测试细节

　硬件实验前的准备工作

　硬件实验的目的是：（1）直观地了解计算机的工作过程。（2）检验设计是否正确，即检验计算机的工作过程是否与预期相符。

　实验前的准备工作是将测试程序预先加载于存储器中，即编制好 .mif 文件。与表P.3相对应的 .mif 文件为：

　为了提高实验效率，预先分析指令执行过程中各寄存器内容的变化，填入表格之中，供实验时观察。为了缩小表格所占空间，表中数据以 16 进制形式表示。

　 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 有余力的学生可以在实验中发挥自己的主观能动性，增加若干自创的项目，例如 1. 改写调试程序； 2. 改变时钟频率，测出此计算机的最高工作频率； 3. 改写 VHDL 代码，争取获得更高的性能价格比； 4. 改进实验方法，争取得到更好的显示效果。

　测试程序执行过程分析 状态 PC IR 指令助记符 指令效果 寄存器操作 R0 R1 R2 R3 内存单元01E 解

　释 0 000 0000

　00 00 00 00 00 Reset低电平使计算机进入初始状态， 启动测试程序后的情况如下：

　0 → 001 0000 idle 空操作 PC ← PC + 1 00 00 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　00 00 00 00 00 向内存发出读命令，读下一条指令 0 → 002 → 1500 load

　5 R0 ← 立即数 PC ← PC + 1 00 00 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　 R0 ← IR(11..8) 05 00 00 00 00 将IR(11..8)中的立即数（5）加载于R0 0 →003 → 2400 move R1, R0 R1 ←

　R0 PC ← PC + 1 A ←

　R0 05 00 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R0的内容存入临时寄存器A 1

　 R1 ←

　A 05 05 00 00 00 将A的内容放入R1 0 → 004 → D000 read

　01F R0 ←

　内存单元 01F PC ← PC + 1 05 05 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　05 05 00 00 00 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 005 →D01F

　PC ← PC + 1 MAR ← 01F 05 05 00 00 00 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位， 程序计数器加1 将访问内存的地址01F放入MAR 3

　05 05 00 00 00 向内存发出读命令 4

　 R0 ←

　39 39 05 00 00 00 将从内存单元01F中读出的数据放入R0 0 → 006 → 9400 shl

　R1 R1 ← R1左移1位

　PC ← PC + 1

　39 05 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1

　1

　 R1 ← R1左移1位 39 0A 00 00 00 将R1的内容左移1位 0 → 007 → 3100 add R0, R1 R0 ←

　R0 + R1 PC ← PC + 1 A ←

　R1 39 0A 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　R0 ←

　R0 + A 43 0A 00 00 00 将R0和A的内容相加并将结果放入R0

　状态 PC IR 指令助记符 指令效果 寄存器操作 R0 R1 R2 R3 内存单元01E 解 释 0 → 008 → E000 write 01E 内存单元 01E ←R0 PC ← PC + 1 43 0A 00 00 00 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　43 0A 00 00 00 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 009 → E01E

　PC ← PC + 1 MDR ← R0 MAR ← 01E 43 0A 00 00 00 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位， 程序计数器加1， 将R0的内容放入数据寄存器MDR 将写指令的目的地址01E放入MAR 3

　43 0A 00 00 00 向内存发出写命令 4

　43 0A 00 00 43 将MDR的内容写入内存单元01E 0 → 00A → 4100 sub R0, R1 R0 ←

　R0﹣R1 PC ← PC + 1 A ← R1 43 0A 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　 R0 ←

　R0﹣A 39 0A 00 00 43 将R0和A的内容相减并将结果放入R0 0 → 00B → A100 swap R0, R1

　PC ← PC + 1 A ← R1 39 0A 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　 R1 ← R0 39 39 00 00 43 将R0的内容放入R1 2

　 R0 ← A 0A 39 00 00 43 将A的内容放入R0 0 → 00C → 6100 or R0, R1 R0 ← R0 or R1 PC ← PC + 1 A ← R1 0A 39 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　 R0 ←

