《计算机组成原理A》课程设计性实验报告开课实验室：计算机组成原理实验室年月日实验题目指令扩展实验一、实验目的深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。

二、设备与环境TEC-XP+教学机，微机(装有Windows XP、ISPLEVER、ispVM System等软件)。

三、实验内容在现有的基本指令系统上，扩展2条指令，分别是：指令一：NXOR DR,SR ，其功能是（DR⊕SR） DR 。

指令二: SWRM DR,[SR] ,其功能是DR与[SR]的值互换，实现寄存器与内存单元（通过间接寻址方式）之间的数据传送。

四、实验步骤1、CPU模型2、微程序控制器组成原理框图3、机器指令与微指令关系① PC:存放下一条机器指令的地址（向指令存储器提供指令地址）。

②指令存储器：（存放所有机器指令），经地址译码，选中相应存储单元，取出相应机器指令，送入指令寄存器IR。

③指令寄存器IR：存放正在执行的机器指令。

机器指令包含两个字段：操作码（OP）、地址码。

④由操作码（OP）映射得到微地址（译码过程），即机器指令所对应的微程序入口地址，存入微地址寄存器。

⑤控制存储器存放所有的微程序，经地址译码读出一条微指令。

⑥由控制存储器读出的一条微指令存入微指令寄存器。

4、教学机TEC-XP的控制器提供的控制信号（微指令格式）① B0-B5字段：DC1:CPU内部总线数据来源选择控制，详见表1-1；DC2:专用寄存器接收控制，详见表1-2。

② B6-B11字段：SSH SCI:最低进位输入、移位输入控制信号，详见表2-1；SST：状态寄存器控制信号，详见表2-2。

③ B12-B19字段：A口：0000表示不使用寄存器，1000表示取IR中的SR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）；B口：0000表示不使用寄存器，1000表示取IR中的DR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）。

表1-1 DC1-CPU 内部总线数据来源选择 表1-2 DC2-专用寄存器接收控制表2-1 状态寄存器 表2-2 最低进位输入、移位输入控制信号④ B20-B28字段：I5-I3，I8-I6,I2-I0，为Am2901的9位控制码，详见下表3-1。

⑤ B29-B31字段：/MIO REQ /WE 对内存和I/O 接口读写控制：/MIO （0：有内存或串口的读写，1：无） REQ （0：读写内存， 1：读写串行口） /WE （0：写操作， 1:读操作）DC1编码 译码信号操作说明000 /SWTOIB 送开关内容到内部总线 001 /RTOIB 送ALU 输出到内部总线 010 /ETOIB 送IR 低位字内容到内部总线 011 /FTOIB 送程序状态字到内部总线 100 / 16位机不用 101 / 16位机不用110 /INTV 送中断向量到内部总线 111NC无操作DC1编码 译码信号 操作说明000 NC 无操作001 /GIR 指令寄存器接收 010 / 16位机不用 011 /GAR 地址寄存器接收 100 /INTR 恢复中断优先级 101 /INTN 接收中断优先级 110 /EI 用于开中断指令 111/DI用于关中断指令SSH SCI Cin/Shift 000 Cin = 0 001 Cin = 1 010 Cin = C 100 逻辑移位 101循环移位SST C Z V S 000 C ZVS 001 CyZR OV F15010 内部总线 011 0 Z V S 100 1 Z V S 101 RAM0 ZV S 110 RAM15 Z V S 111Q0ZVSI8-I6:运算结果处理I5-I3: 运算功能I2-I0:数据来源编码 通用寄存器 Q 寄存器 Y 的输出 R S 000 F →Q F R+S A Q 001 F S-R A B 010 F →B A R-S 0 Q 011 F →B F R ∨S 0 B 100 F/2→B Q/2→Q F R ∧S 0 A 101 F/2→B F /R ∧S D A 110 F*2→B Q*2→Q F R ∀S D Q 111F*2→BF/(R ∀S)DMRW 编码 功能 000 写内存 001 读内存 010 写串口 011 读串口1XX 无内存和串口的读写操作⑥ B32-B39字段： 顺序控制字段，CI3-CI0,SCC3-0 = 0010 0000（20H ）时，表示MAPROM 映射入口地址；CI3-CI0,SCC3-0 = 1110 0000（E0H ）时，表示顺序执行；当CI3-CI0 = 0011（3H ）时SCC3-0字段有效，此时SCC 编码及功能详见下表4-1。

