計(jì)算機(jī)組成原理課設(shè)

目的與要求實(shí)驗(yàn)環(huán)境具體內(nèi)容指令一微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)指令測試指令二微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)指令測試指令三微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)指令測試字長指令主存運(yùn)算器控制器

三個(gè)輸出使能信號引腳定義16條命令微指令格式常用微指令程序調(diào)試前期準(zhǔn)備輸入并查看微碼將微碼加載到微控存測試指令觀察運(yùn)算結(jié)果目的與要求深入了解計(jì)算機(jī)各種指令的執(zhí)行過程，以及控制器的組成，指令系統(tǒng)微程序設(shè)計(jì)的具體知識(shí)，進(jìn)一步理解和掌握動(dòng)態(tài)微程序設(shè)計(jì)的概念；完成微程序控制的特定功能計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試。要進(jìn)行這項(xiàng)大型實(shí)驗(yàn)，必須清楚地懂得：TEC-2機(jī)的功能部件及其連接關(guān)系；TEC-2機(jī)每個(gè)功能部件的功能與具體組成；TEC-2機(jī)支持的指令格式；TEC-2機(jī)的微指令格式，AM2910芯片的用法；已實(shí)現(xiàn)的典型指令的執(zhí)行實(shí)例，即相應(yīng)的微指令與其執(zhí)行次序的安排與銜接；要實(shí)現(xiàn)的新指令的格式與功能。實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬機(jī)具體內(nèi)容請選定指令格式、操作碼，按照要求，設(shè)計(jì)三條指令。指令一說明把用絕對地址表示的內(nèi)存單元ADDR1中的內(nèi)容與內(nèi)存單元ADDR2中的內(nèi)容相減，結(jié)果存于內(nèi)存單元ADDR1中。三字指令（110H）。格式D8××,ADDR1,ADDR2D8××,ADDR1,ADDR2功能微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)執(zhí)行順序微指令說明1為讀取第1個(gè)操作數(shù)的地址做準(zhǔn)備2讀取第1個(gè)操作數(shù)的地址送入3為讀取第2個(gè)操作數(shù)的地址做準(zhǔn)備4讀取第2個(gè)操作數(shù)的地址送入5第1個(gè)操作數(shù)地址送 ，讀取第2個(gè)操作數(shù)送入6第1個(gè)操作數(shù)-第2個(gè)操作數(shù)送入7送第1個(gè)操作數(shù)所在存儲(chǔ)單元1100000E00A0B55402七順序執(zhí)行，下址字段任意取值即可六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行時(shí)不需要條件測試，不需要使用 ，所以這4位任意取值此時(shí)并非真正的運(yùn)算，并且第6條微指令才是真正的運(yùn)算，所以這3位任意即可四、三、、不需要讀寫存儲(chǔ)器或輸入輸出設(shè)備，所以為10X運(yùn)算結(jié)果送口，運(yùn)算器Y輸出口選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇口和0,（選口和0也可以，因?yàn)榭诤涂谑峭粋€(gè)寄存器）口選 ，即二口選 ，即最低位進(jìn)位設(shè)置為1不移位一、選微指令中的口、口地址因?yàn)?只能接收來自運(yùn)算器的結(jié)果輸出信號，所以 可以任意運(yùn)算器輸出送2.1100000E0030F06000七順序執(zhí)行，下址字段任意取值即可六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行時(shí)不需要條件測試，不需要使用 ，所以這4位任意取值此時(shí)并非真正的運(yùn)算，并且第6條微指令才是真正的運(yùn)算，所以這3位任意即可四、三、、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果送口，運(yùn)算器Y輸出運(yùn)算結(jié)果（并沒有使用）選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和0口任意二口選最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、口任意，因?yàn)椴皇褂每?