计算机组成原理大型实验-实验报告及源代码

..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〕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。实验说明：要进展这项大型实验，必须清楚地懂得：TEC-2机的功能部件及其连接关系；TEC-2机每个功能部件的功能与具体组成；TEC-2机支持的指令格式；TEC-2机的微指令格式，AM2910芯片的用法；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；要实现的新指令的格式与功能。实验容：选定指令格式、操作码，设计如下指令：把用绝对地址表示的存单元A中的容与存单元B中的容相加，结果存于存单元C中。指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令〔控存入口100H〕功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]将一通用存放器容减去某存单元容，结果放在另一存放器中。指令格式：E0DRSR，ADDR〔SR，DR源、目的存放器各4位〕双字指令〔控存入口130H〕功能：DR=SR-[ADDR]转移指令。判断两个通用存放器容是否相等，假设相等那么转移到指定绝对地址，否那么顺序执行。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D字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z那么当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。实验要求：根据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。设计报告容：包括1、设计目的2、设计容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〕。〔具体要求安最新规为准〕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，交芳教师办公室。实验设计并分析：第一条：把用绝对地址表示的存单元A中的容与存单元B中的容相加，结果存于存单元C中。指令格式：D4××，ADDR1，ADDR2，ADDR3四字指令〔控存入口100H〕功能：[ADDR3]=[ADDR1]+[ADDR2]指令格式：D4XXADDR1ADDR2ADDR3微程序：PC→AR，PC+1→PC： 00000E00A0B55402MEM→AR： 00000E00 10F00002MEM→Q： 00000E00 00F00000PC→AR，PC+1→PC： 00000E00 A0B5 5402MEM→AR： 00000E00 10F0 0002MEM+Q→Q： 00000E01 00E0 0000PC→AR，PC+1→PC：00000E00 A0B5 5402MEM→AR：00000E0010F0 0002Q→MEM，CC#=0： 00290300 10200010指令分析：PC->AR,PC+1->PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM->AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM->Q0000000011100000000000000000111100000000000000000000PC->AR,PC+1->PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM->AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100MEM+Q->Q0000000011100000000100000000111000000000000000000000PC->AR,PC+1->PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM->AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100Q->MEM,CC#=00029000000110000000000010000001000000000000000010000假设从地址[0828]开场执行微程序，此时程序计数器PC的值是0829。因为运行程序的时候[0829]和[0830]中存了加法的两个加数的存地址，所以要想方设法1〕把这两个加数传到运算器的存放器中，2〕在运算器中相加，3〕将结果输出到存单元[ADDR1]。以下分别进展分析。1〕取每个加数要访问两次存，第一次是取得加数所在的存地址的值(MEM→AR),第二次是取得加数本身并保存在Q存放器中〔MEM→Q〕。注意，取第二个加数的时候，第一次仍是MEM→AR，而第二次MEM+Q→Q的同时也把加法给完成了，请见接下来的分析。2〕相加的操作是MEM+Q→Q。MEM是从存中取得的第二个加数的值，左边的Q是刚刚取得的第一个加数的值。他俩相加的和传给Q存放器，覆盖掉了Q存放器刚刚保存的值〔第一个加数〕。3〕现在Q存放器中存有加法的运算结果，最后的工作是把这个结果写到存单元[ADDR1]中去。如果AR或者PC指向[ADDR1]的话就好办了，难点在于现在AR已经到了[ADDR2]处，PC已经到了[ADDR2+1]处，而且又不知道如何让存放器的值减一。后来问同学，得到了解决方法：利用IP存放器。IP正好还呆在[ADDR1-1]，即存地址[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存地址。显而易见，最后一步就是"存储器写〞操作Q→MEM。