計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、上海大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告十三實(shí)驗(yàn)名稱：建立指令流水系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解指令流水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式。2 .編制一條可以流水方式運(yùn)行的指令。二、實(shí)驗(yàn)原理1 .硬部件的并行工作。A+W、把“和”右移一位、把值送 OUT。這三個(gè)子操作為什么可以同時(shí)進(jìn)行呢？因?yàn)檫@三個(gè)子操作 使用的硬件（包括總線）互不相同，于是可以同時(shí)工作。這一特點(diǎn)表現(xiàn)在微指令編碼上，就是這三個(gè)子 操作的微指令碼中為低電平（有效）的都不相同，于是可以將這三個(gè)子操作的微指令碼合并成一個(gè)微 指令2 .指令流水執(zhí)行指令流水模式，每條指令都應(yīng)該分成幾個(gè)獨(dú)立的子操作，當(dāng)前趨指令的后幾個(gè)子操作與后繼指令的前 幾個(gè)子操作不使用同樣的

2、硬件時(shí)，系統(tǒng)就可設(shè)計(jì)成流水線方式。同一時(shí)間有多條指令各自在不同的硬 件中執(zhí)行，而對(duì)同一條指令而言，不同時(shí)間順序在不同的硬件中執(zhí)行3 .實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)的指令流水硬件基礎(chǔ)取指令”的微操作，其微指令碼微 CBFFFF,與大多數(shù)的微操作無(wú)關(guān)。在廠家給的默認(rèn)指令系統(tǒng)中這個(gè) 操作編在了每條指令的最后一個(gè)狀態(tài)，即每條指令的操作完成后就取進(jìn)下一條指令。這是典型的“取 指、執(zhí)行、取指 ”模式。即一條指令先被“取指”，再執(zhí)行其他微操作，完成后再取下一條指令。 如果一條指令的最后一個(gè)微操作與取指無(wú)關(guān)，就可以把二者合并成一個(gè)微指令，于是這個(gè)指令的最后 一個(gè)微操作與取下一條指令并行進(jìn)行。對(duì)下一條指令而言，其取指”與其他操作

3、”在不同硬件中順序執(zhí)行指令二級(jí)流水。4 .實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)指令流水的技巧一條指令的最后一個(gè)微操作與取指無(wú)關(guān)，就可以把二者合并成一個(gè)微指令。若取指令操作（CBFFFF）與它前面的微操作碼沒(méi)有相同的位為0,則這兩個(gè)微操作碼的“與”就是二者合并后的微指令。在程序中這條指令就會(huì)和它的后繼指令形成二級(jí)流水模式。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .分析流水指令集 insfile2.MIC 。2 .改造實(shí)驗(yàn)十二中自己編制的指令集，使其中至少一條指令成流水方式。3 .在自己編制的兩個(gè)指令集中運(yùn)行同一個(gè)程序，觀測(cè)運(yùn)行情況和效率。程序來(lái)源自定。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .在CP226環(huán)境中，通過(guò)“文件”下拉菜單的“調(diào)入指令系統(tǒng)/微程序”操作，

4、把" c: program filesCP226計(jì)算機(jī)組成原理”目錄下的insfile2.MIC調(diào)入系統(tǒng)，在指令系統(tǒng)窗口逐條觀察指令的各微指令碼，與指導(dǎo)書(shū)103到110頁(yè)的對(duì)應(yīng)指令的微指令碼比較，分析二者的異同。2 .仿照insfile1.MIC 和insfile2.MIC的異同改造自己編制的指令集。并在兩個(gè)指令系統(tǒng)中運(yùn)行同一個(gè)程序。3 .在實(shí)驗(yàn)十二中我們已經(jīng)編制了自己的指令集，稍加修改即可4 .把實(shí)驗(yàn)十二中的 asm文件中的“延遲"去掉，在其后加上7-8個(gè)"輸出"；把 dat、mic、mac中的“延遲"相關(guān)的東西都去掉，保存程序。5 .在4的

5、基礎(chǔ)上改動(dòng) mic中的“ A-W和“輸出”的指令，把取指指令改為“FFFFFF",保存文件。編譯、6 .打開(kāi)CP226,打開(kāi)調(diào)入指令系統(tǒng)，把原來(lái)4改過(guò)的指令集調(diào)入到CP226中，打開(kāi)asm文件，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱,全速運(yùn)行，觀察實(shí)驗(yàn)箱中OUTW象。7 .打開(kāi)調(diào)入指令系統(tǒng)，調(diào)入 5中改過(guò)的程序，編譯、全速運(yùn)行。觀察實(shí)驗(yàn)箱中OUT中的現(xiàn)象。asm文件：L1:輸入A,#55h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸入A,#22h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸入A,#55hA-W A,#22h輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出輸出跳到L1END4中修改的指令集：mic :01 FFF

