计算机组成原理课程设计(江苏大学最新版).docx

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1、优质文本 江 苏 大 学计算机组成原理课程设计报告专业名称：网络工程班级学号： 3130610031学生姓名： 张 杰 指导教师： 胡广亮 设计时间：2013年6月24日2013年7月2日第一天：熟悉微程序的设计和调试方法一、设计目标1、掌握微程序的设计方法2、熟悉利用调试软件运行、调试微程序的方法二、操作提示1、连接实验设备注意：请在断电状态下连接调试电缆。2、下载FPGA配置数据从课程网站下载CPU.sof等文件，使用Quartus II Programmer 软件将CPU.sof下载到FPGA。3、输入微程序利用调试软件将微程序写入控存，微程序如下。取指令微程序取源操作数为立即数的微程序

2、取目的操作数为存放器寻址的微程序MOV指令的微程序目的数存放器寻址4、输入调机程序今天的将调机程序就是一条指令：“ MOV #0001H, R1”。首先将指令翻译成机器码，根据指令的编码规那么，该指令的编码是：0761 0001。然后利用调试软件将指令码写入主存，地址从主存的0030H开始。5、调试微程序。利用调试软件“Step按钮控制微指令单步执行，执行结果如图 2.3所示2.3 例2.1 MOV指令的单步运行跟踪数据6、分析微程序的执行结果，一般方法如下：首先分析微程序执行流程是否正确，根据前面指令微流程的设计，理论上该指令微程序的执行顺序应该是00100200300400B00F0160

3、0601800703102D02E000，通过调试软件的执行结果图 2.3可以看出，该指令微程序的微指令次序是正确的。如果执行的微指令次序不正确，那就要分析原因，检查BM和NC设置是否正确、检查uAR的各个输入信号的值是否正确，如IR、NA等。然后分析指令的运行结果。理论上本条测试指令执行完后，R1的值应该是0001。通过调试软件的执行结果图 2.3可以看出，指令执行结果是正确的。如果结果不对，就需要进一步分析每一条微指令。分析的方法是针对微指令的每一条微命令，查看相应微操作前后相关模块的数据变化是否与指令微流程一致。下面举个例子说明如何分析每条微指令的。图 2.3的微地址为000BuAR00

4、0B的控存单元所对应的内容为2008000F，即微指令为2008000F，所代表的微操作是：PCoe，ARce，即PC的内容送IB、IB的内容送AR，理论上的正确结果应该是IB=0031， AR=0031；通过图 2.3的000B单元微指令的执行结果可以看出，IB 的数据由上一条微指令的结果00000031, AR 的数据由上一条微指令的结果00300031，说明本条微指令执行结果是正确。从上面的分析可以看出，要想检查运行结果是否正确，关键是要清楚理论上正确的结果是什么。这就要求实验者对指令的微程序流程非常清楚，从而到达了理解计算机内部信息流动过程、掌握计算机工作原理的目的。所以实验者应重视实

5、验数据的分析工作，否那么就失去了实验的意义。1、测试内容：立即数寻址、存放器寻址测试指令或程序：MOV #0001H, R1机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300761 0001MOV #0001H, R1运行结果：第二天取操作数微程序的设计和调试一、设计目标设计并调试取操作数的微程序。二、取操作数微流程取目的操作数流程：三、测试程序、数据及运行结果格式如下：1、测试内容：间接寻址、存放器寻址测试指令或程序：MOF 0048R1机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300721 0048 0058 0001MOF 0048R1运行结果：四、设计中遇到的问题及解决方法在设计

6、过程中开始对调试程序的运行不熟悉，不是很了解了此程序的运行。在操作过程中，粗心导致了输入机器码的错误，或者是所在位置错误，重新输入解决了此问题。我详细地了解了它的整个过程和对于每一步的分析和验证，对微程序设计有了更深入的了解。第三天 双操作数指令的微程序设计与调试一、设计目标设计并调试运算指令的微程序。二、双操作数指令微程序入口地址指令助记符指令编码入口地址HFEDCBA9876543210MOVsrc, dst000001源地址码目的地址码031ADDsrc, dst000010源地址码目的地址码032ADDCsrc, dst000011源地址码目的地址码033SUBsrc, dst0001

