計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...江蘇大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告專業(yè)名稱：網(wǎng)絡(luò)工程班級(jí)學(xué)號(hào)：3130610031學(xué)生姓名：張杰指導(dǎo)教師：胡廣亮設(shè)計(jì)時(shí)間：2013年6月24日—2013年7月2日第一天：熟悉微程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法一、設(shè)計(jì)目標(biāo)1、掌握微程序的設(shè)計(jì)方法2、熟悉利用調(diào)試軟件運(yùn)行、調(diào)試微程序的方法二、操作提示1、連接實(shí)驗(yàn)設(shè)備注意：請(qǐng)?jiān)跀嚯姞顟B(tài)下連接調(diào)試電纜。2、下載FPGA配置數(shù)據(jù)從課程網(wǎng)站下載CPU.sof等文件，使用QuartusIIProgrammer軟件將CPU.sof下載到FPGA。3、輸入微程序利用調(diào)試軟件將微程序?qū)懭肟卮?，微程序如下。取指令微程序取源操作?shù)為立即數(shù)的微程序取目的操作數(shù)為存放器尋址的微程序MOV指令的微程序〔目的數(shù)存放器尋址〕4、輸入調(diào)機(jī)程序今天的將調(diào)機(jī)程序就是一條指令：“MOV#0001H,R1”據(jù)指令的編碼規(guī)則，該指令的編碼是：07610001。然后利用調(diào)試軟件將指令碼寫入主存，地址從主存的0030H開場(chǎng)。5、調(diào)試微程序。利用調(diào)試軟件“Step〞按鈕控制微指令單步執(zhí)行，執(zhí)行結(jié)果如圖2.3所示2.3例2.1MOV指令的單步運(yùn)行跟蹤數(shù)據(jù)6、分析微程序的執(zhí)行結(jié)果，一般方法如下：首先分析微程序執(zhí)行流程是否正確，根據(jù)前面指令微流程的設(shè)計(jì)，理論上該指令微程序的執(zhí)行順序應(yīng)該是001→002→003→004→00B→00F→016→006→018→007→031→02D→02E→000，通過(guò)調(diào)試軟件的執(zhí)行結(jié)果圖2.3可以看出，該指令微程序的微指令次序是正確的。如果執(zhí)行的微指令次序不正確，那就要分析原因，檢查BM和NC設(shè)置是否正確、檢查uAR的各個(gè)輸入信號(hào)的值是否正確，如IR、NA等。然后分析指令的運(yùn)行結(jié)果。理論上本條測(cè)試指令執(zhí)行完后，R1的值應(yīng)該是0001。通過(guò)調(diào)試軟件的執(zhí)行結(jié)果圖2.3可以看出，指令執(zhí)行結(jié)果是正確的。如果結(jié)果不對(duì)，就需要進(jìn)一步分析每一條微指令。分析的方法是針對(duì)微指令的每一條微命令，查看相應(yīng)微操作前后相關(guān)模塊的數(shù)據(jù)變化是否與指令微流程一致。下面舉個(gè)例子說(shuō)明若何分析每條微指令的。圖2.3的微地址為000B〔uAR＝000B〕的控存單元所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容為2008000F，即微指令為2008000F，所代表的微操作是：PCoe，ARce，即PC的內(nèi)容送IB、IB的內(nèi)容送AR，理論上的正確結(jié)果應(yīng)該是IB=0031，AR=0031；通過(guò)圖2.3的000B單元微指令的執(zhí)行結(jié)果可以看出，IB的數(shù)據(jù)由上一條微指令的結(jié)果0000→0031,AR的數(shù)據(jù)由上一條微指令的結(jié)果0030→0031，說(shuō)明本條微指令執(zhí)行結(jié)果是正確。從上面的分析可以看出，要想檢查運(yùn)行結(jié)果是否正確，關(guān)鍵是要清楚理論上正確的結(jié)果是什么。這就要求實(shí)驗(yàn)者對(duì)指令的微程序流程非常清楚，從而到達(dá)了理解計(jì)算機(jī)內(nèi)部信息流動(dòng)過(guò)程、掌握計(jì)算機(jī)工作原理的目的。所以實(shí)驗(yàn)者應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析工作，否則就失去了實(shí)驗(yàn)的意義。1、測(cè)試內(nèi)容：立即數(shù)尋址、存放器尋址測(cè)試指令〔或程序〕：MOV#0001H,R1機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令003007610001MOV#0001H,R1運(yùn)行結(jié)果：第二天取操作數(shù)微程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試一、設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)并調(diào)試取操作數(shù)的微程序。