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：计算机组成原理大型实验任务书(计算机12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) TEC-2机的微指令格式，AM2910芯片的用法

2、；(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。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：D4XADDR1,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：E0DRSR,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

3、，若相等则转移到指定绝对地址，否则顺序执行。指令格式：E5DRSR,ADDR双字指令什存入口140H)功能：ifDR=SRgotoADDRelse顺序执行。设计：利用指令的CND字段，即IRio8,令IRio8=101,即CC=Z则当DR=SR时Z=1,微程序不跳转，接着执行MEMPC(即ADDR-PCT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、设计及微程序）4、实验数据（测试所设计指令

4、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）时间星期9:00-12:001:00-4:0017:3020:30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计算机（2）12计算机（3）电信实验班12计算机（

5、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，可自由组合彳!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

6、内容相加，结果存于内存单元C中。指令格式：D4XADDR1,ADDR2,ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：ADDR3=ADDR1+ADDR21 .微程序：（1）PCHAR,PC+PC00000E00A0B55402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B55B00000000000001110I00000000101000001011|01010101010000000010CI3-CI0(B43-B40)为1110,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

7、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+CizB);(2)MEMAR00000E0010F00002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B55B00000|0000|0000|1110|0000|0000|000100001111000000

8、00|0000|0000|0010MIO#REQWE#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)MEMfQ00000E0000F00000从主存读取第一个操作数B55B0000000000000111010000000000000000111100000000000000000000MIO#REQWE#(B2助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

9、；(4)P8AR,PC+PC00000E00A0B55402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B55B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010(5)MEMfAR00000E0010F00002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B55B000000000100001110I0000000000010000111100000000000000000010(6)MEM+QfQ00000E0000E00000从主存读取第一个操作数B55B0000000001

10、00001110|0000000000000000111000000000000000000000MIO#REQWE妫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;PCHAR,PC+PC00000E00A0B55402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(8)MEMf AR0000 0E00 10F0 0002B55B000000000000011100000000010100000101101010101010000000010从主存读取结

11、果存储单元地址B55B0000000001000011100000000000010000111100000000000000000010(9)QfMEM,CC#=00029030010200010计算结果送结果存储单元B55B0001010011000000110000000000010000001000000000000000010000MIO#REQWE妫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;2 .输入微码>E90009000000:00000000:0E000000:A0B50000:54

12、020000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:00000000:0E00090A0000:00F00000:00000000:00000000:0E000000:A0B5090F0000:54020000:00000000:0E000000:10F00000:000209140000:00000000:0E010000:00E00000:00000000:000009190000:0E000000:A0B50000:54020000:00000000:0E00091E0000:10F00000:00020000:00290000:03000923

13、0000:0010;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0000:1020>D900090000000E00A0B5540200000E0010F00002090800000E0000F0000000000E00A0B55402091000000E0010F0000200000E0100E00000091800000E00A0B5540200000E0010F00002092000290300;查看单元内容是否正确4.加载微码>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,90804:MOVR3,1000806:LDMC0807:RET08

14、08:>G800102000100000000000000000;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,R00826: NOP0827: NOP0828: NOP0829: NOP082A: RET082B:>E826将操作数放到寄存器R0, 这里两个操作数都是将 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 地址单元编辑 0826 开始到 0

15、829 单元内容，将新指令输入23H0000:D4000000:0A000000:0A010000:0A02>U820查看0820: 2C00 0023MOVR0,00230822: 3400 0A00MOV0A00, R00824: 3400 0A01MOV0A01, R00826: D400DWD4000827: 0A00ADCR0,R00828: 0A01ADCR0,R10829: 0A02ADCR0,R2082A: AC00RET>G820运行08266.运算结果>DA000A0000230023004600000000000000000000;0A00单元和0A01

16、单元内容为操作数，相加后结果为0046,存在0A02单元，正确（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：E0DRSR,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PCHAR,PC+PC00000E00A0B55402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000000001000011100000000010100000101101010101010000000010（2）MEMAR00000E0010F00002从主存读取第一个操作数地址，为读取操作数做

17、准备B55B0000000001000011100000000000010000111100000000000000000010(3)SR-ADDRfDR0029030131D00088寄存器SR存放的操<减去ADDR单元内容，并存入DRB55B0001010011000000110000000100110001110100000000000010001000B55-B0MIO#REQWE的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ADDR单元内容，并存入DR(通过B口)；2 .输入微码

