实验五COP2000整机实验报告.docVIP

实验五 COP2000整机实验 【实验目的】 1 牢固建立计算机的整机概念。 2 掌握机器指令与微指令的关系。 3 了解微程序的设计和特点。 4 本实验为综合性实验。 【实验要求】 1 指令的寻址方式。 2 微操作控制信号。 3 COP2000实验箱的24位控制位。 【实验步骤】 用cop2000软件设计一套指令系统 分析并验证指令系统的功能 【实验内容】 1 设计一套指令系统。 设计如下指令系统 2 验证指令系统的功能。 1．打开COP2000 组成原理实验软件，选择[文件|新建指令系统/微程序]，清除原来的指令/微程序系统，观察软件下方的“指令系统”窗口，所有指令码都“未使用”。 2．选择第二行，即“机器码1”为0000 01XX行，在下方的“助记符”栏填入数据装载功能的指令助记符“LD”，在“操作数1”栏选择“A”，表示第一个操作数为累加器A。在“操作数2”栏选择“#II”，表示第二个操作数为立即数。按“修改”按钮确认。 3．选择第三行，即“机器码1”为0000 10XX行，在下方的“助记符”栏填入加法功能的指令助记符“ADD”，在“操作码1”栏选择“A”，表示第一操作数为累加器A，在“操 作数2”栏选择“#II”，表示第二操作数为立即数。按“修改”按钮确认。 4．选择第四行，即“机器码1”为0000 11XX行，在下方的“助记符”栏填入无条件跳 转功能的指令助记符“GOTO”，在“操作码1”栏选择“MM”，表示跳转地址为MM，此 指令无第二操作数，无需选择“操作数2”。按“修改”按钮确认。因为硬件设计时，跳转指令的跳转控制需要指令码的第3 位和第2位IR3、IR2来决定，无条件跳转的控制要求IR3必需为1，所以无条件跳转的机器码选择在此行，机器码为000011XX。关于跳转 5．选择第五行，即“机器码1”为0001 00XX行，在下方的“助记符”栏填入输出数据功能的指令助记符“OUTA”，由于此指令隐含指定了将累加器A输出到输出商品寄存器，所以不用选择“操作码1”和“操作数2”，按“修改”按钮确认。 现在我们只是输入了四条指令(见下图)， 下面要做的是根据指令的功能来设计相应的微程序。 6．将窗口切换到“uM 微程序”窗口，现在此窗口中所有微指令值都是0FFFFFFH，也就是无任何操作，我们需要在此窗口输入每条指令的微程序来实现该指令的功能。 7．每个程序开始要执行的第一条微指令应是取指操作，因为程序复位后，PC 和uPC 的值都为0，所以微程序的0 地址处就是程序执行的第一条取指的微指令。取指操作要做的 工作是从程序存储器EM 中读出下条将要执行的指令，并将指令的机器码存入指令寄存 器IR和微程序计数器uPC中，读出下条操作的微指令。根据此功能，首先选中“_FATCH_” 指令的第一行，观察窗口下方的各控制信号，有“勾”表示信号为高，处于无效状态， 去掉“勾”信号为低，为有效状态。要从EM中读数，EMRD必需有效，去掉信号下面 的“勾”使其有效；读EM的地址要从PC输出，所以PCOE要有效，允许PC输出，去 掉PCOE下面的“勾”，PCOE 有效同时还会使PC加1，准备读EM的下一地址；IREN 是将EM 读出的指令码存入uPC和IR，所以要去掉IREN的“勾”使其有效。这样，取 指操作的微指令就设计好了，取指操作的微指令的值为0CBFFFFH。 8．现在我们来看把立即数装入累加器A要做哪些工作，首先要从EM 中读出立即数，并送到数据总线DBUS，再从DBUS上将数据打入累加器A中，按照这个要求，从EM中读 数据，EMRD应该有效，EM 的地址由PC 输出，PCOE必需有效，读出的数据送到DBUS， EMEN 也应有效,要求将数据存入A中,AEN也要有效，选中“LD A，#II”指令的第一 行，根据前面描述，将所有有效位下面的“勾”去掉，使其有效，这条微指令的值为 0C7FFF7H。为了保证程序的连续执行，每条指令的最后必需是取指令，取出下条将要 COP2000计算机组成原理实验仪 设计指令/微指令系统执行的指令。选中指令的第二行（第二条微指令）填入取指操作所需的有效位，（取操作描述可见第7 步）。 9．本指令为立即数加法指令，立即数加可分两步，首先从EM中读出立即数，送到DBUS， 并存入工作寄存器W 中，从EM 中读数，EMRD应有效，读EM的地址由PC输出，PCOE 要有效，读出的数据要送到DBUS，EMEN 应有效，数据存入W 中，WEN 应有效，根 据描述，选中“ADD A,#II”指令的第一行，将有效信号的“勾”去掉，使其有效，这 条微指令的值为0C7FFEFH。第二步，执行加法操作，并将结果存入A中。