二、取操作數(shù)微流程取目的操作數(shù)流程：三、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果格式如下：1、測(cè)試內(nèi)容：間接尋址、存放器尋址測(cè)試指令〔或程序〕：MOF〔0048〕R1機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令00300721004800580001MOF〔0048〕R1運(yùn)行結(jié)果：四、設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方法在設(shè)計(jì)過(guò)程中開場(chǎng)對(duì)調(diào)試程序的運(yùn)行不熟悉，不是很了解了此程序的運(yùn)行。在操作過(guò)程中，粗心導(dǎo)致了輸入機(jī)器碼的錯(cuò)誤，或者是所在位置錯(cuò)誤，重新輸入解決了此問題。我詳細(xì)地了解了它的整個(gè)過(guò)程和對(duì)于每一步的分析和驗(yàn)證，對(duì)微程序設(shè)計(jì)有了更深入的了解。第三天雙操作數(shù)指令的微程序設(shè)計(jì)與調(diào)試一、設(shè)計(jì)目標(biāo)設(shè)計(jì)并調(diào)試運(yùn)算指令的微程序。二、雙操作數(shù)指令微程序入口地址指令助記符指令編碼入口地址〔H〕FEDCBA9876543210MOV src,dst000001源地址碼目的地址碼031ADD src,dst000010源地址碼目的地址碼032ADDC src,dst000011源地址碼目的地址碼033SUB src,dst000100源地址碼目的地址碼034SUBB src,dst000101源地址碼目的地址碼035CMP src,dst000110源地址碼目的地址碼036AND src,dst000111源地址碼目的地址碼037OR src,dst001000源地址碼目的地址碼038XOR src,dst001001源地址碼目的地址碼039TEST src,dst001010源地址碼目的地址碼03A三、雙操作數(shù)指令執(zhí)行微程序微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋007000008004044指令執(zhí)行入口0489870006FTRoe,ADD,PSWce,SV006FADD04C98B0006FTRoe,ADDC,PSWce,SV006FADDC05098F0006FTRoe,SUB,PSWce,SV006FSUB0549930006FTRoe,SUBB,PSWce,SV006FSUBB05898C00000TRoe,CMP,PSWce0000CMP05C9970006FTRoe,AND,PSWce,SV006FAND0609980006FTRoe,OR,PSWce，SV006FOR0649A30006FTRoe,XOR,PSWce,SV006FXOR06899400000TRoe,AND,PSWce0000TEST06F00000E70NOP0070回送四、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果1、測(cè)試內(nèi)容：立即尋址，直接尋址，間接尋址，存放器尋址，存放器間接尋址測(cè)試程序：MOV〔0048H〕R1TEST0048HR1AND#0078H〔R0〕ADDR1R0機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令0030072100480001MOV〔0048H〕R100482B480001TEST0048HR100781F70FFF00000AND#0078H〔R0〕00780820ADDR1R0運(yùn)行結(jié)果：五、設(shè)計(jì)中遇到的問題及解決方法調(diào)試雙操作數(shù)指令執(zhí)行微程序，先要寫出雙操作數(shù)指令執(zhí)行微程序的微地址，微命令，然后寫微程序，最后上機(jī)調(diào)試，判斷是否正確，檢查微程序運(yùn)行結(jié)果是否正確是一項(xiàng)稍繁瑣的事情，需要檢查每步的存放器、標(biāo)志位、總線上的地址和數(shù)據(jù)。但經(jīng)過(guò)幾天的熟悉，我們已慢慢熟悉掌握。第四天單操作數(shù)運(yùn)算和移位指令的微程序設(shè)計(jì)與調(diào)試一、設(shè)計(jì)目標(biāo)完成單操作數(shù)運(yùn)算指令I(lǐng)NC、DEC、NOT和7條移位指令微程序的設(shè)計(jì)。二、單操作數(shù)運(yùn)算和移位指令微程序入口地址指令助記符入口地址〔H〕指令助記符入口地址〔H〕INC071SAR061DEC072SHL062NOT073SHR063ROL064ROR065RCL066RCR067三、單操作數(shù)運(yùn)算和移位指令微程序的設(shè)計(jì)微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋092SAR1810006F06F094SHL1820006F06F096SHR1810006F06F098ROL1820006F06F09AROR1810006F06F09CRCL1820006F06F09ERCR1810006F06F0A41A70006FINC,PSWce,SV006FINC0A81AB0006FDEC,PSWce,SV006FDEC0AC19F0006FNOT,PSWce,SV006FNOT07068000000Soe,GRSce0000存入存放器07160030072Soe,DRce0072存入dr07200052000DRoe’,ARoe’,WR0000存入貯存四、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果1.