18、>E90009000000:00000000:0E000000:A0B50000:54020000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:00290000:0301090A0000:31D00000:0088；将微程序的16进制代码输入到从900H开始的内存单元中3 .查看微码>D900090000000E00A0B5540200000E0010F0000209080029030131D000880000000000000000;查看单元内容是否正确4 .加载微码>A8000800: MOV R1,9000802: MOV R2,30

19、804: MOV R3,1300806: LDMC0807: RET0808:>G8005.输入程序，测试新指令；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>A8200820: MOV R0,00230822: MOV R3,00270824: MOV A00,R00826: NOP0827: NOP0828: RET0829:>E826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单元编辑0826开始到0827单元，将新指令输入，其中SR为R3,DR为R20826000

20、0:E0230000:0A00>U820查看0820:2C000023MOVR0,00230822:2C300027MOVR3,00270824:34000A00MOV0A00,R00826:E023DWE0230827:0A00ADCR0,R00828:AC00RET>G820运行6 .运算结果>RR0=0023R1=090CR2=0004R3=0027SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=000011110820:2C00002

21、3MOVR0,0023;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：E5DRSR,ADDR双字指令什存入口140H）功能：ifDR=SRgotoADDRelse顺序执行。设计：利用指令的CND字段，即对08,令IRio8=101,即CC=Z则当DR=SR时Z=1,微程序不跳转，接着执行MEMPC（即ADDR-PCT而当DR!=SR时Z=0,微程序跳转至A41 .微程序(1) SR-DR00000E0191900088SR内容减DR内容，若相等

22、，则标志符Z=1,否则Z=0B55B00000000000001110I0000000110010001100100000000000010001000SST=01表示接收运算结果设置标志位状态(2) PCHAR,CC#=CND,PC+1PC002903E0A0B55402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B55B0001010011000000111110000010100000101101010101010000000010SCCJ0111,表示CC般置条件(CND)源来自指令寄存器(即IR10-8为

23、0101,CND=Z)MEMfPC0029030030F05000取内存单元ADDR中的地址送PCB55B000101001|0000001110000000000110000111100000101000000000000MIO#REQWE的001,B口地址为0101,表示将主存地址单元ADDR中的地址送至地址寄存器2 .输入微码>E90009000000:00000000:0E010000:91900000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:54020000:00290000:0300090A0000:30F00000:50003 .查看

24、微码>D900090000000E0191900088002903E0A0B55402).T.9080029030030F050000000000000000000.).0.P4 .加载微码>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1400806:LDMC0807:RET0808:>G8005 .输入程序，测试新指令两数相等时;>A8200820:MOVR1,00260822:MOVR2,00260824:NOP0825:NOP0826:MOVR1,00230828:RET0829:>E82408240000:E51200

25、00:0828>U8200820:2C100026MOVR1,00260822:2C200026MOVR2,00260824:E512DWE5120825:0828ADCR2,R80826:2C100023MOVR1,00230828:AC00RET0829:0011NOP082A:AC00RET082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP0832:0000NOP>G820两数不相等时：>A8200820:MOVR1,00250822:MOVR2,002

26、40824:NOP0825:NOP0826:MOVR1,00230828:RET0829:>E82408240000:E512 0000:08280820: 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一个新指令E0 X DR,实现功能设计：微指令：(1) POAR,PC+ePC(2) MEIM>AR DR+SQ(4) Q-MEM -DR(5) PCAR,PC+eAR(6) MEM>AR(7) DFHMEM,CC#=0二进制微码：>U8200820:2C100025MOVR1,00250822:

27、2C200024MOVR2,00240824:E512DWE5120825:0828ADCR2,R80826:2C100023MOVR1,00230828:AC00RET>G8206 .运算结果相等时：>RR0=0000R1=0026R2=0026R3=0011SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=010011110820:2C100026MOVR1,0026而等时转移到0828执行RET,不执行MOVR1,0023；该运算结果正确不相等时：>RR0=0000R1=0023R2=0024R3=0011SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0000R8=0000F=00001111R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000ADD2DR-ADD1指令格式E0XDRADD1ADD2ADD1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