计算机组成原理实验报告-控制器及微指令系统的操作与运用

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成绩：实 验 报 告课程名称：计算机组成原理实验项目：控制器及微指令系统的操作与运用姓 名：XX专 业：计算机科学与技术班 级：计算机14-6班学 号：XX计算机科学与技术学院实验教学中心2016 年 6 月 20 日实验项目名称： 控制器及微指令系统的操作与运用 1、 实验目的1.了解模型机中微指令的重要性以及如何进行设计微指令。2.熟悉COP2000的微指令设计系统。二、实验内容 1.根据实验要求用COP2000的智能化汇编语言编译器以及模型机进行微指令以及微程序设计。 2.将已经编译好的微指令和微程序下载到模型机当中进行实际操作。三、实验用设备仪器及材料计算机、伟福 COP2000系列 计算机组成原理实验系统四、实验原理 COP2000 模型机包括了一个标准 CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器 ALU、 累加器 A、工作寄存器 W、左移门 L、直通门D、右移门R、寄存器组 R0-R3、程序计数器 PC、地址寄存器 MAR、堆栈寄存器 ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存 器 OUT、程序存储器EM、指令寄存器 IR、微程序计数器 uPC、微程序存储器 uM，以及中 断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用 CPLD 来实 现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。模型机为 8 位机，数据总线、地址总线都为8 位，但其工作原理与16 位机相同。相比而 言 8 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。 模型机的指令码为 8 位，根据指令类型的不同，可以有 0 到 2 个操作数。指令码的最低 两位用来选择 R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存 储器，找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控 制位。在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个 状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有 24 位控制位以控制寄存 器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。24 位控制位分别介绍如下： XRD ： 外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR： 程序存储器 EM 写信号。 EMRD： 程序存储器 EM 读信号。 PCOE： 将程序计数器 PC 的值送到地址总线 ABUS 上。 EMEN： 将程序存储器 EM 与数据总线 DBUS 接通，由 EMWR 和 EMRD 决定是将 DBUS 数据写 到 EM 中，还是从 EM 读出数据送到 DBUS。 IREN： 将程序存储器 EM 读出的数据打入指令寄存器 IR 和微指令计数器 uPC。 EINT： 中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。 ELP： PC 打入允许，与指令寄存器的 IR3、IR2 位结合，控制程序跳转。 MAREN：将数据总线 DBUS 上数据打入地址寄存器 MAR。 MAROE：将地址寄存器 MAR 的值送到地址总线 ABUS 上。 OUTEN：将数据总线 DBUS 上数据送到输出端口寄存器 OUT 里。 STEN： 将数据总线 DBUS 上数据存入堆栈寄存器 ST 中。 RRD： 读寄存器组 R0-R3，寄存器 R?的选择由指令的最低两位决定。 RWR： 写寄存器组 R0-R3，寄存器 R?的选择由指令的最低两位决定。 CN： 决定运算器是否带进位移位，CN=1 带进位，CN=0 不带进位。 FEN： 将标志位存入 ALU 内部的标志寄存器。 X2： X2、X1、X0 三位组合来译码选择将数据送到 DBUS 上的寄存器。 X1： X0： WEN： 将数据总线 DBUS 的值打入工作寄存器 W 中。 AEN： 将数据总线 DBUS 的值打入累加器 A 中。 S2： S2、S1、S0 三位组合决定 ALU 做何种运算。 S1： S0：微指令集实例：5、 实验操作步骤1. 回顾前面所学知识2. 利用控制信号知识及微指令实例设计新汇编指令集通过调节控制信号，完成微指令设计3. 用新设计的汇编指令集设计程序，并成功运行4. 此程序完成功能如下：将33H，44H，55H分别写入30,31,32空间，将最大值存入35空间编写程序如下：CHS A,#33HCHS 30H,ACHS A,#55HCHS 31H,ACHS A,#77HCHS 32H,ACHS A,31HCHS 35H,ACHS A,30HTEST A,35HJCC NEXT1CHS 35H,ANEXT1:CHS A,32HTEST A,35HJCC NEXT2CHS 35H,ANEXT2:END5. 检查是否成功执行，验证新设计的指令集的正确性深入理解cpu运行过程6、 实验结果分析此处为了避免“顺序执行时即使逻辑错误也会出现正确结果”，特意调整处理顺序，以加强运行结果的可信度，调整顺序如下，先访问31空间，然后是30，最后是32空间。运行结果展示：设计的微指令系统微指令细节：微指令执行过程 关 键 词： 计算机 组成 原理 实验 报告 控制器 指令系统 操作 运用

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