測(cè)試內(nèi)容：間接尋址測(cè)試程序：SHL〔0010〕H機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令003000590010SHL〔0010〕H運(yùn)行結(jié)果：微指令的執(zhí)行次序?yàn)椋?01—>002—>003—>006—01B—>01F—>022—>023—>024—>025—>026—>007—>62—>02F，參照取指令、取操作數(shù)和SHL指令執(zhí)行微流程分析，所執(zhí)行的微指令的次序是正確的。2.測(cè)試內(nèi)容：相對(duì)尋址測(cè)試程序：DEC(0001)機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令003002580001DEC(0001)運(yùn)行結(jié)果及分析：第五天子程序調(diào)用、堆棧和轉(zhuǎn)移指令微程序設(shè)計(jì)與調(diào)試一、設(shè)計(jì)目標(biāo)完成CALL、RET、PUSH、POP和9條轉(zhuǎn)移指令的微程序的設(shè)計(jì)。二、PUSH、POP、CALL、RET指令微程序的設(shè)計(jì)PUSH微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋0C0F40000C1SPoe，Ace00C1堆棧地址存入A0C102B000C2DEC，SV00C2地址減1，輸出0C27C0800C3Soe，SPce，ARce00C3地址存入堆棧和AR中0C300052000ARoe'，DRoe'，WR0000地址寫入主存POP微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋0C8B00000C9ARoe，TRce00C9AR內(nèi)容存入TR0C9F40800CASPoe，Ace，ARce00CASP內(nèi)容存入A和AR0CA027610CBARoe'，RD，DRce'，INC，SV00CB地址減1，輸出0CB800800CCTRoe，ARce00CCTR內(nèi)容存入AR0CC7C052000Soe，SPce，ARoe'，DRoe'，WR0000堆棧內(nèi)容寫入新地址CALL微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋0D0F40000D1SPoe，Ace00D1堆棧地址存入A0D1B2B000D2DEC，SV，ARoe，TRce00D2地址減1，AR內(nèi)容存入TR0D27C0800D3Soe，ARce，SPce00D3地址存入AR,SP0D3200300D4PCoe，DRce00D4PC內(nèi)容存入DR0D484052000ARoe'，DRoe'，WR，TRoe，PCce0000PC個(gè)數(shù)寫入內(nèi)存，TR內(nèi)容存入PCRET微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注釋03CF408003DSPoe，Ace，ARce003D堆棧地址寫入A和AR03D0276103FINC，SV，ARoe'，RD，DRce'003F地址加1，同時(shí)讀數(shù)03FC4000040DRoe，PCce0040DR值存入PC0407C000000Soe，SPce0000堆棧存入新地址三、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果1、測(cè)試內(nèi)容：直接尋址測(cè)試程序：CALL000AH機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令0030035ACALL000AH運(yùn)行結(jié)果及分析：首先，微指令的執(zhí)行次序?yàn)椋?01—>002—>003—>006—01B—>01F—>024—>025—>026—>007—>07A—>047—>048—>049—>04A—>000，參照取指令、取操作數(shù)和CALL指令執(zhí)行微流程分析，所執(zhí)行的微指令的次序是正確的。2、測(cè)試內(nèi)容：相對(duì)尋址測(cè)試程序：JMP+2機(jī)器碼：內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令003002180002JMP+2運(yùn)行結(jié)果及分析：3.測(cè)試程序：PUSH0010HPOP0012H//0010存放AAAA機(jī)械碼：031A0010033A0012內(nèi)存地址(H)機(jī)器碼(H)匯編指令0030031A0010033A0012PUSH0010HPOP0012H運(yùn)行結(jié)果及分析：第六天檢查指令一、設(shè)計(jì)目標(biāo)用綜合應(yīng)用程序測(cè)試JU-C1十六位微程序控制計(jì)算機(jī)。二、測(cè)試程序、數(shù)據(jù)及運(yùn)行結(jié)果測(cè)試程序：MOV#0031H,0080H077A00310080PUSH0080H031A0080CALL0060H035A0060SHL0080H005A0080運(yùn)行結(jié)果及分析：總結(jié)這次計(jì)算機(jī)組成原理簡(jiǎn)單微程序的設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)將實(shí)際問題和課本內(nèi)容嚴(yán)密的聯(lián)系在一起，將知識(shí)運(yùn)用到了實(shí)際之中，更加深入地掌握了微程序設(shè)計(jì)。課本的知識(shí)是