山东大学软件学院计算机组成原理课程设计整机实验

Posted 2021-05-24 叶卡捷琳堡

文章目录

• • 一、实验时间
  • 二、实验任务
  • 三、对JO指令要求的理解
  • 四、JO指令的实现方法
  • 五、实验中遇到的其它问题
  • • 5.1 机器吞微指令的问题

一、实验时间

2021年5月6日星期四，第10周
2021年5月14日星期四，第11周

二、实验任务

完成计组整机实验的拓展功能1：JO指令的实现

三、对JO指令要求的理解

一开始的时候，我对拓展功能1的理解出现了错误。我以为A4地址是通过相对寻址方式加出来的，然后往里存FF，结果事实上A4是固定的，不是通过相对寻址得到的

后来向老师询问后发现应该按如下理解

1. 加法执行结束后，四个状态位将打入PSW寄存器，并显示在控制台的灯上
2. 如果加法不溢出，则顺序执行，不往A4地址中存任何数据（A4中保持初始值不变）
3. 如果加法溢出，则根据相对偏移量跳转到STORE指令，并向A4地址中存FF

JO指令的第一个字长为操作码+0000，第二个字长为相对寻址的偏移量
而老师要求我们根据偏移量去寻找的是STORE指令，这个STORE指令专门负责往A4地址中存FF

在上学期的课本中，相对寻址找的是操作数的地址，但在真正的计算机中，相对寻址经常作为跳转指令的偏移量，进行指令的跳转。也就是说，在本次课设的要求里，通过相对寻址找的是STORE FF A4这个指令，而不是像上学期课本里写的那样找操作数

STORE FF A4这个指令的地址通过相对寻址方式找到，即STORE的地址 = 当前PC值 + 偏移量

注意：如果不溢出，内存中的数据是不会改变的，不能理解为不溢出往内存里写00，溢出往内存里写FF

四、JO指令的实现方法

关于JO指令的实现，有两种理解，我的实现思路是利用了三条指令

1. CMP指令：用于判断是否溢出，如果不溢出则顺序执行，如果溢出则跳转至JO指令
2. JO指令：只有有溢出的时候才会执行JO指令，取出JO第二字长的相对偏移量后，过ALU作加法，将PC置为STORE指令的RAM地址
3. STORE FF A4指令：将FF存入A4，存完后重置PC的值，跳转至乘法指令执行乘法

具体的电路图及其解释

实现JO指令的关键在于实现条件判断，如何实现有溢出就跳转，不溢出就顺序执行呢？

我采用的方法是，如果溢出，则将PC置数，置为要跳转的指令的RAM地址。如果不溢出，则PC+1
不论PC置数或PC+1都需要CPPC这个打入脉冲，而控制PC置数或+1取决于LD管脚的值，如果LD为1，则给脉冲PC+1，如果LD为0，则给脉冲PC置数
所以在这里，我利用了微指令中的一位（取名LOADPC）和溢出位V，共同决定LD的值
只有当LOADPC = 1，且V = 1时，与非门的输出才为0，此时PC为置数模式
而其它情况下，PC都为+1模式
这样就实现了一条微指令控制PC+1或PC置数，从而成功实现条件跳转

另一种关于JO指令的理解

实现溢出跳转只需要两条指令

• JO指令：用于判断是否溢出，如果不溢出，则顺序执行。如果溢出，则根据相对寻址找STORE指令的地址，并跳转到STORE
• STORE FF A4：将FF存入A4地址中

我个人认为两种都可以，第二种好像更简单一些，虽然我用了第一种方法

关于STORE FF A4指令

我个人认为这全凭个人设计，只要能实现功能就可以了
我自己设计了4字长的STORE指令
第一字长为OP+低四位
第二字长为A4
第三字长为FF
第四字长为执行完STORE指令后要跳转的RAM地址

五、实验中遇到的其它问题

5.1 机器吞微指令的问题

在一开始微指令较少的情况下，连续脉冲执行指令一切正常，不会出现任何问题，但当加上了乘法指令和JO之后，用单脉冲测试时全部正确，但连续脉冲会在乘法指令执行到一半时突然微指令显示为全0，接着跳转到取指周期取指，也就是微指令根本不执行完就跳转。
后来问了老师之后，老师说有可能是因为机器老化+负载过大，导致连续脉冲有时候会出现问题，在听取老师让我换启动电路的建议后，连续脉冲执行正常

在本次课设中，启动电路一共有两个，我之前用的是另一个，在更换为下面这个二分频的启动电路后，连续脉冲执行正常

这个问题不是每个人都碰到，如果有遇到单脉冲执行完全正常，但是连续脉冲出现问题的情况，可以考虑更换一下启动电路