计算机组成原理——TEC-2机微程序设计实验

- 日理万妓 2023-10-01 12:58 22阅读 0赞

## 《计算机组成原理》 ##

<table style="margin-left:14.4pt;width:673px;"> 
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 <td style="border-color:#000000;width:213.5pt;"> 实验名称: TEC-2机微程序设计实验 </td> 
 <td style="border-color:#000000;width:322px;"> 实验地点：10-413 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">一．实验目的</h4> 比较深入透彻地学懂计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成、设计的具体知识。理解动态微程序设计的概念。 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">二．实验原理</h4> 1.TEC-2机的控制器部件的组成 TEC2机控制器部件的关键内容包括: (1)由7片S6116随机读写存储器芯片组成的56位字长的徽程序控制存储器，用于存放TEC-2机的微程序。其内容在刚加电时不定，加电后将首先从2片ROM(LS2716芯片)中读出固化的、用于实现53条机器指令的做程序，经组织后写入这一控制存器，这一过程称为装入微码。装入完成后，将从监控程序的零地扯执行指令，完成TEC-2机的启动过程。这之后，还可以用LDMC指令按規定的办法向控制存俙器写入新的微程序，以实现新的机器指令。从简化逻辑框图上可以看到，控制存儲器的地址为µRA9～O，读出的信息送微指令流水线寄存器PLR。 (2)做指令寄存器PLR由7片8位的寄存器芯片(6片LS374和1片LS273)组成，用于存放当前做指令的内容，更具体的说明将在后面给出。 (3)微程序定序器AM2910芯片(其内部结构、引脚信号和运行原理等稍候详细说明)，是做程序控制器中非常关鍵、也是稍微难懂一点的部分。在学习中要正确理解。它的核心功能是依据机器的运行状态与当前微指令的有关内容等，正确地形成下一条微指令的地址，以保证微程序按要求的微指令序列关系自动地逐条衔接执行。 (4)程序计数器PC和当前指令地址寄存器IP，是用运算器通用寄存器组中的两个选定的寄存器R5和R6实现的，这在图上见不到。 (5)指令寄存器IR，用于存放当前正在执行的指令内容。 (6)为AM2910提供输入地址信号的配套线路，包括 ①由两片S2716ROM芯片组成的MAPROM，它变指令寄存器中的操作码转换成一段微程序的入口地； ②由片S125和1片S244组成的接收内部总线的IB9～O信号的选择门电路，它把由水平板上的开关提供的微指令地址送AM2910的地址输入端； ③由1片LS125和微指令寄存器的PLR55～48组成的一组地址输入，把当前微指令中的后续地址B55～46送入AM2910的地址输入端:请注意，1片LS125(共4位独立的输入和输出端)分成两组(每组两位)分别用于②和③两项用途。 这三组信号均为10位宽，且为互斥关系，分别由AM2910芯片提供的3个互斥控制信号/MAP、/VECT和/PL加以选通。 (7)由AM2910芯片的10位地址输出信号驱动的配套电路，包括 ①由一片LSI75和一片LS374寄存器组构成的记亿电路，用于保存当前微指令的地址，其输出仅送往显示灯部分，以显示当前微指令的地址 ②由3片LS257(四位的二选一电路)芯片构成的微控存的地址选择形成电路，它实现在AM2910的10位输出地址与存储器地址寄存器的低10位地址之间的选择，结果送往微控存的地址输入端，用于完成微控存单元的读写操作;选择信号是Smux。 ③与此有关的还有3片计数器芯片1s161组成的地址计数器电路，其输出(共10位)通过两片LS244与刚提到的3片LS257的10位输出形成“线或＂关系，用计数器的一个输出端Y11实现二者之间的选择，Y11为0时，pRA9pRAO是计数器的输出信号，提供完成装入微码过程的微控存的地址，Y11为1时，表明装入微码的过程已结束，微控存的地址uRA9uRA0为3片LS257的输出信号，以完成机器指令运行过程中的微控存的读、写(写仅用于LDMC指令)操作。 (8)由2片LS2716ROM芯片组成的、固化的微码保存电路及读写控制电路。这是为机器加电后完成装入微码所配备的专用线路，除2片LにS2716外，还有前边提到的3片LS161芯片(计数器)，1片LS61芯片，2片LS244、1片Gal20v8、1片LS74、1片LS23和1片LS00.其连接关系在逻辑线路图(二)的右下部分。 2.TEC-2机控制器部件实现中的一些技术问题 这部分内容叙述较多，详见《实验指导书》P96。 3.