；選擇微指令中的口地址任意1100000E00A0B55402這條微指令和本機(jī)器指令的第一條微指令完全一樣，不再做解釋說明4.1100000E0010F00002七順序執(zhí)行，下址字段任意取值即可六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行時(shí)不需要條件測試，不需要使用 ，所以這4位任意取值此時(shí)并非真正的運(yùn)算，并且第6條微指令才是真正的運(yùn)算，所以這3位任意即可四、三、、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果不送寄存器，運(yùn)算器Y輸出運(yùn)算結(jié)果送選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和0口任意二口最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、都任意，因?yàn)椴皇褂每诤涂谌我膺\(yùn)算器輸出送1100000E0020F66002七順序執(zhí)行，下址字段任意取值即可六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行時(shí)不需要條件測試，不需要使用，所以這4位任意取值此時(shí)并非真正的運(yùn)算，并且第6條微指令才是真正的運(yùn)算，所以這3位任意即可四、三、、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果送口，運(yùn)算器Y輸出口選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和0口二口最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用微指令中的口和口任意運(yùn)算器輸出送6.1100000E0122D66000七順序執(zhí)行，下址字段任意取值即可六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行時(shí)不需要條件測試，不需要使用，所以這4位任意取值此時(shí)是真正的運(yùn)算，設(shè)置標(biāo)志位四、三、、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果送口；運(yùn)算器Y輸出口（并沒有使用）選擇減法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和口口二口最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用微指令中的口和口任意7.110029030010460010七這是最后一條微指令，下一條微指令是A4H。六命令碼為3，即3號指令，條件轉(zhuǎn)移五、設(shè)為0，進(jìn)行轉(zhuǎn)移此時(shí)并不是運(yùn)算，所以標(biāo)志位不變四、三、、寫存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果不送寄存器；運(yùn)算器Y輸出口選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇0和口口二口最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用微指令中的口；口任意運(yùn)算器輸出送不控制指令測試如下圖所示，[A00H]存儲(chǔ)單元（ ）存儲(chǔ)了0045H，[A01H]存儲(chǔ)單元（ ）存儲(chǔ)了0023H，最終指令運(yùn)行后[A00H]為0022H，實(shí)現(xiàn)[ADDR1]=[ADDR1]-[ADDR2]。指令二說明將一通用寄存器內(nèi)容加上某內(nèi)存單元內(nèi)容，結(jié)果放在另一寄存器中。E0DRSR,ADDR雙字指令（控存入口130H）， 和 分別為源、目的寄存器（各4位）。格式E0DRSR,ADDR功能DR=SR+DR=SR+[ADDR]微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)執(zhí)行順序微指令說明1為讀取操作數(shù)的地址做準(zhǔn)備2操作數(shù)的地址送入3計(jì)算 與操作數(shù)的和存入1100000E00A0B55402這條微指令和第一條機(jī)器指令的第一條微指令完全一樣，不再做解釋說明2.1100000E0010F00002這條微指令和第一條機(jī)器指令的第四條微指令完全一樣，不再做解釋說明3.110029030130D00088七這是最后一條微指令，下一條微指令是A4H。六命令碼為3，即3號指令，條件轉(zhuǎn)移五、設(shè)為0，進(jìn)行轉(zhuǎn)移此時(shí)進(jìn)行了運(yùn)算，需要對標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置四、三、 、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果送口；運(yùn)算器Y輸出運(yùn)算結(jié)果（并沒有使用）選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和口口使用機(jī)器指令中設(shè)置的 ，微指令中不需要給口地址二口使用機(jī)器指令中設(shè)置的 ，微指令中不需要給口地址最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用機(jī)器指令中的 、任意不控制指令測試如圖示，（ ）為0023H，A00H（ ）存儲(chǔ)0023H，程序運(yùn)行后 （ ）為0046H，實(shí)現(xiàn)DR=SR+[ADDR]。[ADDR]指令三說明轉(zhuǎn)移指令判斷兩個(gè)通用寄存器內(nèi)容是否相等，若相等則轉(zhuǎn)移到指定絕對地址，否則順序執(zhí)行。