计算机组成原理课程设计 江苏大学

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

取目的操作数为寄存器寻址的微程序

MOV指令的微程序（目的数寄存器寻址）

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

据指令的编码规则，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001→002→003→004→00B→00F→016→006→018→007→031→02D→

02E→000，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000B（uAR＝000B）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0000→0031, AR 的数据由上一条微指令的结果

0030→0031，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，从而达到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验数据的分析工作，否则就失去

了实验的意义。

1、测试内容：立即数寻址、寄存器寻址

测试指令（或程序）：MOV #0001H, R1

机器码：

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、寄存器寻址

测试指令（或程序）：MOF （0048）R1

机器码：

四、设计中遇到的问题及解决办法

在设计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

三、双操作数指令执行微程序

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，寄存器寻址，寄存器间接寻址

测试程序：MOV（0048H） R1

TEST 0048H R1

AND #0078H （R0）

ADD R1 R0

机器码：

运行结果：

五、设计中遇到的问题及解决办法

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，需要检查每步的寄存器、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

三、单操作数运算和移位指令微程序的设计

四、测试程序、数据及运行结果

1.测试内容：间接寻址

测试程序：SHL （0010）H

机器码：

运行结果：

微指令的执行次序为：001—>002—>003—>006—01B—>01F—>022—>023—>024—>025—>026—>007—>62—>02F，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：

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、POP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

POP

CALL

RET

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：

运行结果及分析：

首先，微指令的执行次序为：001—>002—>003—>006—01B—>01F —>024—>025—>026—>007—>07A—>047—>048—>049—>04A—>000，参照取指令、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：

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

运行结果及分析：

第六天检查指令

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部分突然就没了，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硬件的基本设计，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。