山东大学软件学院计算机组成原理课程设计整机实验(2)
文章目录
- 一、实验时间
- 二、实验任务
- 三、对JO指令要求的理解
- 四、JO指令的实现方法
- 五、实验中遇到的其它问题
- 5.1 机器吞微指令的问题
一、实验时间
2021年5月6日星期四,第10周
2021年5月14日星期四,第11周
二、实验任务
完成计组整机实验的拓展功能1:JO指令的实现
三、对JO指令要求的理解
一开始的时候,我对拓展功能1的理解出现了错误。我以为A4地址是通过相对寻址方式加出来的,然后往里存FF,结果事实上A4是固定的,不是通过相对寻址得到的
后来向老师询问后发现应该按如下理解
- 加法执行结束后,四个状态位将打入PSW寄存器,并显示在控制台的灯上
- 如果加法不溢出,则顺序执行,不往A4地址中存任何数据(A4中保持初始值不变)
- 如果加法溢出,则根据相对偏移量跳转到STORE指令,并向A4地址中存FF
JO指令的第一个字长为操作码+0000,第二个字长为相对寻址的偏移量
而老师要求我们根据偏移量去寻找的是STORE指令,这个STORE指令专门负责往A4地址中存FF
在上学期的课本中,相对寻址找的是操作数的地址,但在真正的计算机中,相对寻址经常作为跳转指令的偏移量,进行指令的跳转。也就是说,在本次课设的要求里,通过相对寻址找的是STORE FF A4这个指令,而不是像上学期课本里写的那样找操作数
STORE FF A4这个指令的地址通过相对寻址方式找到,即STORE的地址 = 当前PC值 + 偏移量
注意:如果不溢出,内存中的数据是不会改变的,不能理解为不溢出往内存里写00,溢出往内存里写FF
四、JO指令的实现方法
关于JO指令的实现,有两种理解,我的实现思路是利用了三条指令
- CMP指令:用于判断是否溢出,如果不溢出则顺序执行,如果溢出则跳转至JO指令
- JO指令:只有有溢出的时候才会执行JO指令,取出JO第二字长的相对偏移量后,过ALU作加法,将PC置为STORE指令的RAM地址
- STORE FF A4指令:将FF存入A4,存完后重置PC的值,跳转至乘法指令执行乘法
具体的电路图及其解释
实现JO指令的关键在于实现条件判断,如何实现有溢出就跳转,不溢出就顺序执行呢?
我采用的方法是,如果溢出,则将PC置数,置为要跳转的指令的RAM地址。如果不溢出,则PC+1
不论PC置数或PC+1都需要CPPC这个打入脉冲,而控制PC置数或+1取决于LD管脚的值,如果LD为1,则给脉冲PC+1,如果LD为0,则给脉冲PC置数
所以在这里,我利用了微指令中的一位(取名LOADPC)和溢出位V,共同决定LD的值
只有当LOADPC = 1,且V = 1时,与非门的输出才为0,此时PC为置数模式
而其它情况下,PC都为+1模式
这样就实现了一条微指令控制PC+1或PC置数,从而成功实现条件跳转
另一种关于JO指令的理解
实现溢出跳转只需要两条指令
- JO指令:用于判断是否溢出,如果不溢出,则顺序执行。如果溢出,则根据相对寻址找STORE指令的地址,并跳转到STORE
- STORE FF A4:将FF存入A4地址中
我个人认为两种都可以,第二种好像更简单一些,虽然我用了第一种方法
关于STORE FF A4指令
我个人认为这全凭个人设计,只要能实现功能就可以了
我自己设计了4字长的STORE指令
第一字长为OP+低四位
第二字长为A4
第三字长为FF
第四字长为执行完STORE指令后要跳转的RAM地址
五、实验中遇到的其它问题
5.1 机器吞微指令的问题
在一开始微指令较少的情况下,连续脉冲执行指令一切正常,不会出现任何问题,但当加上了乘法指令和JO之后,用单脉冲测试时全部正确,但连续脉冲会在乘法指令执行到一半时突然微指令显示为全0,接着跳转到取指周期取指,也就是微指令根本不执行完就跳转。
后来问了老师之后,老师说有可能是因为机器老化+负载过大,导致连续脉冲有时候会出现问题,在听取老师让我换启动电路的建议后,连续脉冲执行正常
在本次课设中,启动电路一共有两个,我之前用的是另一个,在更换为下面这个二分频的启动电路后,连续脉冲执行正常
这个问题不是每个人都碰到,如果有遇到单脉冲执行完全正常,但是连续脉冲出现问题的情况,可以考虑更换一下启动电路
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