7、00源地址码目的地址码034SUBBsrc, dst000101源地址码目的地址码035CMPsrc, dst000110源地址码目的地址码036ANDsrc, dst000111源地址码目的地址码037ORsrc, dst001000源地址码目的地址码038XOR src, dst001001源地址码目的地址码039TESTsrc, dst001010源地址码目的地址码03A三、双操作数指令执行微程序微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释007000008004044指令执行入口0489870006FTRoe, ADD, PSWce, SV006FADD04C98B0006FTRoe,

8、ADDC, PSWce, SV006FADDC05098F0006FTRoe, SUB, PSWce, SV006FSUB0549930006FTRoe, SUBB,PSWce, SV006FSUBB05898C00000TRoe, CMP, PSWce0000CMP05C9970006FTRoe, AND, PSWce,SV006FAND 0609980006FTRoe, OR, PSWce，SV006FOR0649A30006FTRoe, XOR, PSWce, SV006FXOR 06899400000TRoe, AND, PSWce0000TEST 06F00000E70NOP0070

9、回送四、测试程序、数据及运行结果1、测试内容：立即寻址，直接寻址，间接寻址，存放器寻址，存放器间接寻址测试程序：MOV0048H R1 TEST 0048H R1 AND #0078H R0 ADD R1 R0机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300721 0048 0001MOV0048H R100482B48 0001 TEST 0048H R100781F70 FFF0 0000AND #0078H R000780820ADD R1 R0运行结果：五、设计中遇到的问题及解决方法调试双操作数指令执行微程序，先要写出双操作数指令执行微程序的微地址，微命令，然后写微程序，最后上机调

10、试，判断是否正确，检查微程序运行结果是否正确是一项稍繁琐的事情，需要检查每步的存放器、标志位、总线上的地址和数据。但经过几天的熟悉，我们已慢慢熟悉掌握。第四天单操作数运算和移位指令的微程序设计与调试一、设计目标完成单操作数运算指令INC、DEC、NOT和7条移位指令微程序的设计。二、单操作数运算和移位指令微程序入口地址指令助记符入口地址H指令助记符入口地址HINC071SAR061DEC072SHL062NOT073SHR063ROL064ROR065RCL066RCR067三、单操作数运算和移位指令微程序的设计微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释092SAR1810 006F06F09

11、4SHL1820 006F06F096SHR1810 006F06F098ROL1820 006F06F09AROR1810 006F06F09CRCL1820 006F06F09ERCR1810 006F06F0A41A70006FINC, PSWce, SV006FINC0A81AB0006FDEC, PSWce, SV006FDEC0AC 19F0006FNOT, PSWce ,SV006FNOT07068000000Soe, GRSce0000存入存放器07160030072Soe, DRce0072存入dr07200052000DRoe, ARoe, WR0000存入贮存四、测试程序

12、、数据及运行结果1.测试内容：间接寻址测试程序：SHL 0010H机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300059 0010 SHL 0010H运行结果： 微指令的执行次序为：00100200300601B01F0220230240250260076202F，参照取指令、取操作数和SHL指令执行微流程分析，所执行的微指令的次序是正确的。2.测试内容：相对寻址测试程序： DEC (0001)机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300258 0001DEC (0001)运行结果及分析：第五天子程序调用、堆栈和转移指令微程序设计与调试一、设计目标完成CALL、RET、PUSH、P

13、OP和9条转移指令的微程序的设计。二、PUSH、POP、CALL、RET指令微程序的设计PUSH微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释0C0F40000C1SPoe，Ace00C1堆栈地址存入A0C102B000C2DEC，SV00C2地址减1，输出0C27C0800C3Soe，SPce，ARce00C3地址存入堆栈和AR中0C300052000ARoe，DRoe，WR0000地址写入主存POP微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释0C8B00000C9ARoe，TRce00C9AR内容存入TR0C9F40800CASPoe，Ace，ARce00CASP内容存入A和AR0CA02761

