ADDF中的地址送PCB55B00010 1001 0000 001

25、1 0000 0000 0011 0000 1111 0000 0101 0000 0000 0000MIO# REQWE为001，B 口地址为0101,表示将主存地 址单元ADDF中的地址送至地址寄存器E90009000000:00000000:0E010000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:00290000:03002.输入微码090A0000:30F00000:50000000:91900000:54023.查看微码D900090000000E0191900088002903E0A0B5 5402 ).908 0029030030F050

26、000000000000000000 J.0.P4. 加载微码A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,30804: MOV R3,1400806: LDMC0807: RET0808:G8005. 输入程序，测试新指令 两数相等时；A8200820: MOV R1,00260822: MOV R2,00260824: NOP0825: NOP0826: MOV R1,00230828: RET0829:E82408240000:E5120000:0828U82000260820: 2C10 0026MOVR1,0822: 2C20 0026MOVR2,00260824

27、: E512DWE5120825: 0828ADCR2,R80826: 2C10 0023MOVR1,00230828: AC00RET0829: 0011NOP082A: AC00RET082B:0000NOP082C: 0000NOP082D: 0000NOP082E:0000NOP082F: 0000NOP0830: 0000NOP0831: 0000NOP0832: 0000NOPG820两数不相等时：A8200820: MOV R1,00250822: MOV R2,00240824: NOP0825: NOP0826: MOV R1,00230828: RET0829:E82408

28、240000:E5120000:0828U8200820: 2C10 0025MOVR1,00250822: 2C20 0024MOVR2,00240824: E512DWE5120825: 0828ADCR2,R80826: 2C10 0023MOVR1,00230828: AC00RETG8206. 运算结果相等时：RSP=FFFFR13=0000R0=0000 R仁0026R2=0026R3=0011PC=0820IP=0828R7=0000R8=0000R9=0000 R10=0000 R1仁0000 R12=00000820: 2C10 0026 MOV R1,0026；相等时转移到

29、0828执行RET，不执行MOV R1,0023;该运算结果正确不相等时：RR0=0000R仁0023R2=0024R3=0011SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000R9=0000R10=0000R1仁0000R12=0000R13=0000R14=0000 R15=0000F=000011110820: 2C10 0025 MOV R1,0025;不相等时执行MOV R1,0023;该运算结果正确四课程设计答辩题目设计:微指令：;ADD1地址送地址寄存器;取ADD1地址;Q存被减数；计算结果回送DR;取ADD2地址送地址寄存器;取ADD2地址；DR内容送主存ADD2单元，转中断 PSAR,PC+仔PC MEMAR DR+SQ Q-MEM DR PC AR,PC+仔AR MEAR DF MEM,CC#=0二进制微码：(1)0000 0000 0000 1110 0000 0000 1010 00