具体实现的微程序微代码 （1）加法 MEM-&gt;AR,PC+1-&gt;PC: 0000 0E00 A0B5 5402 MEM-&gt;AR: 0000 0E00 10F0 0002 MEM-&gt;Q: 0000 0E00 00F0 0000 PC-&gt;AR,PC+1-&gt;: 0000 0E00 A0B5 5402 MEM-&gt;AR: 0000 0E00 10F0 0002 MEM+Q-&gt;Q: 0000 0E01 00E0 0000 Q-&gt;MEM,CC#=0: 0029 0300 1020 0010 （2）减法 MEM-&gt;AR,PC+1-&gt;PC: 0000 0E00 A0B5 5402 MEM-&gt;AR: 0000 0E00 10F0 0002 MEM-&gt;Q: 0000 0E00 00F0 0000 PC-&gt;AR,PC+1-&gt;: 0000 0E00 A0B5 5402 MEM-&gt;AR: 0000 0E00 10F0 0002 MEM-Q-&gt;Q: 0000 0E01 02E0 0000 Q-&gt;MEM,CC#=0: 0029 0300 1020 0010 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">三．实验内容：</h4> 选定指令操作码，指令格式，设计一条指令，其功能是把用绝对地址表示的内存单元 A中的内容与内存单元B中的内容相加，结果存放在B单元中。 1、通过以下实例熟悉微指令的装入、新指令的运行及测试。 把用绝对地址表示的内存单元ADDR1的内容与内存单元ADDR2中的内容相加，结果存放到内存单元ADDR2中。 <img alt="" height="148" src="https://img-blog.csdnimg.cn/8c8ba94793dd49cdae62eaa52e5bd73e.png" width="374"> ⑴ 编写微程序 PC→AR，PC+1→PC； &nbsp;0000 0E00 A0B5 5402 MEM→AR； &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;0000 0E00 10F0 0002 MEM→Q； &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;0000 0E00 00F0 0000 PC→AR，PC+1→PC； &nbsp;0000 0E00 A0B5 5402 MEM→AR； &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;0000 0E00 10F0 0002 MEM+Q→Q； &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;0000 &nbsp;0E01 00E0 0000 Q→MEM，CC#=0；0029 0300 1020 0010 ⑵ 启动TEC-2机，进入监控程序状态，输入微程序到内存中。写入微码时，每条微指 令的前8位补全0，补齐64位。 ① 用“E”命令将微码写入内存, 本例写入0900H开始的内存区域。 &gt;E900↙ 屏幕显示： 0900：&nbsp; 之后继续输入：（每个数值间用空格键分开，输入完毕用回车键） 0000&nbsp; 0E00&nbsp; A0B5 &nbsp;5402&nbsp; &nbsp;0000 0E00&nbsp; 10F0&nbsp; 0002&nbsp; 0000&nbsp; &nbsp;0E00 00F0&nbsp; 0000&nbsp; 0000&nbsp; 0E00 &nbsp;&nbsp;A0B5 5402&nbsp; 0000&nbsp; 0E00&nbsp; 10F0&nbsp; &nbsp;0002 0000&nbsp; 0E01&nbsp; 00E0&nbsp; 0000&nbsp; &nbsp;0029 0300&nbsp; 1020&nbsp; 0010↙ ② 用“D”命令检查写入是否正确 &gt;D900↙ 屏幕显示： 0900 0000&nbsp; 0E00&nbsp; A0B5 &nbsp;5402&nbsp; 0000&nbsp; 0E00&nbsp; 10F0&nbsp; 0002 0908 0000&nbsp; 0E00&nbsp; 00F0&nbsp; 0000&nbsp; 0000&nbsp;&nbsp; 0E00&nbsp; A0B5 5402 0910 0000&nbsp; 0E00&nbsp; 10F0&nbsp; 0002&nbsp; 0000&nbsp;&nbsp; 0E01&nbsp; 00E0 0000 0918 0029&nbsp; 0300&nbsp; 1020&nbsp;&nbsp; 0010 &nbsp;┉ ⑶ 装入微码 将内存存放的微程序装入到控制存储器中，由专用指令LDMC完成。 ① 用“A”命令输入用于装入微程序的汇编程序 &gt;A800↙ 0800：MOV&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Rl，900&nbsp;&nbsp; ；900：微码在内存的起始地址 MOV &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;R2，7 ；7：微程序长度 MOV &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;R3，100&nbsp;&nbsp; ；100：微程序在控存的起始地址（为什么是“100”） LDMC&nbsp;&nbsp;&nbsp; ；装入微码指令 RET ② 用“G”运行上述程序 &gt;G800↙ 执行后，微码便装入到起始地址为0100H的微程序控制存储器中 ⑷ 输入验证程序，运行新指令 ① 用“A”命令输入程序 &gt;A820 屏幕将显示： 0820： 之后继续输入： MOV R0，0023 MOV [A00]，R0 MOV [A01]，R0 0826：NOP NOP NOP 0829：RET ② 用“E”命令将 NOP填充位置改为新指令码 &gt;E826↙ 屏幕显示： 0826： 之后输入： D400 0A00 0A01↙ ③ 用“U”命令查看输入的程序 &gt;U820↙ 屏幕显示： 0820: 2C00 0023 &nbsp;&nbsp;MOV &nbsp;&nbsp;R0，0023 0822: 3400 0A00 &nbsp;&nbsp;MOV&nbsp;&nbsp; [0A00]，R0 0824: 3400 0A01 &nbsp;&nbsp;MOV&nbsp;&nbsp; [0A01]，R0 0826: D400 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;DW &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;D400 0827: 0A00 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ADC &nbsp;&nbsp;&nbsp;R0，R0 0828: 0A01 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;ADC R0，R1 0829: AC00 &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;RET ┇ ④ 用“G”命令执行验证程序 &gt;G820↙ ⑸ 观察运算结果 由“D”命令检查&nbsp; 0A00、0A01单元内容 &gt;DA00↙ 屏幕显示： 0A00 0023 0046┉ 0A01单元内容为&nbsp; 0046，即为正确的运算结果 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">四.&nbsp; 实验器材</h4> 1.&nbsp;&nbsp;&nbsp; TEC-2机一台，电脑一台 2.&nbsp;&nbsp;&nbsp; TEC-2模拟软件一套 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">五.&nbsp; 实验结果分析</h4> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; <img alt="" height="327" src="https://img-blog.csdnimg.cn/97245a881371489fb8c6b1bc3ef35db5.png" width="467"> <img alt="" height="257" src="https://img-blog.csdnimg.cn/f61e10a923114c8ea297e7dd5ae7c1fe.png" width="470"> <img alt="" height="572" src="https://img-blog.csdnimg.cn/13815ce3d8ec4b8e9fc29425415f98ef.png" width="545"> </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> <h4 style="margin-left:0px;text-align:justify;">六.&nbsp; 实验心得</h4> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 此次实验，使用TEC-2仿真机器学习了怎样设计一条微指令，实现算术和逻辑运算，学习了如何编写程序和指令。通过本次实验，能够深入透彻地学懂计算机各种指令的执行过程，以及控制器的组成、设计的具体知识。理解动态微程序设计的概念。本次实验，收获颇多，对今后的学习有较大的帮助。 </td> 
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 <td colspan="2" style="border-color:#000000;vertical-align:top;width:670px;"> </td> 
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