14、0CBARoe，RD，DRce，INC，SV00CB地址减1，输出0CB800800CCTRoe，ARce00CCTR内容存入AR0CC7C052000Soe，SPce，ARoe，DRoe，WR0000堆栈内容写入新地址CALL微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释0D0F40000D1SPoe，Ace00D1堆栈地址存入A0D1 B2B000D2DEC，SV，ARoe，TRce00D2地址减1， AR内容存入TR0D27C0800D3Soe，ARce，SPce00D3地址存入AR,SP0D3200300D4PCoe，DRce00D4PC内容存入DR0D484052000ARoe，DRoe

15、，WR，TRoe，PCce0000PC个数写入内存，TR内容存入PCRET微地址(H)微指令(H)微命令BMNA注释03CF408003DSPoe，Ace，ARce003D堆栈地址写入A和AR03D0276103FINC，SV，ARoe，RD，DRce003F地址加1，同时读数03FC4000040DRoe，PCce0040DR值存入PC0407C000000Soe，SPce0000堆栈存入新地址三、测试程序、数据及运行结果1、测试内容：直接寻址测试程序：CALL 000AH机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令0030035A000ACALL 000AH运行结果及分析：首先，微指令的执行

16、次序为：00100200300601B01F02402502600707A04704804904A000，参照取指令、取操作数和CALL指令执行微流程分析，所执行的微指令的次序是正确的。2、测试内容：相对寻址测试程序：JMP +2机器码：内存地址(H)机器码(H)汇编指令00300218 0002JMP +2运行结果及分析：3.测试程序：PUSH 0010H POP 0012H /0010存放AAAA 机械码：031A 0010 033A 0012内存地址(H)机器码(H)汇编指令0030031A 0010 033A 0012PUSH 0010H POP 0012H运行结果及分析：第六天检查指

17、令一、设计目标用综合应用程序测试JU-C1十六位微程序控制计算机。二、测试程序、数据及运行结果测试程序：MOV #0031H,0080H 077A 0031 0080 PUSH 0080H 031A 0080 CALL 0060H 035A 0060 SHL 0080H 005A 0080 运行结果及分析：总结这次计算机组成原理简单微程序的设计，通过实验将实际问题和课本内容紧密的联系在一起，将知识运用到了实际之中，更加深入地掌握了微程序设计。课本的知识是死的，只有经过自己的动手实践调试，才能更好的掌握知识我意识到了上机实践的重要性，因为在进行调试时，因此在对于一些错误的处理还是很生疏，这就暴露

18、了平时不注重实践的弊端。既然是程序设计，就应该多动手，当然不仅仅是纸上谈兵，还应注重多上机操作。还有就是，在执行指令的过程中出现的错误，我还不能准确的定位出到底是哪地方面出现了错误，往往需要询问老师或者是思考很久之后才能找到原因。对于这点，应该是对于整个过程还不够了解的原因，因此在以后的学习中还应该加强对知识的认识程度。刚开始时，由于下载器件的问题保存微程序时中间会有一局部突然就没了，最开始还没在意，就是总发现验证时总出错，后来才知道是下载的微程序有问题，当时真的是非常的郁闷，后来在经过一翻重新检查后，终于把微程序完整的保存好了。在完成整个课设后，我对取操作数的过程，MOV指令，运算类指令，CPU硬件的根本设计，转移指令，移位指令，堆栈类指令以及中断系统都有了更加深刻的理解，因为是通过实践的缘故，能够将抽象化的过程更加形象化，便于理解，使我明确了各种指令的执行过程。我认为整个课设的设计还是很合理的，每天都有每天的任务，任务也很明确，每天都可以充分利用，后一天的内容与前一天的内容紧密相连，难度也是逐渐加深，这个循序渐进的过程更容易让我们接受。