⑦ B40-B47字段： 微下地址字段 5、扩展的2条机器指令的格式及功能扩展的2条机器指令的格式、功能、寻址方式、操作码编码、微程序步数、微程序入口地址如下表所示：6、指令所对应的微程序每条机器指令对应的微程序、以及每步（微指令）的功能及各字段值的意义： （1）如下表所示，为两条指令所对应的微程序：（2）扩展的两条机器指令的功能及各字段的意义如下：SCC 编码 (CI3-CI0 = 0011 时有效) 功能(下面条件满足时，使/CC = 0) 0000 必转移0010 有中断，INT=0时转移0100 C 、Z 测试，JRC 、JRNC 、JRZ 、JRNZ 指令 微指令转移条件不成立时，转移 0101 S 测试，JRS 、JRNS 指令微指令转移条件不成立时，转移 0110 IR 10 = 0时（IN ），转移 0111IR 8 = 1时（PUSH 、POP ），转移序号 格式 功能寻址方式 编码 微程序步数微程序 入口地址 1 NXOR DR,SRDR 与SR 的值异或送DR寄存器直接寻址 22H 1 80 2SWRM DR,[SR] DR 与 [SR]的值互换DR 为寄存器直接寻址,[SR]为寄存器间接寻址E9H48A序号 指令 入口 地址 下址 CI3-0 SCC3-0 MRW I2-0 I8-6 I5-3 B 口 A 口 SST SSHSCI DC2DC1 1NXOR DR,SR8030 30 4,1 3,7 8,8 1,0 0,0 2 SWRM DR ，[SR] 8A00 E0 4,3 0,0 8,0 0,0 0,0 00 E0 4,4 1,0 0,8 0,0 3,0 00 E0 1,7 3,0 8,0 0,0 0,0 30300,21,00,00,00,1指令一：NXOR DR,SR机器指令NXOR共包括一条微指令，该微指令的功能及各字段值的意义如下：①入口地址：表示该机器指令对应的微程序入口地址为80H；②下址：表示下一条机器指令的微程序入口地址为30H，并且为结束程序指令；③ CI3-0/SCC3-0：CI3-0 = 0011，表示进行条件微转移；SCC3-0 = 0000，表示必转移，即执行完该条微指令后必须转移到下一条机器指令所对应的地址；④ MRW/I2-0:MRW = 100，表示无内存和串口的读写操作；I2-0 = 001，表示数据来源于A,B两个寄存器；⑤ I8-I6/I5-I3：I8-I6 = 011，I5-I3 = 111，I8-I6表示将运算结果存入B寄存器；I5-I3表示进行异或运算；⑥ B口/A口：B = A = 1000，表示A口和B口的地址均为1000，该指令使用了A和B两个寄存器；⑦ SST/SSH SCI：该指令中SST为1，转换为二进制位001，SST的功能为设置状态寄存器的值，表示为 CZVS为C(Cy)Z(ZR)V(OV)S(F15)；SSH SCI为0，其功能是设置进位输入，转换为二进制为000，表示Cin=0；⑧ DC2/DC1：该指令中DC1和DC2分别为0,0，转换为二进制为000,000，其功能为DC1送开关内容到内部总线，DC2不进行操作。