6、FFF_FATCH_ T0 00 CBFFFF指令寄存器IR A輸出輸出02 FFFFFFA輸出03 FFFFFFA輸出04 FFFFFFA輸出05 FFFFFFA輸出06 FFFFFFA輸出07 FFFFFFA輸出08 FFFFFFA輸出09 FFFFFFA輸出0A FFFFFFA輸出0B FFFFFFA輸出0C FFFFFFA輸出0D FFFFFFA輸出0E FFFFFFA輸出0F FFFFFFA輸出A-W A,#* T2 10 C7FFEF存貯器值 EM寄存器WPC輸出 A輸出T1 11 FFFE91 ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)算T0 12 CBFFFF指令寄存器IRPC輸出 A

7、輸出13 FFFFFFA輸出輸出T1 14 FFDF9F ALU直通用戶OUT A輸出T0 15 CBFFFF存貯器值 EM寄存器WMAR輸出A輸出16 FFFFFF ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)算17 FFFFFF指令寄存器IR PC輸出 A輸出跳到* T1 18 C6FFFF存貯器值 EM寄存器PCPC輸出 A輸出T0 19 CBFFFF指令寄存器IRPC輸出 A輸出1A FFFFFFA輸出1B FFFFFFA輸出輸入A,#* T1 1C C7FFF7存貯器值EM寄存器APC輸出 A輸出T2 1D CBFFFF指令寄存器IRPC輸出 A輸出1E FFFFFFA輸出1F FFFFFFA

8、輸出mac：_FATCH_ 000000xx 00-031000001xx 04-041000010xx 08-0B1000011xx 0C-0F1A-W A,#*000100xx 10-13 II 2輸出000101xx 14-171跳至ij *000110xx 18-1B MM 2輸入 A,#* 000100xx 1C-1F II 2dat :A-W A,#*102輸出141跳到*182輸入 A,#*1C 25中修改的指令集（流水系統(tǒng)）：mic :01 FFFFFFA輸出02 FFFFFFA輸出03 FFFFFFA輸出04 FFFFFFA輸出05 FFFFFFA輸出06 FFFFFFA輸出

9、07 FFFFFFA輸出08 FFFFFFA輸出09 FFFFFFA輸出0A FFFFFFA輸出0B FFFFFFA輸出0C FFFFFFA輸出0D FFFFFFA輸出0E FFFFFFA輸出0F FFFFFFA輸出A-W A,#* T2 10 C7FFEF存貯器值EM 寄存器WPC輸出 A輸出T1 11 CBFE91 ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)算12 FFFFFF指令寄存器IRPC輸出 A輸出13 FFFFFFA輸出輸出T1 14 CBDF9F ALU直通用戶OUT A輸出15 FFFFFF存貯器值EM寄存器WMAR輸出A輸出16 FFFFFF ALU直通寄存器A標(biāo)志位C,Z加運(yùn)算1

10、7 FFFFFF指令寄存器IR PC輸出 A輸出跳到* T1 18 C6FFFF存貯器值EM 寄存器PCPC輸出 A輸出T0 19 CBFFFF指令寄存器IRPC輸出 A輸出1A FFFFFFA輸出1B FFFFFFA輸出輸入A,#* T1 1C C7FFF7存貯器值EM 寄存器APC輸出 A輸出T2 1D CBFFFF指令寄存器IRPC輸出 A輸出1E FFFFFFA輸出1F FFFFFFA輸出mac：_FATCH_ 000000XX 00-031000001xx 04-041000010XX 08-0B1000011XX 0C-0F1A-W A,#*000100XX 10-13 II 2輸

11、出000101XX 14-171跳至ij *000110XX 18-1B MM 2輸入 A,#* 000100XX 1C-1F II 2 dat :A-W A,#*102輸出141跳到*182輸入A,#*1C2五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象調(diào)用4中修改的指令集后，OUT依次交替顯示55、22、33,調(diào)用5中修改的流水程序后，交替顯示55、22、33的速度加快。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論流水系統(tǒng)可以縮短指令執(zhí)行的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)預(yù)期一致。七、建議八、體會(huì)這次實(shí)驗(yàn)時(shí)在實(shí)驗(yàn)十二編寫(xiě)自己的匯編指令集的基礎(chǔ)上來(lái)做的，只不過(guò)把實(shí)驗(yàn)十二中指令集mic文件中的“A-W'和“輸入”取值指令" CBFFFF改為“ FFFFFF',然后把指令集中所有與“延遲”有關(guān)的指 令都刪去，把a(bǔ)sm文件延遲去練換為 7-8個(gè)“輸出”指令。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，深刻體會(huì)到了流水系統(tǒng)指令可以加快縮短