机算计组成原理--复杂模型机扩展指令

网络空间安全与计算机学院 计算机组成与体系结构 实验报告

一、实验目的：

通过学习复杂模型机的内容掌握机器指令的运行过程，了解指令是如何分解为微指令来一步步执行的，并通过学习能够达到自主设计微指令。

二、实验原理：

通过计算微地址来散转到制定的微指令的位置，然后在此微地址编写实现功能的微指令，一步步执行，最后进行结尾变址，来实现预想的功能。

三、实验过程及现象：

首先定下想要实现的扩展指令功能和指令码形式 扩展指令 com r0, r1 ;

功能 R0，R1先求补码在与非，最后结果存入R0

指令系统：

助记符 操作数 指令码 长度 注释

COM R0,R1 C1 1 将R0，R1中的数据，分别求补码后，进行与非操作

首先我编写的指令是COM ，指令码制定的为 C1，所以计算散转地址为 0780 ，于是COM 指令的操作需在0780 微地址处编写：

COM R0,R1 ; 指令功能是 将R0，R1中的数据，分别求补码后，进行与非操作 想要实现COM 指令，需先弄清楚 需要哪些微指令来实现这个操作。基本可以分解为如下微指令操作： 1、输入 R0，R1

2、（对R0，R1求补码）把R0取反 再 +1，把R1取反 再 +1 3、对R0，R1 进行 与非 操作

大致分好了基本的过程，下面就是具体的实现这三步的微操作了。

第一步：输入 R0，R1

实现R0，R1的输入。散转到07A0 ，编写微指令实现 从 I/O准双向口输入数据 到通用寄存器 ，R0放到通用寄存器偶CL, R1放到通用寄存器奇CH。

第二步：(R0的取补码过程，R1类似)

首先把 通用寄存器CL 的值取出到 A运算寄存器，数据传送规则为 偶送偶，对ALU中数据 取反 保存到A寄存器中，对ALU中数据 +1 保存到A寄存器中。最后把ALU中的数据保存到 通用寄存器中 暂时保存。R1进行类似的操作。

第三步：对R0，R1 进行 与非 操作

从通用寄存器取出取补码后的R0，R1。R0取出到A运算寄存器，R1取出到B运算寄

存器，进行 与 操作，保存到A运算寄存器。对A运算寄存器中的数据进行取反操作。

需要注意的是最后取反以后因为是最后一步微操作，所以微变址出需要变为 结尾变址。uPC改为 0001。

实验总览：

四、实验过程中遇到问题及解决方法：

刚开始时对于如何扩展指令一头雾水，不知道如何实现，后来慢慢的试着探索如何通过指令码来计算散转地址，发现散转地址计算方式为 指令码左移一位 + 0600 ，计算得到的散转地址即为下一步微地址要跳转的地址，如果想要编写微指令就需要散转到指定的微地址，在相应的微地址处编写。比如实验中我的指令码为C1 ,C用16位进制为0110（12），左移再加0600为 0780，（简单计算方法为 12*2 /16 = 1余8 ，所以为0780 ），所以编写指令时起始微地址为0780。

解决完散转地址的问题，下面就是如何编写微指令的问题了。

通过很久的思索和探讨，得知，首先得知道数据的源地址和目的地址，即从哪里取来的数据和操作完以后数据放到哪里。然后就是数据传送时总线的奇偶传送了，最后解决的是执行什么样的操作。

编辑器中起始已经做了相应的提示：

用o2 o1 o0来控制 目标编码选项：

用X2 X1 X0来控制 源编码选项：

用M S2 S1 S0来控制 相应的算术运算、逻辑运算：

用W XP OP 来控制 总线传送规则：

知道了这些操作以后，剩下的就是如何来 取数据、操作数据、传送数据、放置数据。就可以扩展一条指令了。

五、实验心得:

万事开头难，刚开始做实验时就是一脸懵逼，觉得以前做的实验就是简单的验证试验，没什么技术含量，但是真正到了扩展指令时，一开始还是比较蒙的，不知道该如何做了，后来慢慢来，一点点的研究，从如何计算散转地址，到了解到如何编写一条微指令，包括取

数据、操作数据、传送数据、放置数据 ，慢慢的就发现，扩展指令其实就是把这些微指令组合起来来实现一条总得指令嘛，也就感觉豁然开朗，实验起来也就是有想法就能实现，感觉还是得心应手的。通过这次实验不仅仅了解到了指令的微指令的编写过程和实现过程，更让我深刻体会到了钻研和探索的重要性，在刚开始接触一个新东西时，一定是比较蒙的，感觉无从下手，那么就不妨从头开始，一

点点的研究，慢慢的了解原理和方法，原理搞懂了那做东西只会是时间问题。没有深入的研究和探索就不会明白原理，那实现东西就无从谈起。

六、实验源码:

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6u3h.html