张扬 计算机组成原理指令扩展实验.docx

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张扬计算机组成原理指令扩展实验

华北科技学院计算机学院综合性实验

实验报告

课程名称计算机组成原理B

实验学期2015至2016学年第二学期

学生所在院部计算机学院

年级2014专业班级软件B14-2

学生姓名张扬学号201407044210

任课教师席振元

实验成绩

计算机学院制

《计算机组成原理B》课程设计性实验报告

开课实验室：

计算机组成原理实验室2016年6月14日

实验题目

指令扩展实验

一、实验目的

深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。

二、设备与环境

TEC-XP+教学机，微机（装有WindowsXP、ISPLEVER、ispVMSystem等软件）。

三、实验内容

在现有的基本指令系统上，扩展2条指令：

ADTW、ADRM。

四、实验步骤

1、两条指令的格式及功能

写明2条指令的格式、功能、寻址方式、操作码编码、微程序步数、微程序入口地址。

（1）指令格式：

ADTWDR

功能：

DR+2->DR（DR内的值自加2）

寻址方式：

寄存器寻址

操作码编码：

10100001（A1）

微程序步数：

2

微程序入口地址：

81

（2）指令格式：

ADRMDR，[SR]

功能：

DR+[SR]->DR

寻址方式：

DR为寄存器寻址、[SR]为寄存器间接寻址

操作码编码：

11100011（E3）

微程序步数：

3

微程序入口地址：

83

2、指令所对应的微程序

每条指令对应的微程序、每步功能及各自段值得意义

（1）指令ADTWDR对应的微程序为：

入口

地址

下址

CI-0

SCC3-0

MAR

I2-0

I8-6

I5-3

B口

A口

SST

SSHSCI

DC2

DC1

81

00

E0

4，3

3，0

8，0

1,1

0,0

82

30

30

4，3

3，0

8，0

1,1

0,0

（2）指令ADTWDR，[SR]对应的微程序为：

入口

地址

下址

CI-0

SCC3-0

MAR

I2-0

I8-6

I5-3

B口

A口

SST

SSHSCI

DC2

DC1

83

00

E0

4,4

1,0

0,8

0,0

3,0

84

00

E0

4,3

0,0

8,0

0,0

0,0

85

30

30

1,6

3,0

8,0

0,0

0,0

微程序各字段的含义如下：

入口地址：

指令的微程序入口地址；

下址：

微程序执行完后下一条微程序的地址；00表示需要进行地址转移逻辑，30表示微程序结束。

CI3-0：

判别测试字段，其主要编码及功能如表1。

SCC3-0：

地址转移逻辑字符，仅当CI3-0为0011时有效。

MRW：

控制对内存和I/O接口的读写，其主要功能如下：

000，写内存；001读内存；010写串口；011读串口；1XX无内存和串口的读写操作。

I2-0：

控制数据来源，其编码及功能见表3。

I8-6：

控制对运算结果的处理，其编码及功能见表3。

I5-3：

运算功能的选择，其编码及功能见表3。

表3Am2901的9位控制码编码及功能

SST：

对CZVS的控制。

SSHSCI：

设置进位输入。

B口：

1000表示IR的DR字段，0000表示不用B口。

A口：

1000表示IR的SR字段，0000表示不用A口。

DC2：

专用寄存器接收控制，其主要编码及功能见表4-1。

DC1：

送内部总线的数据，其主要编码及功能见表4-2。

表4-1

专用寄存器接受控制

表4-2

内部总线数据来源选择控制

DC2编码

译码操作

操作说明

DC2编码

译码操作

操作说明

000

NC

不操作

000

/SWTOIB

送开关内容到内部总线

001

/GIR

指令寄存器接受

001

/RTOIB

送ALU输出到内部总线

010

/

16位机不用

010

/ETOIB

送IR地位字节内容到内部总线

011

/GAR

地址寄存器接受

011

/FTOIB

送程序状态字到内部总线

100

/INTR

恢复原中断优先级

100

/

16位机不用

101

/INTN

接受新中断优先级

101

/

16位机不用

110

/E1

用于开中断指令

110

/INTV

送中断向量到内部总线

111

/D1

用于关中断指令

111

NC

不操作

3、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成

m256c.abl源程序修改过程（10步）以及生成JED文件的整个操作过程。

ADTW=（IR==[1,0,1,0,0,0,0,1]）;//

（1）指令OP定义:

A1

ADRM=（IR==[1,1,1,0,0,0,1,1]）;//

（1）指令OP定义:

E3

MA81=（Y==[1,0,0,0,0,0,0,1]）;//

（2）微指令地址定义:

81,82

MA82=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,0]）;

MA83=（Y==[1,0,0,0,0,0,1,1]）;//

（2）微指令地址定义:

83,84,85

MA84=（Y==[1,0,0,0,0,1,0,0]）;

MA85=（Y==[1,0,0,0,0,1,0,1]）;

//（3）入口地址定义:

81（10000001）

//（3）入口地址定义:

83（10000011）

D0=!

