计算机组成原理实验4.docVIP

计算机组成原理机器号___________________

计算机组成原理

机器号___________________

专业班级:

计算机1102班

姓名:

机器号:

54

学号:E-mail:

指导教师：

总成绩：

分步成绩：

出勤：

实验表现

实验报告：

实验七指令/微指令设计实验

一实验目的

1掌握计算机各种指令的设计和执行过程；

2掌握指令/微指令的设计方法。

二实验原理

COP2000计算机组成原理实验仪，可以由用户自己设计指令/微指令系统，这样用户可以在现有的指令系统上进行扩充，加上一些较常用的指令，也可重新设计一套完全不同的指令/微指令系统。

做为原理，我们建立一个有如下指令的系统：

指令助记符

指令意义描述

LDA，#II

将立即数装入累加器A

ADDA，#II

累加器A加立即数

GOTOMM

无条件跳转指令

OUTA

累加器A输出到端口

因为硬件系统需要指令机器码的最低两位做为R0-R3存放器寻址用，所以指令机器码要忽略掉这两位。这四条指令的机器码分别为04H，08H，0CH，10H。其它指令的设计相同。

指令系统设计

翻开COP2000组成原理实验软件，选择[文件|新建指令系统/微程序]，观察软件下方的“指令系统”窗口，所有指令码都“未使用”。

选择第二行，即“机器码1”为000001XX行，在下方的“助记符”栏填入数据装载功能的指令助记符“LD”，在“操作数1”栏选择“A”，表示第一个操作数为累加器A。在“操作数2”栏选择“#II”，表示第二个操作数为立即数。按“修改”按钮确认。

选择第三行，即“机器码1”为000010XX行，在下方的“助记符”栏填入加法功能的指令助记符“ADD”，在“操作码1”栏选择“A”，表示第一操作数为累加器A，在“操作数2”栏选择“#II”，表示第二操作数为立即数。按“修改”按钮确认。

选择第四行，即“机器码1”为000011XX行，在下方的“助记符”栏填入无条件跳转功能的指令助记符“GOTO”，在“操作码1”栏选择“MM”，表示跳转地址为MM，此指令无第二操作数，无需选择“操作数2”。按“修改”按钮确认。

选择第五行，即“机器码1”为000100XX行，在下方的“助记符”栏填入输出数据功能的指令助记符“OUTA”，由于此指令隐含指定了将累加器A输出到输出商品存放器，所以不用选择“操作码1”和“操作数2”，按“修改”按钮确认。

输入完成了四条指令如图，

微指令系统设计

将窗口切换到“uM微程序”窗口，现在此窗口中所有微指令值都是0FFFFFFH，也就是无任何操作，我们需要在此窗口输入每条指令的微程序来实现该指令的功能。

程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC和uPC的值都为0，所以微程序的0地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。根据此功能，首先选中“_FATCH_”指令的第一行，观察窗口下方的各控制信号，有“勾”表示信号为高，处于无效状态，去掉“勾”信号为低，为有效状态。要从EM中读数，EMRD必需有效，去掉信号下面的“勾”使其有效；读EM的地址要从PC输出，所以PCOE要有效，允许PC输出，去掉PCOE下面的“勾”，PCOE有效同时还会使PC加1，准备读EM的下一地址；IREN是将EM读出的指令码存入uPC和IR，所以要去掉IREN的“勾”使其有效。这样，取指操作的微指令就设计好了，取指操作的微指令的值为0CBFFFFH。

第一条指令是把立即数装入累加器A，首先要从EM中读出立即数，并送到数据总线DBUS，再从DBUS上将数据打入累加器A中，按照这个要求，从EM中读数据，EMRD应该有效，EM的地址由PC输出，PCOE必需有效，读出的数据送到DBUS，EMEN也应有效,要求将数据存入A中,AEN也要有效，选中“LDA，#II”指令的第一行，这条微指令的值为0C7FFF7H。为了保证程序的连续执行，每条指令的最后必需是取指令，取出下条将要执行的指令。所以微指令的值为0CBFFFFH。

第二条指令为立即数加法指令，立即数加可分两步，首先从EM中读出立即数，送到DBUS，并存入工作存放器W中，从EM中读数，EMRD应有效，读EM的地址由PC输出，PCOE要有效，读出的数据要送到DBUS，EMEN应有效，数据存入W中，WEN应有效，根据描述，这条微指令的值为0C7FFEFH。第二步，执行加法操作，并将结果存入A中。执行加法操作，S2S1S0的值应为000(二进制)，结果无需移位直接输出到DBUS，X2X1X0的值就要为100(二进制)，从DBUS将数据再存入A中，AEN应有效。与此同时，ABUS和