指令系统设计课案.pdf

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。请注意,指令集里的_FATCH_是默认的,是指令入口地址。其指令是CBFFFF。如果删除,则无法通过该软件修改。图3-2指令集设计界面设计好指令集后,就可以进一步的设计微程序。微程序由四个状态周期构成,意味着程序功能的实现受到了限制,也表明功能简单需要组合实现更多的功能。图3-3微程序设计界面当然,指令设计完成后,要存档。带进位加法的操作数中有立即数,所以要将立即数读取出来并存放到ALU的W寄存器中,立即数又是暂时存取在内存单元。那么我们就知道第一步所要启用的功能,EMRD,EMEN两个使能;当然,还要WEN置零;但是立即数的存取地址我们并不知道,这个存取地址由PC提供,所以,PCOE需要置零。就此,我们完成了ADDCA,#*的第一步。6:..功能借由S2S1S0这三位实现置为010实现A+W,至于进位就交由FEN实现,这就是标志寄存器实现进位存储。当A+W后直接送入数据寄存器,接下来就是把数据寄存器的内容送到累加器A。而这只需一条指令就能完成。最后还要取下一条指令。所以这条指令的微程序就是,FFFE94,CBFFFF。,R?带进位加法的操作数中有通用寄存器,那么将通用寄存器中的数存入W寄存器中就是第一步。RRD,WEN就需要使能,剩下的就不需要。接下来,加法功能借由S2S1S0这三位实现置为010实现A+W,至于进位就交由FEN实现,这就是标志寄存器实现了进位存储。当A+W后直接送入数据寄存器,接下来就是把数据寄存器的内容送到累加器A。最后还要取下一条指令。所以这条指令的微程序就是FFF7EF,FFFE94,CBFFFF。,***@R?带进位加法的操作数中有通用寄存器间接寻址。这个实现就费些功夫,首先要在通用寄存器中存入地址,而这个地址实际上是指向内存单元。我们要做的就是将内存单元的值放入W寄存器。那么该如何实现呢?既然要内存单元的值那么肯定需要知道内容所在地址。我们将R?中的值交给MAR保管,因为读取其中的值需要MAR帮助。所以,MAREN,RRD置零。接下来,读取内存单元的值并存入W寄存器。现在EMEN,EMRD,MAROE,WEN需要置零。其中,MAROE就是将内存偏移地址给EM,并找取内存单元的值。之后,加法功能借由S2S1S0这三位实现置为010实现A+W,至于进位就交由FEN实现,这就是标志寄存器实现了进位存储。当A+W后直接送入数据寄存器,接下来就是把数据寄存器的内容送到A中。最后还要取下一条指令。四个状态周期全都用上。所以这条指令的微程序就是FF77FF,D7BFEF,FFFE94,CBFFFF。,*带进位加法的操作数中有内存单元。和寄存器的间接寻址很相似,不过差别就在于内存单元地址的获取。这个偏移地址的获取通过PCOE,EMEN,EMRD,MAREN置零,这样就将偏移地址存入MAR寄存器中。接下来,读取内存单元的值并存入W寄存器。现在EMEN,EMRD,MAROE,7:..WENMAROE就是将内存偏移地址给EM,并找取内存单元的值。之后,加法功能借由S2S1S0这三位实现置为010实现A+W,至于进位就交由FEN实现,这就是标志寄存器实现了进位存储。当A+W后直接送入数据寄存器中,接下来就是把数据寄存器的内容送到A中。最后还要取下一条指令。四个状态周期全都用上。所以这条指令的微程序就是,D7BFEF,FFFE94,CBFFFF。,#*这是辅助指令,用于将用户想存取的内容放到相应的位置。这个指令将立即数存入累加器A。首先,立即数的获取。PCOE,EMRD,EMEN置零,获取到了立即数,接着就要存储到A寄存器中。AEN置零。这个功能的实现其实只用到了一条微指令。最后还要取下一条指令。所以这条指令的微程序就是C7FFF7,CBFFFF。?,#*这个辅助指令,是将立即数放入到通用寄存器R?。首先,立即数的获取。PCOE,EMRD,EMEN置零,获取到立即数,并把数据放到数据总线上。接下来,RWD置零,立即数就写入到通用寄存器R?。最后取下一条指令。这条指令的微程序就是C7FBFF,CBFFFF。7.******@R?,#*这个指令的设计难度不亚于带进位加法寄存器间接寻址。