C_M&（!

_MAP&（ADRM#ADTW#SUB#OR#CMP#MVRR#DEC#SHR#JR#PSHF#PUSH#POP#POPF

#STRR#LDRR#LDPC#MVRD#CALA#RET#IRET#DI#ASR#RCR#STC#LDRA#LDRX#STRA

#STRX#SBB#JRS#JRNS）#NXTADDR0&!

_PL）&!

Bit8;

D1=!

C_M&（!

_MAP&（ADRM#AND#OR#TEST#MVRR#SHL#SHR#IN_#OUT#POP#POPF#LDRR#LDPC

#JMPA#CALA#RET#IRET#NOT#ASR#CLC#STC#JMPR#LDRA#STRA）

#NXTADDR1&!

_PL）&!

Bit8;

D7=!

C_M&（!

_MAP&（ADTW#ADRM）#NXTADDR7&!

_PL）&!

Bit8;

（4）下址定义MA81:

00，MA82:

30（00110000）

NXTADDR5:

=!

C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E

#MA0F#MA10#MA11#MA13#MA14#MA16#MA18#MA1A#MA1C#MA1E#MA22#MA24#MA30

#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA63

#MA66#MA68#MA69#MA6A#MA82#MA85）&!

Bit8;

NXTADDR4:

=!

C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E

#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C

#MA1D#MA22#MA24#MA30#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55

#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66

#MA69#MA6A#MA82#MA85）&!

Bit8;

（5）差别测试字段定义MA81:

E0（11100000），MA82:

30（00110000）

CI3:

=!

C_M&（MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A#MA3B#MA3C

#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64#MA65#MA67#MA89#MA81#MA83#MA84）

&NRST&!

Bit8;

CI2:

=!

C_M&（MA00#MA01#MA02#MA19#MA1B#MA89#MA1F#MA20#MA21#MA23#MA3A

#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA62#MA64

#MA65#MA67#MA81#MA83#MA84）&NRST&!

Bit8;

CI1:

=!

C_M&1&1&NRST&!

Bit8;

CI0:

=!

C_M&（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E

#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA17#MA18#MA1A#MA1C#MA1D

#MA1E#MA22#MA24#MA30#MA31#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56

#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA63#MA66#MA68#MA69

#MA6A#MA82#MA85）&NRST&!

Bit8;

（6）MVR定义，MA81：

4，MA82：

4（100）

!

_MIO00:

=!

（MA00#MA01#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B

#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D

#MA1E#MA1F#MA21#MA23#MA30#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52

#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64

#MA66#MA67#MA69#MA6A#MA81#MA82#MA83#MA84）;

_WE00:

=（MA02#MA14#MA18#MA1C#MA20#MA24#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA68#MA85）;

（7）I2-0定义，MA81：

3，MA82：

3（011）

I200:

=（MA0B#MA11#MA12#MA14#MA1A#MA1B#MA89#MA1C#MA20#MA24#MA30#MA3C#MA3F#MA5A

#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA65#MA66#MA6A#MA83#MA85）;

I100:

=（MA01#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D

#MA1E#MA1F#MA20#MA21#MA22#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3E

#MA3F#MA52#MA53#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5F#MA60#MA61#MA63

#MA64#MA67#MA81#MA82#MA84#MA85）;

!

I000:

=!

（MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0E#MA0F

#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA17#MA19#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA20

#MA21#MA23#MA24#MA30#MA31#MA3B#MA3D#MA3F#MA50#MA51#MA52#MA53

#MA54#MA55#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61#MA62#MA63#MA64

#MA67#MA6A#MA81#MA82#MA84）;

（7）I8-6定义，MA81：

3，MA82：

3

I700:

=（MA00#MA01#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E#MA11#MA14#MA15

#MA17#MA1C#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA22#MA23#MA24#MA31#MA3B#MA3D#MA3F

#MA50#MA51#MA52#MA54#MA5A#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA64

#MA66#MA67#MA6A#MA81#MA82#MA85）;

!