雙字指令（控存入口140H），SR和DR分別為源、目的寄存器（各4位），ADDR為絕對地址。提示利用指令的CND字段，即 ，令 ，即。當(dāng)DR==SR時(shí)Z=1，微程序不跳轉(zhuǎn)，接著執(zhí)行 （即 而當(dāng)DR!=SR時(shí)Z=0，微程序跳轉(zhuǎn)至A4H。格式E5E5DRSR,ADDR功能ififDR==SRgotoADDRelse順序執(zhí)行微程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)執(zhí)行順序微指令說明1測試 與 是否相等2，如果 ，則微程序跳轉(zhuǎn)到為讀取轉(zhuǎn)移地址做準(zhǔn)備3程序轉(zhuǎn)移到指定地址1.1100000E0192100088七順序執(zhí)行，下址字段任意六命令碼為14，即14號指令，順序執(zhí)行五、順序執(zhí)行，不需要條件測試此時(shí)進(jìn)行了運(yùn)算，需要對標(biāo)志位進(jìn)行設(shè)置，來判斷 和 是否相等四、三、、不進(jìn)行存儲(chǔ)器或IO操作運(yùn)算結(jié)果不送寄存器；運(yùn)算器Y輸出運(yùn)算結(jié)果（并沒有使用）選擇減法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇口和口口使用機(jī)器指令中設(shè)置的 ，微指令中不需要給口地址二口使用機(jī)器指令中設(shè)置的 ，微指令中不需要給口地址最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用機(jī)器指令中的 、任意不控制，如果 ，則微程序跳轉(zhuǎn)到11002903E0A0455412七微程序轉(zhuǎn)移，下址字段為A4H六命令碼為3，即3號指令，條件轉(zhuǎn)移五、測試條件設(shè)置為 ，指令中將 設(shè)為5，即此時(shí)并不是計(jì)算，狀態(tài)位保持即可四、三、、不進(jìn)行存儲(chǔ)器或IO操作運(yùn)算結(jié)果送口；運(yùn)算器Y輸出口選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇口和0口口設(shè)置為 ，即。二口口設(shè)置為 ，即。最低位進(jìn)位設(shè)置為1不移位一、使用微指令中的口和口地址由于是寫 ，這里把運(yùn)算器輸出送 。經(jīng)過前兩條機(jī)器指令的試驗(yàn)，實(shí)際上 可以任意。寫3.110029030030F05000七微程序轉(zhuǎn)移，下址字段為A4H六命令碼為3，即3號指令，條件轉(zhuǎn)移五、測試條件設(shè)置為0，一定轉(zhuǎn)移此時(shí)并不是計(jì)算，狀態(tài)位保持即可四、三、、讀存儲(chǔ)器運(yùn)算結(jié)果送口；運(yùn)算器Y輸出運(yùn)算結(jié)果（并沒有使用）選擇加法運(yùn)算運(yùn)算數(shù)選擇和0口口任意，并不使用。二口口設(shè)置為 ，即。最低位進(jìn)位設(shè)置為0不移位一、使用微指令中的口地址，口任意（因?yàn)椴皇褂每冢?。任意不控制指令測試當(dāng)（ ）存儲(chǔ)0023H、（ ）存儲(chǔ)0026H時(shí)，即時(shí)，程序順序執(zhí)行，運(yùn)行了MOVR1,0026，所以程序運(yùn)行后為0026H。當(dāng) （ ）存儲(chǔ)0023H、 （ ）存儲(chǔ)0023H時(shí)，即 時(shí)，程序跳轉(zhuǎn)至828H（ ），所以未運(yùn)行MOVR1,0026，所以程序運(yùn)行后 仍為0023H。時(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)心得磨刀不誤砍柴工。在設(shè)計(jì)微程序前，我把實(shí)驗(yàn)書看了一遍，有些地方不是很懂；之后著手去設(shè)計(jì)微程序，然后再去看書，理解到的更多了；最終微程序設(shè)計(jì)完之后，我又把書看了一遍，又發(fā)現(xiàn)了很多之前理解不到位的地方，正所謂溫故而知新。我想這最能說明實(shí)踐和理論的關(guān)系吧，多動(dòng)手多動(dòng)腦，才能鞏固對知識(shí)的理解。通過本次對微指令碼一位位的設(shè)計(jì)，我對于計(jì)算機(jī)的底層實(shí)現(xiàn)有了更深的理解，更進(jìn)一步地了解了計(jì)算機(jī)的工作原理，特別是運(yùn)算器、控制器、內(nèi)存、寄存器等部件之間的協(xié)作。本學(xué)期也學(xué)了匯編語言，它幾乎是最靠近計(jì)算機(jī)硬件的編程語言了，在本次課程設(shè)計(jì)中，自主設(shè)計(jì)硬件間的協(xié)作，又算是直接接觸了硬件，鞏固了匯編和計(jì)組兩門學(xué)科的知識(shí)與其聯(lián)系。通過本次課程設(shè)計(jì)，我鞏固了微程序設(shè)計(jì)的方法與思想，比如微指令、微操作、微命令、水平型微指令、微控存等基本概念，了解了微程序?qū)哟紊铣绦騿T所看到的的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加深了對程序員一詞的理解。