微程序控制和设计

课程名称：计算机组成原理实验
实验项目：微程序控制和设计
姓名：舒鹏
专业：网络工程
班级：11-3
学号：1104020321
计算机科学与技术学院
实验教学中心
2013 年6月24日
实验项目名称：微程序控制和设计
一、实验目的
综合运用所学计算机原理知识，设计微程序实现题目规定的指令。

二、实验内容
在做综合实验时，可以用COP2000计算机组成原理实验软件输入、修改程序，汇编成机器码并下载到实验仪上，由软件控制程序实现单指令执行、单微指令执行、全速执行，并可以在软件上观察指令或微指令执行过程中数据的走向、各控制信号的状态、各寄存器的值。

COP2000软件的使用方法见第七章“COP2000集成开发环境使用”。

也可以用实验仪自带的小键盘和显示屏来输入、修改程序，用键盘控制单指令或单微指令执行，用LED或用显示屏观察各寄存器的值。

实验仪上的键盘使用方法见第六章“实验仪键盘使用”。

在用微程序控制方式做综合实验时，在给实验仪通电前，拔掉实验仪上所有的手工连接的接线，再用8芯电缆连接J1和J2，控制方式开关拨到“微程序控制”方向。

若想用COP2000软件控制组成原理实验仪，就要启动软件，并用快捷图标的“设置”功能打开设置窗口，选择实验仪连接的串行口，然后再按“连接COP2000实验仪”按钮接通到实验仪。

微指令格式：
模型机的指令码为8 位，根据指令类型的不同，可以有0 到2 个操作数。

指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。

而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。

在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。

模型机有24 位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。

2）完成对R0，R1，R2，R3这四个寄存器的排序工作，按R0-R3降序排序。

3）排序采用冒泡排序法，分别对于R0和R1，R1和R2，R2和R3，三个关系进行判断。

若一个关系的前者小于后者，则通过stack寄存器交换两者的值，若前者大于后者，则继续进行下一个关系的大小判断。

三个关系依次判断一遍之后，可以保证四个数的最小的数在R3中。

再对于三个关系依次判断一遍之后，可以保证第二小的数在R2中，再对于三个关系依次判断一遍之后，可以保证第三小的数在R1中，此时最大的数就在R0中，排序完成。

4）循环执行了三次，用一个数记住循环计数，这个数存在EM中。

每次执行一次循环之后就减1，当循环计数为0时，程序结束。

指令/微指令表：
指令表
三、实验用设备仪器及材料
COP2000实验仪、导线若干、系统计算机。

四、实验原理
在综合实验中，模型机作为一个整体来工作的，所有微程序的控制信号由微程序存储器uM输出，而不是由开关输出。

在做综合实验之前，先用8芯电缆连接J1和J2，这样实验仪的监控系统会自动打开uM的输出允许，微程序的各控制信号就会接到各寄存器、运算器的控制端口。

此综合实验使用的指令是模型机的缺省指令/微指令系统。

六、实验结果分析
实验1：数据传送实验/输入输出实验
1．在COP2000软件中的源程序窗口输入下列程序
2．将程序另存为EX1.ASM，将程序汇编成机器码，反汇编窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。

3．按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。

给出EX1.ASM程序跟踪结果。

实验2：数据运算实验（加/减/与/或）
1．在COP2000软件中的源程序窗口输入下列程序
2．将程序另存为EX2.ASM，将程序汇编成机器码，反汇编窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。

3．按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。

给出EX2.ASM程序跟踪结果。

4．在了解数据运算的原理，可以加上一些数据传输指令给累加器A或寄存器R?赋值，再运算，并观察运算结果。

练习：综合运用实验1与实验2的相关功能操作完成任务。

将立即数44H，77H，33H，55H分别送入寄存器R0，R1，R2，R3中，立即数11H 送入累加器A中，并完成下面的运输操作：
MOV R0, #44H
MOV R1, #77H
MOV R2, #33H
MOV R3, #55H
MOV A, #11H
ADDC A, R1
SUB A, @R1
AND A, #55H
OR A, 02H
IN
OUT
END
1）按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行下面每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC及uPC如何工作。

给出EX2.ASM程序跟踪结果。

ADDC A, R1
SUB A, @R1
AND A, #55H
OR A, 02H
5）实现寄存器R0，R1，R2，R3的数据相加。

MOV R0, #44H
MOV R1, #77H
MOV R2, #33H
MOV R3, #55H
MOV A, R1
ADD A, R2
ADD A, R3
ADD A, R0
IN
OUT
END
试验二：
对于存放在R0~R3中的数进行排序，有序的存回R0~R3。

分析：
对待比较两个数采用减法比较大小，然后按照顺序存回。

针对排序过程可采用不同排序方法，如：冒泡排序，快速排序等。

并可以查看不同排序方法在实验仪器上的效率。

这个实验过程涉及到数大小比较，数据存储，程序跳转控制，这些过程均能在COP2000
计算机组成原理实验仪上完成。

在数据结构中，我们学习了对数字排序的不同算法，并详细学习了算法复杂度。

但是针对我们使用的计算机不能体会到不同算法在时间上的不同。

此次试验能够具体体会算法之间在时间复杂度上的区别。

有一定的实验意义。

综上所述：本次试验目标至少做出一种排序方法，并在此基础之上比较各种排序方法的效率。

试验代码为：
MOV R0 ， #37H
MOV R1 ， #17H
MOV R2 ， #29H
MOV R3 ， #41H
MOV A ， #03H
MOV 02H， A
LOOP：
MOV A ，R0
SUB A ， R1
JC S0
M1：
MOV A ，R1
SUB A ， R2
JC S1
M1：
MOV A ，R2
SUB A ， R3
JC S2
M3：
SUB A ，#01H
JC S3
JMP LOOP
S0：
MOV A ，R0
PUSH R0
MOV R1 ， A
POP R1
DCY
JMP M1
S1：
MOV A ，R1 PUSH R1 MOV R2 ， A POP R2
DCY
JMP M2
S2：
MOV A ，R2 PUSH R2 MOV R3 ， A POP R3
DCY
JMP M3
S3：
IN
OUT
END。