I600:

=!

（MA00#MA02#MA03#MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C

#MA0D#MA0E#MA0F#MA10#MA11#MA12#MA13#MA14#MA15#MA16#MA18#MA19#MA1A#MA1B

#MA89#MA1C#MA21#MA24#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA3E#MA3F#MA50#MA51

#MA52#MA53#MA54#MA55#MA56#MA57#MA58#MA59#MA5A#MA5C#MA5E#MA60#MA62#MA63

#MA64#MA65#MA66#MA68#MA69#MA6A#MA81#MA82#MA83#MA85）;

（7）I5-3定义，MA81：

0，MA82：

0无

（8）B口A口定义，MA81：

8，0；MA82：

8，0

B30=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA0C#MA0D#MA0E

#MA0F#MA19#MA1C#MA50#MA51#MA52#MA53#MA54#MA55#MA63#MA81#MA82#MA84#MA85）;

A30=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0B#MA1A#MA1B#MA89#MA50#MA51

#MA5A#MA5E#MA62#MA66#MA83）;

（9）SSTSSHSCI定义，MA81：

1,1;MA82：

1,1（001,001）

SST000:

=（MA04#MA05#MA06#MA07#MA08#MA09#MA0A#MA0C#MA0D#MA0F#MA50#MA51#MA52

#MA53#MA55#MA56#MA81#MA82）;

SCI000:

=（MA00#MA01#MA05#MA09#MA0C#MA17#MA1D#MA1E#MA1F#MA23#MA31#MA53#MA54

#MA55#MA5B#MA5D#MA5F#MA61#MA67#MA81#MA82）;

（10）DC2DC1定义，MA81：

0,0;MA82：

0,0

DC2_100:

=（MA00#MA01#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21#MA23

#MA31#MA3A#MA3B#MA3D#MA58#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60#MA61

#MA62#MA64#MA67#MA83）;

DC2_000:

=（MA00#MA01#MA02#MA12#MA15#MA17#MA19#MA1B#MA89#MA1D#MA1E#MA1F#MA21

#MA23#MA31#MA3A#MA3B#MA3C#MA3D#MA59#MA5B#MA5C#MA5D#MA5E#MA5F#MA60

#MA61#MA62#MA64#MA67#MA83）;

按照如上代码对源代码进行修改后，利用JED编译软件生成.jed文件

具体操作步骤

①双击lc4256.syn，启动ispLEVER

②双击.abl文件

③双击CompileLogic进行编译

④双击JEDECFile,生成.jed文件

4、MACH编程

将JED文件下载到MACH器件的过程.

启动LatticeSemiconductor公司IspVMSystem软件，弹出主界面：

（1）连接好教学计算机上在线MACH编程电缆，打开教学计算机的电源。

（2）通过主界面的SCAN按钮找到在线编程器件。

（3）双击软件找到的设备LC4256v，通过Browse按钮选择已经编译好的JED文件，单击OK.

（4）重新回到主界面，点击GO命令进行编程，编程成功后关闭编程窗口。

五、编程验证及结果分析

编写一个验证程序，运行结果说明

1.第二条指令（ADTW）验证程序截图如下所示

分析：

上图是输入如下代码的结果：

2000:

MVRDR0,0005

2002:

INCR0

2004:

RET

2006:

E2002A110

G2000由分析可知代码最终结果正确

2.第三条指令（ADRM）验证程序截图如下所示

分析：

R1的原始值为1，后将R2值变换为7之后，执行程序，实现了R1和R2相加，将结果8送入R1中。

经过u命令进行验证，结果正确。

六、实验体会

通过本次实验，结合对以前课上对指令的理解，我更彻底的了解了指令的执行原理，在本次实验中，最重要的是对代码的修改部分，这就要建立在对每一条微指令的属性值的正确理解上，对应具体情况对每一条指令进行相应修改，从而才能正确编译，最后经过代码的验证已经编译好的文件，最终验证指令的扩展成功。

在这个过程中只要错了一步就不能完成最后的验证，经过了好几次我们才把文件修改正确完成验证。

在试验的过程中，我们充分的理解了计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910期间的功能和具体用法，教学计算机的总体组成和各部件之间的连接方法。

教师评价

评定项目

A

B

C

D

评定项目

A

B

C

D

基本部件原理清楚

操作熟练

微指令设计合理

解析完整

微程序功能正确

文字流畅

验证程序运行正确

报告规范

其他：

评价教师签名：

年月日