其它要注意的地方：1〕微程序中有两处PC+1→PC，第一处是为了取得第二个加数所在的存地址，第二处是为了把PC指向下一句，在这里是RET，才能使程序正常完毕。2〕程序最后要转向A4H执行后续处理程序。此处下地址的转换方法：将A4H从左到右用八位二进制数写出，左边补两个"0”，右边加两个"0”〔备用位B45、44〕，得到001010010000B，再把这个十二位二进制数翻译成十六进制，结果是290H。3〕使用Q存放器的好处有：第一，不修改通用存放器R0，R1等，因为别的程序可能用到它们。第二，程序易读、风格优美。程序调试：第二条：将一通用存放器容减去某存单元容，结果放在另一存放器中。指令格式：E0DRSR，ADDR〔SR，DR源、目的存放器各4位〕双字指令〔控存入口130H〕功能：DR=SR-[ADDR]微程序：PC→AR，PC+1→PC： 0000 0E00A0B55402MEM→AR： 00000E00 10F00002SR-[ADDR]→DR：0029030131D00088指令格式：E0XXADDR指令分析：根据指令的功能和指令格式，先读取地址ADDR单元容暂时放置于Q存放器中，然后再读取存单元中的DATA，同时与Q存放器容相减，结果存放在DR存放器中。每条指令系统微操作详细：PC->AR,PC+1->PC0000000011100000000010100000101101010101010000000010MEM->AR0000000011100000000000010000111100000000000000000100SR-MEM->DR0029000000110000000100110001110100000000000010001000调试：第三条：转移指令。判断两个通用存放器容是否相等，假设相等那么转移到指定绝对地址，否那么顺序执行。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D字段，即IR10~8，令IR10~8=101，即CC=Z那么当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。微程序：SR-DR：00000E0191900088PC→AR，CC#=D，PC+1→PC： 002903E0 A0B55402MEM→PC：0029030030F05000指令格式：E5XXADDR指令分析：1、SR-DR，运算器承受标志位，设定标志位2、 PC→AR，PC+1→PC，,SCC=7，IR10-8=101，CC#=ZDR=SR，CC#=Z=1，顺序执行102，DR≠SR转移到下地址为103的指令继续转移3、(DR=SR)偏移量OFFSET加IP(R4)，结果赋给PC(R5)，然后令CC#=0，用3号命令条件转移到A4H，完毕微程序 4、PC→AR，PC+1→PCSCC=101，SC=1，使CC#=S#，DR>SR,SR-DR<0,S=1,CC#=S#=0,3号命令条件转移到下地址为A4H的指令完毕程序，DR<SR,SR-DR>0,S=0,CC#=S#=1,条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PC，令CC#=0，用3号命令转移到A4H指令结 束微程序每条指令系统微操作详细：SR-DR0000000011100000000010010001000100000000000010001000PC->AR,PC+1->PC0029000000111110000010100000101101010101010000000010MEN->PC0029000000111110000100100000111100000101000000000000调试：>E90009000000:00000000:0E010000:91900000:00880000:002909050000:03E00000:A0B50000:54020000:00290000:0300090A0000:30F00000:5000>D900090000000E0191900088002903E0A0B55402.........).αá╡T.09080029030030F050000000000000000000.)..0≡P.........091000000000000000000000000000000000................091800000000000000000000000000000000................092000000000000000000000000000000000................092800000000000000000000000000000000................093000000000000000000000000000000000................093800000000000000000000000000000000................>A8000800:MOVR1,9000802:MOVR2,30804:MOVR3,1400806:LDMC0807:RET0808:>G800>A8200820:MOVR8,00110822:MOVR9,00110824:NOP0825:NOP0826:MOVR9,00020828:RET0829:>E82408240000:E4890000:0828>U8200820:2C800011MOVR8,00110822:2C900011MOVR9,00110824:E489DWE4890825:0828ADCR2,R80826:2C900002MOVR9,00020828:AC00RET0829:0000NOP082A:0000NOP082B:0000NOP082C:0000NOP082D:0000NOP082E:0000NOP082F:0000NOP0830:0000NOP0831:0000NOP>G820结果显示：>RR0=0000R1=090CR2=0000R3=