计算机组成原理实验5-TEC-2试验计算机微程序控制器实验

一. 实验目的 1. 进一步了解和掌握计算机各部分的组成及相互关系； 2. 了解微指令的执行过程，掌握微程序的设计方法； 3. 理解动态微程序设计的概念； 4. 进一步认识和掌握计算机各指令的执行过程，搞清楚计算机的运行原理； 二. 实验内容 对存放在低位字节的8位有效符号补码数进行符号扩展，即将其变成16位的同值补数，结果仍保存在原寄存器中。 计算机组成原理实验5-TEC-2试验计算机微程序控制器实验 在现代计算机科学与教育中，理解计算机的组成原理是基础且关键的知识点。实验课程在这一领域起到了不可或缺的作用。本文将详细介绍计算机组成原理实验5——TEC-2试验计算机微程序控制器实验，此实验不仅加深了学生对计算机硬件结构与工作原理的认识，而且锻炼了他们在实际操作中应用理论知识解决具体问题的能力。 实验的主要目的是让学生通过实践进一步掌握计算机系统的组成和其内部组件之间的关系。学生在实验过程中要了解微指令的执行过程，并学习如何设计微程序，同时还需要理解动态微程序设计的概念，这是一种允许在运行时改变微程序的技术。此外，学生应通过对计算机各指令执行过程的观察，深入理解计算机的运行机制。 具体到实验内容，本次实验聚焦于对8位有效符号补码数进行符号扩展。符号扩展是将低位字节中存储的数值扩展为更高位数（本例中为16位）的过程，以保持该数值的原始符号和数值。这项操作对于计算机算术和数据处理至关重要。符号扩展的关键在于正确处理符号位，该位指示了数的正负。在扩展过程中，必须确保符号位的值被复制到新添加的位中，以保证数值的一致性。 在实验的操作设计中，首先定义了一条特定指令格式D4DR0，用于执行符号扩展。指令的编码和格式设计是微程序控制中的关键，它指导微程序执行的具体步骤。本实验详细阐述了实现符号扩展功能的步骤，包括循环左移、右移等位操作。在此过程中，标志位C的合理使用是确保符号正确复制的重要环节。每一步操作都要经过精心设计的微指令来实现，例如设置循环次数、执行位移操作等，每个微指令都有其独特的功能。 在微程序设计方面，它由一系列微指令构成，每一条微指令都承担着特定的角色，共同完成整个指令的执行。以微程序100至104为例，它们分别用于设置循环、执行左移、右移及后续处理。微程序的加载到微控存中，需要通过特定的程序段来实现。当微程序被加载到内存之后，就能够通过发送特定的指令来运行微程序，例如输入指令D4207，可以观察到R2寄存器的变化，这反映了符号扩展后的结果。 在实验的运行结果分析中，学生得以观察并学习到微程序指令执行后寄存器的变化。通过这些变化，学生可以验证自己设计的微程序是否正确执行了符号扩展功能。在实验心得的分享中，学生表达了对于微程序控制器原理的深入理解，同时也指出了自己在设计微指令时可能存在的效率问题，并反思了优化性能的途径，例如减少循环次数。此外，学生认识到了在解决问题过程中查阅资料和团队协作的重要性。 综合来看，TEC-2试验计算机微程序控制器实验通过符号扩展这一具体任务，让学生亲自动手实践，体验了从理论到实践的转化过程。通过实验，学生不仅加深了对计算机微程序控制概念的理解，还提高了在实际操作中解决问题的能力，为他们未来在计算机科学领域进一步深造和从事相关工作打下了坚实的基础。此外，实验还培养了学生对细节的关注、逻辑思维能力以及团队合作精神，这些都是科研和工程实践中的宝贵品质。