不同層次的程序員由于工作的“機(jī)器”不同，所以面對的問題以及其實(shí)現(xiàn)往往也是極為不同的。附加材料以下為 部分知識(shí)點(diǎn)總結(jié)。字長機(jī)字長為16位，運(yùn)算器、主存、數(shù)據(jù)與地址總線均為16位。指令機(jī)指令有6位操作碼，故支持64條指令，其中53條已實(shí)現(xiàn)，用于寫出該機(jī)的監(jiān)控程序。：指令寄存器，存儲(chǔ)當(dāng)前正在執(zhí)行的指令。指令最高6位（ ）是操作碼，之后兩位 是條件碼，把它用作條件轉(zhuǎn)移指令的判斷條件，因此可以認(rèn)為這兩位是指令的擴(kuò)展操作碼。除條件轉(zhuǎn)移指令之外，其余指令不使用這兩位。主存主存支持 字， 的存放監(jiān)控程序， 的存放用戶數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)。運(yùn)算器運(yùn)算器主要由4片 級聯(lián)而成，可實(shí)現(xiàn)8種運(yùn)算功能，16個(gè)雙端口（、）讀出、單端口（）寫入的通用寄存器（，其中作為 、 、 ），另配有1片 實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)位。保存當(dāng)前正在運(yùn)行的指令的地址，用于轉(zhuǎn)移變址的目的。所以在課設(shè)第一條指令中可以使用暫存數(shù)據(jù)，因?yàn)榇藭r(shí)不需要轉(zhuǎn)移變址，用不到 。進(jìn)行寄存器結(jié)果選擇和Y輸出選擇進(jìn)行運(yùn)算功能選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)來源選擇引腳信號外部送給 的數(shù)據(jù)信號，比如從內(nèi)存讀出來的數(shù)據(jù)向外送出的數(shù)據(jù)，受控制。但在 中，已接地、選擇寄存器組中的源與目的寄存器。當(dāng)、同值時(shí)，被選中的同一個(gè)寄存器的內(nèi)容將被同時(shí)送到、兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出端口控制器控制器主要由一片 、7片（微控存）、16位的指令寄存器 和2片 用于實(shí)現(xiàn)53條機(jī)器指令的微程序，加電后讀取送入微控存）等組成。程序計(jì)數(shù)器 用運(yùn)算器中的通用寄存器代替，保存下一條指令的地址。指令地址寄存器 由運(yùn)算器中的代替。控存字長56位，已實(shí)現(xiàn)的53條指令的微程序存放在2片單獨(dú)的8位 中，加電的過程自動(dòng)調(diào)入控存（裝入微碼）。地址總線的輸入信號僅有一組，即地址寄存器（ ），而AR只能接收來自運(yùn)算器的結(jié)果輸出信號。，微程序定序器，作用：形成下一條微指令的地址。三個(gè)輸出使能信號作用：決定直接輸入D的來源當(dāng)其有效時(shí)，來源于 ，用于實(shí)現(xiàn)從機(jī)器指令到相應(yīng)的微程序段的轉(zhuǎn)移。當(dāng)其有效時(shí)，原意為來源于中斷向量，現(xiàn)用于接收手撥微地址。當(dāng)其有效時(shí)，來源于微指令的下地址字段，用于實(shí)現(xiàn)微程序轉(zhuǎn)移。引腳定義條件測試，當(dāng)其為低電平時(shí)，測試成功，轉(zhuǎn)移（使用下址字段）；否則，順序執(zhí)行。Y輸出允許信號，低電平有效，已接地允許信號，已接地16條命令2號命令指令功能分支，無條件轉(zhuǎn)3號命令條件轉(zhuǎn)移，條件測試為1時(shí)順序執(zhí)行，否則按下地址轉(zhuǎn)移。14號命令順序執(zhí)行下一條微指令微程序微指令格式表格中說明。和關(guān)于這兩個(gè)控制位我還有兩個(gè)問題為時(shí)寫 時(shí)應(yīng)把 設(shè)為2，即 接收來自 的數(shù)據(jù)；但 課本上都是設(shè)為0，即微型開關(guān)送 這樣不就是把微型開關(guān)送到了 嘛？這不太對?。。恳韵率俏业牟聹y：我猜在這里 應(yīng)該是任意的。因?yàn)?只能接收運(yùn)算器的輸出，所以當(dāng) 設(shè)置為寫 時(shí)，就忽略的設(shè)置，硬件應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)。為時(shí)此時(shí)代表 ，即無寄存器接收 的數(shù)據(jù)，所以此時(shí) 應(yīng)該也是任意，書上寫的是0。常用微指令19H取指令， 增量。該條微指令公用于所有指令。1AH按新取來的指令的操作碼找到該條指令本身的微程序段的入口地址。19H之后一定是1AH。A4H根據(jù)有無中斷請求，決定是進(jìn)入中斷處理過程，還是順序執(zhí)行。任何一條機(jī)器指令執(zhí)行完都要去A4H檢測中斷程序調(diào)試以第一條指令為例前期準(zhǔn)備設(shè)為設(shè)為100設(shè)為設(shè)為1010設(shè)為CONT設(shè)為CONT輸入并查看微碼E9001.E900將微碼輸入到900H開始的內(nèi)存單元中D9002.D900查看內(nèi)存將微碼加載到微控存A8001.A800輸入加載微碼的程序1123450800: