计算机组成原理课程设计

1、指导教师：桂宁张芳2016年6月18日计算机组成原理课程设计报告（2015/2016第二学期第17周）指导教师：桂宁张芳班级：姓名：学号：一、目的和要求目的：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。要求：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）设计测试程序、实验数据并上机调试。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）。二、实验环境TEC-2机和PC

2、机三、具体内容实验内容：（1）把用绝对地址表示的内存单元ADDR1中的内容与内存单元ADDR井的内容相减，结果存于内存单元ADDR却。指令格式：D4XADDR,1ADDR2ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：ADDR=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：E0DRSRADDR（SRDR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：E5DRSR,ADDR双字指令（控存入口140H）功能：ifDR=SR

3、gotoADDRelse顺序执行。设计：利用指令的CN"段,即IRf令IR108=101,即CC=Z贝当dr=sr寸z=i,微程序不跳转，接着执彳厂Mempc（Ip+Addrp。而当DR!=SR时Z=0,微程序跳转至A40实验设计并分析第一条：把用绝对地址表示的内存单元ADDR1中的内容与内存单元ADDR片的内容相减，结果存于内存单元ADDR却。指令格式：D4X*DDRJADDR2ADDR3四字指令（控存入口100H）功能：ADDR=ADDR1-ADDR2指令格式:微程序：>A820PC->AR,PC+1->PC: MEN->AR:IMEN->QPC-&

4、gt;AR,PC+1->PC: MEN->AR:MEN-Q->Q:PC->AR,PC+1->PC: MEN->AR: Q->MEN,CC#=0:00000E00A0B5540200000E0010F0000200000E0000F0000000000E00A0B5540200000E0010F0000200000E0101E0000000000E00A0B5540200000E0010F000020029030010200010>E90009000000:00000000:0E000000:A0B50000:54020000:0000090500

5、00:0E000000:10F00000:00020000:00000000:0E00090A0000:00F00000:00000000:00000000:0E000000:A0B5090F0000:54020000:00000000:0E000000:10F00000:000209140000:00000000:0E010000:01E00000:00000000:000009190000:0E000000:A0B50000:54020000:00000000:0E00091E0000:10F00000:00020000:00290000:03000000:102009230000:001

6、0用D命令查看输入的微码：>D9000002T090800000E0000F0000000000E00A0B554020910.T.00000E0010F0000200000E0101E00000091800000E00A0B5540200000E0010F00002T.092000290300102000100000000000000000.)092800000000000000000000000000000000>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,90804:MOVR3,1000806:LDMC0807:RET0808:用G命令运行加载微码的程序：>

7、;G800用A命令输入程序：0820:MOVR0,00230822:MOVA00,R00824:MOVR1,00220826:MOVA01,R10828:NOP0829:NOP082A:NOP082B:NOP082C:RET082D:用E命令输入新指令：>E82808280000:D4000000:0A000000:0A010000:0A02用U命令查看输入程序：>U8200820:2C000023MOVR0,00230822:34000A00MOV0A00,R00824:2C000032MOVR1,00220826:34000A01MOV0A01,R10828:D400DWD40

8、00829: 0A00ADC R0, R0082A: 0A01 ADC R0, R1082B:0A02ADCR0,R2082C:AC00RET082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP0832:0000NOP0833:0000NOP用G命令运行程序：>G820用D命令查看运行结果：>DA000A000023002200010000假设从地址0828开始执行微程序，此时程序计数器PC的值是0829。因为运行程序的时候0829和0830中存了减法的两个数的内存地址，所以要想方设法1）把这两个加数传到运算器的寄

9、存器中，2）在运算器中相减，3）将结果输出到内存单元ADDR1。以下分别进行分析。1）取每个加数要访问两次内存，第一次是取得被减数所在的内存地址的值（MEM-AR）,第二次是取得减数本身并保存在Q寄存器中（MEM>Q）。注意，取第二个减数的时候，第一次仍是MEM>AR而第二次MEM-QQ的同时也把减法给完成了，请见接下来的分析。2）相减的操作是MEM-Q>QMEM是从内存中取得的第二个数的值，左边的Q是刚才取得的第一个数的值。他俩相减的和传给Q寄存器，覆盖掉了Q寄存器刚才保存的值（第一个数）。3）现在Q寄存器中存有减法的运算结果，最后的工作是把这个结果写到内存单元ADDR1中

10、去。如果AR或者PC指向ADDR1话话就好办了，难点在于现在AR已经到了ADDR2处，PC已经至IJ了ADDR2+1处，而且又不知道如何让寄存器的值减一。后来问同学，得到了解决办法：利用IP寄存器。IP正好还呆在ADDR1-1,即内存地址0828。显然，让IP+1就得到了ADDR1,即0829。微指令是IP+1-AR以及MEM-AR这时AR的值为第一个加数所在的单元ADDR1。现在Q的值是运算结果，AR的值是运算结果要传给的内存地址。显而易见，最后一步就是“存储器写”操作CHMEM弟条：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（SRDR源、目

11、的寄存器各4位）双字指令（控存入口130H）功能：DR=SR-ADDR产令格式：E0XXADDR微程序：0000 0E00 A0B5 54020000 0E00 10F0 00020029 0301 31D0 0088PCARPC+什PCMEM>ARSR-ADDRfDR用E命令输入微码：>E90009000000:00000000:0E000000:A0B50000:54020000:000009050000:0E000000:10F00000:00020000:00290000:0301090A0000:31D00000:0088用D命令查看输入的微码：>D90009000

12、0000E00A0B5540200000E0010F00002T09080029030131D000880000000000000000 .).1091000000000000000000000000000000000用A命令输入加载微码的程序：>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1300806:LDMC0807:RET0808:用G命令运行加载微码的程序：>G800用A命令输入程序：>A8200820:MOVR7,00240822:MOVR8,00230824:MOVA00,R80826:NOP0827:NOP0828:RET

13、0829:用E命令输入新指令：>G820>E82608260000:E0070000:0A00用U命令查看输入的程序：>U8200820:2C700024MOVR7,00240822:2C800023MOVR8,00230824:34080A00MOV0A00,R80826: E007DW E0070827:0A00ADCR0,R00828:AC00RET0829:0000NOP082A:0000NOP082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP0832

14、:0000NOP用G命令运行程序:用D命令查看运行结果：>DA000A00002200000000用R命令查看寄存器内容：>RR0=0001R1=090CR2=0000R3=0133SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0024R8=0023R9=0000R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=000011110820:2C700024MOVR7,0024根据指令的功能和指令格式，先读取地址ADDRI元内容暂时放置于Q寄存器中，然后再读取内存单元中的DATA同时与Q寄存器内容相减，结果存放在DR寄存器中。第三条：

15、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（控存入口140H）功能：ifDR=SRgotoADDRelse顺序执行。设计：利用指令的CN"段,即IRf令旧1。8=101,即CC=Z贝当dr=sr寸z=i,微程序不跳转，接着执彳Mempc（ITaddrp。而当DR!=SR时Z=0,微程序跳转至A40产令格式：E5XXADDR微程序：SR - DR：0000 0E01 9190 0088POAR CC# = CND PC+B PC0029 03E0 A0B5 5402MEM> PC0029 0300

16、30F0 5000用 E 命令输入微码：>E9000900 0000:0000 0000:0E01 0000:91900905 0000:03E0 0000:A0B5 0000:5402090A 0000:30F0 0000:5000用 D 命令查看输入的微码：0000:0088 0000:00290000:0029 0000:0300>D900090000000E0191905402 )T.09080029030030F00000 .).0.P09100000000000000000 0088002903E0A0B550000000000000000000000000000000

17、用A命令输入加载微码的程序：>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1400806:LDMC0808:用G命令运行加载微码的程序：>G800当寄存器R7与寄存器R8内容不同时:用A命令输入程序：>A8200820:MOVR7,00230822:MOVR8,00280824:NOP0825:NOP0826:MOVR9,00670828:RET0829:用E命令输入新指令：>E82408240000:E5780000:0828用U命令查看输入的程序：>U8200820:2C702013MOVR7,00230822:2C802

18、014MOVR8,00280824:E578DWE5780825: 0828ADC R2, R80826:2C902015MOVR9,00670828:AC00RET0829:0000NOP082A:0000NOP082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP0832:0000NOP用G命令运行程序：>G820用R命令查看寄存器内容：>RR0=0000R1=090CR2=0000R3=0143SP=FFFFPC=0820IP=0828R7=0023R8=0028

19、R9=0067R10=0000R11=0000R12=0000R13=0000R14=0000R15=0000F=000111110820:2C702013MOVR7,2013由寄存器R9的值为2015可知，程序并未转移到某绝对地址1、SR-DR,运算器接受标志位，设定标志位2、PC-ARPC+BPGSCC=ZIR10-8=101,CC#=ZDR=SRCC#=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漏移量OFFSET1口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、PCfAR,PC+1-PCSCC=101,SC=1,使CC#=S#,DR>SR,SR-DR<0,S=1,CC#=S#=03命令条件转移至ij下地址为A4H的指令结束程序，DR<SR,SR-DR>0,S=0,CC#=S#务件转移命令将顺序执行地址为104的指令5、（DR<SR）取出ADDR赋给PG令CC#=0用3号命令转移到A4H指令结束微程序四.实验心得通过这次的课程设计，使得我们进一步地熟悉了PC机与TEC-2机，同时也更深层次的了解了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，同时在一定程度上理解和掌握了动态微程序设计的概念。更加深入的了解了指令、微程