浙江理工大学计算机组成原理课程设计报告

1、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：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）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

2、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。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兀 A中的内容与内存单兀 B中的内容相加，结果存于内存单兀C中。指令格式：D4 r 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

3、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IR1o8，令IR1o8=1O1，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。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

4、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）星期9: 00-12 : 001:00-4:0017:30 20:30备注星期三6月25日12计算机（1）12计算机（2） 12计算机（3） 电信实验班星期四6月26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） 电信实验班星期五6月27日12计算机（1）12计

5、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日计算机组成原理课程设计实验报告一、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。二、实验环境PC机与TEC-2

6、机模拟程序三、具体内容（一）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 r ADDR1 , ADDR2 , ADDR3四字指令（控存入口 100H）功能： ADDR3=ADDR1+ADDR21. 微程序：（1）PC AR,PC+仔 PC0000 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B55 B0| 0000000000001110000000001010 00001011 010101010100 I 00000010CI3-CI0(B43-B40)为111

7、0,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+Cin B)；0000 0000 0000

8、1 1110000000000001000011110000 1 0000 0000 1 00000010（2）MEM t AR00000E00 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 B0B55 B0MIO# 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； MEM t Q0000 0E00 00F0 0000从主存读取第一个操作数B55 B00000 0000 1 0000111

9、0 1 00000000 000000001111000000000000 1 00000000 1MIO #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）PCT AR,PC+T PC0000 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 B00000 0000 0000111000000000101000001011 I 010101010100I 0000 0010 1(

10、5)MEM t ar00000E0010F00002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0000 0000 00001110000000000001000011110000 |000000001 00000010 |(6)MEM+Q t Q从主存读取第二个操作数B5500000E0000E00000B000000000 I 00001110000000000000000011100000 I000000001 0000 I0000 IMIO# 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

11、器的内容，再将结果回送到Q寄存器；(7)P3 AR,PC+仔 PC0000 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B55B00000 0000 0000111000000000101000001011 I 0101010101001 00000010 I(8)MEM t ar00000E0010F00002从主存读取结果存储单元地址B55 B00000 0000 000011100000 0000000100001111000000000000 I 00000010 I(9)Qt MEM,CC#=0计算结果送结

12、果存储单元B550029030010200010 B00010 1001 | 0000001100000000000100000010 | 0000 0000 | 0000 | 0001 | 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

13、:0E000000:A0B50000:54020000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:00000000:0E00090A0000:00F00000:00000000:00000000:0E000000:A0B5090F0000:54020000:00000000:0E000000:10F00000:000209140000:00000000:0E010000:00E00000:00000000:000009190000:0E000000:A0B50000:54020000:00000000:0E00091E0000:10F00000:00020

14、000:00290000:03000000:102009230000:0010；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>D900090000000E00A0B5540200000E0010F00002090800000E0000F0000000000E00A0B55402091000000E0010F0000200000E0100E00000091800000E00A0B5540200000E0010F00002092000290300102000100000000000000000;查看单元内容是否正确4. 加载微码>A80008000802080

15、40806MOV R1,900MOV R2,9MOV R3,100LDMC0807RET0808:>G800; 微码在内存中的首地址为 900H ;微程序一共有 9 条微指令 ;微码加载到微控存中的首地址 ;加载微码指令;返回;执行加载微码程序5. 输入程序，测试新指令>A8200820: MOV R0,00230822: MOV A00,R00824: MOV A01,R0将操作数放到寄存器 R0,这里两个操作数都是 23H将 R0 存放的操作数放到 A00 地址单元将 R0 存放的操作数放到 A01 地址单元0826: NOP0827: NOP0828: NOP0829: NO

16、P082A: RET082B:>E826编辑 0826开始到 0829 单元内容，将新指令输入0826 0000:D400 0000:0A00 0000:0A01 0000:0A02>U820查看0820: 2C00 0023MOVR0,00230822: 3400 0A00MOV0A00, R00824: 3400 0A01MOV0A01, R00826: D400DWD4000827: 0A00ADCR0,R00828: 0A01ADCR0,R10829: 0A02ADCR0,R2082A: AC00RET>G820运行6. 运算结果>DA000A000023002

17、30046 0000 00000000 00000000;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130H)（二）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 功能： DR=SR - ADDR1. 微程序（1） PSAR,PC+ PC0000 0E00 A0B5 5402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00000000 000011100000 0000101000001011

18、010101010100I 00000010 | MEM t 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B55 B0000000000000111000000000000100001111000000000000I 00000010 |（3） SR-ADDR t dr0029030131D00088寄存器SR存放的操作数减去 ADDR单元内容，并存入 DRB55 B000101001 I 00000011 0000 000100110001110100000000000010001000 IMIO# REQ WE#为 000，BI8-6 为 011