　R0 or A 3B 39 00 00 43 将R0和A的内容按位或运算，并将结果放入R0 0 → 00D → 8400 Shr

　R1 R1 ← R1右移1位 PC ← PC + 1

　3B 39 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1

　1

　 R1 ← R1右移1位 3B 1C 00 00 43 将R1的内容右移1位

　状态 PC IR 指令助记符 指令效果 寄存器操作 R0 R1 R2 R3 内存单元01E 解 释 0 → 00E → 5100 and R0, R1 R0 ← R0 and R1 PC ← PC + 1 A ←

　R1 3B 1C 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　 R0 ← R0 and A 18 1C 00 00 43 R0和A按位与运算，将结果放入R0 0 → 00F → 2800 move R2, R0 R2 ←

　R0 PC ← PC + 1 A ← R0 18 1C 00 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R0的内容存入临时寄存器A 1

　 R2 ←

　A 18 1C 18 00 43 将A的内容放入R2 0 → 010 → 2D00 move R3, R1 R3 ←

　R1 PC ← PC + 1 A ← R1 18 1C 18 00 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R1的内容存入临时寄存器A 1

　 R3 ← A 18 1C 18 1C 43 将A的内容放入R3 0 →011 → 7B00 xor R2, R3 R2 ← R2 xor R3 PC ← PC + 1 A ← R3 18 1C 18 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 将R3的内容存入临时寄存器A 1

　 R2 ← R2 xor A 18 1C 04 1C 43 R2和A按位异或运算，将结果放入R2 0 → 012 → D000 read

　01E R0 ←

　内存单元

　01E PC ← PC + 1 18 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　18 1C 04 1C 43 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 013 →D01E

　PC ← PC + 1 MAR ← 01E 18 1C 04 1C 43 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位， 程序计数器加1 将访问内存的地址01E放入MAR 3

　18 1C 04 1C 43 向内存发出读命令 4

　 R0 ←

　43 43 1C 04 1C 43 将从内存单元01E中读出的数据放入R0

　状态 PC IR 指令助记符 指令效果 寄存器操作 R0 R1 R2 R3 内存单元01E 解 释 0 → 014 → C000 jz

　019 若(R0)= 0转移至019，否则执行下一条 PC ← PC + 1 43 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　43 1C 04 1C 43 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 015 → C019

　PC ← PC + 1 MAR ← 015 43 1C 04 1C 43 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位，程序计数器加1 因（R0）≠ 0，顺序执行下一条指令 3

　43 1C 04 1C 43 向内存发出读下一条指令的命令 0 → 016 → D000 read

　 01D R0 ←

　内存单元

　01D PC ← PC + 1 43 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　43 1C 04 1C 43 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 017 →D01D

　PC ← PC + 1 MAR ← 01D 43 1C 04 1C 43 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位 程序计数器加1 将地址寄存器的内容置为

　01D 3

　43 1C 04 1C 43 向内存发出读命令 4

　 R0 ← 00 00 1C 04 1C 43 将内存单元

　01D中的内容放入R0 0 → 018 → B000 Jmp

　 013 无条件转移至013 PC ← PC + 1 00 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　00 1C 04 1C 43 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 019 → B013

　PC ← PC + 1 MAR ← 013 00 1C 04 1C 43 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位，程序计数器加1 将地址寄存器的内容置为

　013 3 → 013

　PC ← 013 00 1C 04 1C 43 向内存发出读下一条指令的命令

　状态 PC IR 指令助记符 指令效果 寄存器操作 R0 R1 R2 R3 内存单元01E 解 释 0 → 014 → C000 Jz

　 019 若(R0)= 0转移至019，否则执行下一条 PC ← PC + 1 00 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　00 1C 04 1C 43 内存读双字节指令的第2字节 2

　→ 015 → C019

　PC ← PC + 1 MAR

　← 019 00 1C 04 1C 43 取双字节指令的第2字节，放到IR的低8位，程序计数器加1 因（R0）= 0，下一条指令转移至019 3 → 019

　PC ← 019 00 1C 04 1C 43 向内存发出读下一条指令的命令 0 → 01A → F000 stop 停机

　00 1C 04 1C 43 取指令到IR的高8位，程序计数器加1 1

　00 1C 04 1C 43 停止在状态1，进入死循环

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