为什么这么讲?第一,这个指令的左右操作数的寻址方式比较难以实现;第二,微指令的状态周期限制。首先,将立即数存入ST堆栈寄存器中。PCOE,EMRD,EMEN,STEN置零,由此实现立即数的存储。我们将R?中的值交给MAR保管,因为存储内存单元值需要MAR帮助。所以,MAREN,RRD置零。接着,将ST寄存器的值放入到内存单元。EMWR,EMEN,MAROE置零。选通ST寄存器,X2X1X0的值置为010。最后,再取下一条指令。这条指令的微程序就是C7EFFF,FF77FF,B7BF5F,CBFFFF。*,A8:..单元的指令,被拒绝了。(总结再详谈)寄存器A的数值存储到内存单元中只需要一条微指令足以。EMWR,PCOE,EMEN置零,目的就是指定可写的内存单元。接着就是将A的数值存放到内存中,X2X1X0置为100,目的就是将数据缓冲器输出到数据总线,S2S1S0置为111,就是直接输出A的内容到数据缓冲器中。最后,再取下一条指令。这条指令的微程序就是B7FF97,CBFFFF。注:带进位减法的指令实现,与加法的不同仅在于功能也就是S2S1S0置为101。这里就不再详细描述指令的具体实现步骤。,#*这条指令的微程序就是C7FFEF,FFFE95,CBFFFF。图3-4SUBCA,#*,R?这条指令的微程序就是FFF7EF,FFFE95,CBFFFF。9:..3-5SUBCA,R?,***@R?这条指令的微程序就是FF77FF,D7BFEF,FFFE95,CBFFFF。图3-6SUBCA,***@R?,*这条指令的微程序就是C77FFF,D7BFEF,FFFE95,CBFFFF。10:..3-7SUBCA,*简易流程图实验过程并没有截图记录,所以借用。调入你已经保存好的指令系统。Likethis,图3-8调入指令系统Step2:11:..,Likethis,图3-9输入源程序12:..:F7,执行“单微指令运行”功能,观察执行每条微指令时,数据是否按照设计要求流动,寄存器的输入/输出状态是否符合设计要求,各控制信号的状态,PC及uPC如何工作是否正确。到此为止,我们利用CPTH软件系统已经建成了一个新的指令系统/微程序。新的指令系统从汇编助记符到指令机器码到微指令都与原来的指令系统有所不同。13:..4其实设计这些指令我并没有参考其余章节的内容,就是通过第二至第四章就可以编出指令了。2,3章的内容介绍了大部分功能组件的实现,通过小键盘控制也对指令的存取运行有了一定的认识。第4章模型机的综合实验便是认识和熟悉指令,微程序的概念。本次课程设计的内容也是比较简单的,比方说这个小项目就是设计带进位加减法,并使用四种寻址方式。在综合实验中都有涉及,比较有意思的就是辅助指令的设计,因为牵涉到了立即数到寄存器的间接寻址以及立即数存到内存单元两条指令,所以就开始设计。很快,也就十几分钟,不过上机测试的时候出现了些问题,便继续纠正。不过,立即数存内存单元这个指令因为ERROR告吹。(推测是因为不支持)课程设计的内容,如果仔细琢磨的话,还是蛮有用的,对于组成原理这门课程的认识也有不小的帮助。看似简单的指令设计,其实牵涉到很多的内容。这个新版的课程设计内容,也更基础;虽然比起用汇编写程序,并且根据你写程序,设计相应的指令这个项目要简单。但重心上是回到了指令设计。设计上需要理解总线的使用调度,以免出现,地址冲突,数据传输冲突等问题。至少我是遇到了这样的问题,同样的,只设计所要求的指令会导致测试上的麻烦,没有辅助指令的输入,仍然无法实现,测试指令的时候也可以通过软件的逻辑图输入你的内容做测试。,应该是一种想法,就是目前的指令效率是最高的吗?指令的设计难道就是有一种方案吗?这个指令方案倒是可以有多个,但是效率上的改变无法得知。但有一点是可以肯定的,你的指令状态周期越少,那么效率是要高的,同时意味着你对功能的调度全面,新的表达称为性能压榨。14:..[1]:科学出版社,1994[2]平玲娣,,出版日期:2004[3](第二版).北京:科学出版社,1998[4]DJ-CPTH超强型计算机组成原理与系统结构实验指导书[5].合肥:[6]张晨曦,王志英,张春元,戴蔡,,2004[7](第二版).清华大学出版社,200215