19、, 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 ADDR单元内容，并存入 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:A0B50000:54020000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:00290000:0301090A0000:31D

20、00000:0088；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>D90009000000 0E00 A0B509080029 0301 31D0;查看单元内容是否正确4. 加载微码>A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,30804: MOV R3,1300806: LDMC0807: RET0808:>G8005. 输入程序，测试新指令>A8200820: MOV R0,00230822: MOV R3,00270824: MOV A00,R05402 0000 0E00 10F0 00020088 0000 00

21、00 0000 0000;微码在内存中的首地址为900H;微程序一共有9条微指令;微码加载到微控存中的首地址;加载微码指令;返回;执行加载微码程序将减数放到通用寄存器R0将被减数放到通用寄存器 R3 将R0中减数放到 0A00单元0826: NOP0827: NOP0828: RET0829:>E826编辑0826开始到0827单元，将新指令输入，其中SR为R3,DR 为 R208260000:E0230000:0A00>U820查看0820:2C00 0023MOVR0,00230822:2C30 0027MOVR3,00270824:3400 0A00MOV0A00, R008

22、26:E023DWE0230827:0A00ADCR0,R00828:AC00RET>G820运行6.运算结果>RR0=0023R1=090CR2=0004R3=0027 SP=FFFF PC=0820IP=0828R7=0000R8=0000R9=0000 R10=0000 R1仁0000 R12=0000 R13=0000 R14=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

23、，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IRs，令 収108=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。1微程序(1) SR-DR00000E0191900088SR内容减DR内容，若相等，则标志符Z=1，否则Z=0B55 B000000000 1 00001110 1 000000011001000110010000000

24、00000 1 10001000 1SST=01,表示接收运算结果设置标志位状态(2) P3AR,CC#=CND,PC+kPC0029 03E0 A0B5 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B55 B00010 丨 1001 0000 I 0011 I 1110 丨 0000 I 1010 I 0000 I 1011 I 0101 I 0101 I 0100 I 0000 0010 I 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

25、-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) MEM t PC0029030030F0 5000取内存单元 ADDR中的地址送 PCB55 B00010 1001 000000110000 0000001100001111000001010000 1 0000 1 0000 12.输入微码>E9000900 0000:00000000:0E010000:91900000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:54020000:00290000:0300090A

26、0000:30F00000:50003.查看微码>D90009000000 0E019190 0088 0029 03E0 A0B55402 )T908 0029 0300 30F0 50000000 00000000 0000.).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

27、: MOV R1,00230828: RET0829:>E82408240000:E512 0000:0828>U8200820:2C10 0026MOVR1,00260822:2C20 0026MOVR2,00260824:E512DWE5120825:0828ADCR2,R80826:2C10 0023MOVR1,00230828:AC00RET0829:0011NOP082A: AC00RET082B: 0000NOP082C:0000NOP082D: 0000NOP082E: 0000NOP082F: 0000NOP0830: 0000NOP0831: 0000NOP083

28、2: 0000NOP>G820两数不相等时：>A8200820: MOV R1,00250822: MOV R2,00240824: NOP0825: NOP0826: MOV R1,00230828: RET0829:>E8240824 0000:E512 0000:0828>U8200820:2C10 0025MOVR1,00250822:2C20 0024MOVR2,00240824:E512DWE5120825:0828ADCR2,R80826:2C10 0023MOVR1,00230828:AC00RET>G8206. 运算结果相等时：>RR8=0

29、000R8=0000R0=0000 R1=0026 R2=0026 R3=0011 SP=FFFF PC=0820 IP=0828 R7=0000R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=0000 R15=0000F=010011110820: 2C10 0026 MOV R1, 0026;相等时转移到 0828 执行 RET ，不执行 MOV R1, 0023;该运算结果正确不相等时：>RR0=0000 R1=0023 R2=0024 R3=0011 SP=FFFF PC=0820 IP=0828 R7=0000R9=0000 R1

30、0=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=0000 R15=0000F=000011110820: 2C10 0025 MOV R1, 0025;不相等时执行 MOVR1, 0023;该运算结果正确四课程设计答辩题目设计一个新指令E0 X DR，实现功能ADD2 J DR-ADD1设计:指令格式E0 X DRADD1微指令： PSAR,PC+仔PC MEM>AR DR+SQ Q-MEM DR PC AR,PC+仔AR MEAR DF MEM,CC#=0ADD2;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，转中断二进制微码：(1)0000 0000 00