實驗報告
電腦科學與技術學院
實驗教學中心
2013 年 6月 24日
實驗專案名稱：微程式控制和設計
1、實驗目的
綜合運用所學計算機原理知識，設計微程式實現題目規定的指令。
2、實驗內容
在做綜合實驗時，可以用cop2000計算機組成原理實驗軟體輸入、修改程式，彙編成機器碼並**到實驗儀上，由軟體控制程式實現單指令執行、單微指令執行、全速執行，並可以在軟體上觀察指令或微指令執行過程中資料的走向、各控制訊號的狀態、各暫存器的值。cop2000軟體的使用方法見第七章「cop2000整合開發環境使用」。也可以用實驗儀自帶的小鍵盤和顯示屏來輸入、修改程式，用鍵盤控制單指令或單微指令執行，用led或用顯示屏觀察各暫存器的值。
實驗儀上的鍵盤使用方法見第六章「實驗儀鍵盤使用」。
在用微程式控制方式做綜合實驗時，在給實驗儀通電前，拔掉實驗儀上所有的手工連線的接線，再用8芯電纜連線j1和j2，控制方式開關撥到「微程式控制」方向。若想用cop2000軟體控制組成原理實驗儀，就要啟動軟體，並用快捷圖示的「設定」功能開啟設定視窗，選擇實驗儀連線的序列口，然後再按「連線cop2000實驗儀」按鈕接通到實驗儀。
微指令格式：
模型機的指令碼為8 位，根據指令型別的不同，可以有0 到2 個運算元。指令碼的最低兩位用來選擇r0-r3 暫存器，在微程式控制方式中，用指令碼做為微位址來定址微程式儲存器，找到執行該指令的微程式。而在組合邏輯控制方式中，按時序用指令碼產生相應的控制位。
在本模型機中，一條指令最多分四個狀態週期，乙個狀態週期為乙個時鐘脈衝，每個狀態週期產生不同的控制邏輯，實現模型機的各種功能。模型機有24 位控制位以控制暫存器的輸入、輸出，選擇運算器的運算功能，儲存器的讀寫。
2）完成對r0，r1，r2，r3這四個暫存器的排序工作，按r0-r3降序排序。
3）排序採用氣泡排序法，分別對於r0和r1，r1和r2，r2和r3，三個關係進行判斷。若乙個關係的前者小於後者，則通過stack暫存器交換兩者的值，若前者大於後者，則繼續進行下乙個關係的大小判斷。三個關係依次判斷一遍之後，可以保證四個數的最小的數在r3中。
再對於三個關係依次判斷一遍之後，可以保證第二小的數在r2中，再對於三個關係依次判斷一遍之後，可以保證第三小的數在r1中，此時最大的數就在r0中，排序完成。
4）迴圈執行了三次，用乙個數記住迴圈計數，這個數存在em中。每次執行一次迴圈之後就減1，當迴圈計數為0時，程式結束。
指令/微指令表：
指令表3、實驗用裝置儀器及材料
cop2000實驗儀、導線若干、系統計算機。
4、實驗原理
在綜合實驗中，模型機作為乙個整體來工作的，所有微程式的控制訊號由微程式儲存器um輸出，而不是由開關輸出。在做綜合實驗之前，先用8芯電纜連線j1和j2，這樣實驗儀的監控系統會自動開啟um的輸出允許，微程式的各控制訊號就會接到各暫存器、運算器的控制埠。此綜合實驗使用的指令是模型機的預設指令/微指令系統。
6、實驗結果分析
實驗1：資料傳送實驗/輸入輸出實驗
1．在cop2000軟體中的源程式視窗輸入下列程式
2．將程式另存為將程式彙編成機器碼，反彙編視窗會顯示出程式位址、機器碼、反彙編指令。
3．按快捷圖示的f7，執行「單微指令執行」功能，觀察執行每條微指令時，暫存器的輸入/輸出狀態，各控制訊號的狀態，pc及upc如何工作。給出程式跟蹤結果。
實驗2：資料運算實驗（加/減/與/或）
1．在cop2000軟體中的源程式視窗輸入下列程式
2．將程式另存為將程式彙編成機器碼，反彙編視窗會顯示出程式位址、機器碼、反彙編指令。
3．按快捷圖示的f7，執行「單微指令執行」功能，觀察執行每條微指令時，暫存器的輸入/輸出狀態，各控制訊號的狀態，pc及upc如何工作。給出程式跟蹤結果。
4．在了解資料運算的原理，可以加上一些資料傳輸指令給累加器a或暫存器r?賦值，再運算，並觀察運算結果。
練習：綜合運用實驗1與實驗2的相關功能操作完成任務。
將立即數44h，77h，33h，55h分別送入暫存器r0，r1，r2，r3中，立即數11h送入累加器a中，並完成下面的運輸操作：
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
inoutend1）按快捷圖示的f7，執行「單微指令執行」功能，觀察執行下面每條微指令時，暫存器的輸入/輸出狀態，各控制訊號的狀態，pc及upc如何工作。給出程式跟蹤結果。
addc a, r1
sub a, @r1
and a, #55h
or a, 02h
5）實現暫存器r0，r1，r2，r3的資料相加。
mov r0, #44h
mov r1, #77h
mov r2, #33h
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