指令二：SWRM DR,[SR]机器指令SWRM包括四条微指令，以下是四条微指令执行过程概述：①机器指令入口地址为8A，下址为00，微指令顺序执行，无内存操作，数据来源为011，运算结果送入Q寄存器，由Y口输出，进行R与S的加法操作，B口为IR的DR，不使用A口数据，状态寄存器的值不变，进位输入为0，专用寄存器无操作，送开关内容到内部总线；②微指令的入口地址为8B，下址为00，微指令顺序执行，无内存操作，数据来源为100，运算结果送入Y输出，进行R与S的加法运算，不使用B口数据，A口为IR的SR，状态寄存器的值不变，进位输入为0，地址寄存器接收数据，送开关内容到内部总线；③微指令的入口地址为8C，下址为00，微指令顺序执行，对内存进行读操作，运算器获得数据，运算结果送入B口，并由Y输出，进行R与S的或运算，B口为IR的DR，不使用A口数据，状态寄存器的值不变，进位输入为0，专用寄存器无操作，送开关内容到内部总线；④微指令的入口地址为8D，下址为30，执行完后必转，对内存进行写操作，数据来源为010，运算结果送入Y输出，进行R与S的加法运算，不使用A口与B口数据，状态寄存器的值不变，进位输入为0，专用寄存器无操作，送ALU输出到内部总线。

7、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成（1）添加指令操作码NXOR = (IR == [0,0,1,0,0,0,1,0]);SWRM = (IR == [1,1,1,0,1,0,0,1]);（2）添加入口地址添加NXOR指令的入口地址： MA80 = (Y == [1,0,0,0,0,0,0,0]);添加SWRM指令的入口地址： MA8A = (Y == [1,0,0,0,1,0,1,0]);MA8B = (Y == [1,0,0,0,1,0,1,1]);MA8C = (Y == [1,0,0,0,1,1,0,0]);MA8D = (Y == [1,0,0,0,1,1,0,1]);（3）入口地址定义对NXOR指令做如下修改：D7= !C_M&(!_MAP&(NXOR#......)#NXTADDR7&!_PL)&!Bit8;对SWRM指令做如下修改：D1= !C_M&(!_MAP&(SWRM#······)#NXTADDR1&!_PL)&!Bit8;D3= !C_M&(!_MAP&(SWRM#······)#NXTADDR3&!_PL)&!Bit8;D7= !C_M&(!_MAP&(NXOR#SWRM#······)#NXTADDR7&!_PL)&!Bit8;（4）下址定义对NXOR指令做如下修改：NXTADDR5:=!C_M&(MA80#......)&!Bit8;NXTADDR4:=!C_M&(MA80#......)&!Bit8;对SWRM指令做如下修改：NXTADDR5:=!C_M&(MA8D#......)&!Bit8;NXTADDR4:=!C_M&(MA8D#......)&!Bit8;（5）条件转移字段定义对NXOR指令做如下修改：CI0 := !C_M&(MA80#......)&NRST&!Bit8;对SWRM指令做如下修改：CI3:= !C_M&(MA8A#MA8B#MA8C#......)&NRST&!Bit8;CI2:= !C_M&(MA8A#MA8B#MA8C#......)&NRST&!Bit8;CI1:= !C_M&(MA8A#MA8B#MA8C#......)&NRST&!Bit8;CI0 :=!C_M&(MA8D#......)&NRST&!Bit8;（6）MRW定义对NXOR指令做如下修改：!_MIO00:=!(MA80#......);对SWRM指令做如下修改：!_MIO00:=!(MA8A#MA8B#......);_WE00 :=(MA8C#......);（7）I2-I0，I8-I6，I5-I3定义I200:=(MA8B#MA8C#......);I100:=(MA8A#MA8C#MA8D#......);!I000:=!(MA8A#MA8C#......);I700:=(MA8C#......);!I600 :=!(MA8B#MA8C#MA8D#MA80#......);I500 :=(MA80#......);I400 :=(MA80#......);I300 :=(MA80#......);(8）B口、A口定义B30=(MA80#MA8A#MA8C#......);A30=(MA8B#MA80#......);（9）SST/SSH SCI定义SST000:=(MA80#......);（10）DC2 DC1定义DC2_100:=(MA8B#......);DC2_000:=(MA8B#......);将源程序按如上所述修改完毕后，双击lc4256.syn，启动ispLEVER软件，之后双击m256c.abl文件，再双击Compile Logic进行编译，最后双击JEDEC File,生成.jed文件。