計算機組成原理實驗完整版

1、 河南農(nóng)業(yè)大學 計算機組成原理實驗報告 題 目 簡單機模型實驗 信息與管理科學學院院 學 班計算機科學與技術(shù)2010級1專業(yè)班級 1010101029）學生姓名 張子坡（ 指導教師 郭玉峰 二一二年六月五日撰寫日期：、： 實驗?zāi)康囊?.在掌握各部件的功能基礎(chǔ)上，組成一個簡單的計算機系統(tǒng)模型機； 2了解微程序控制器是如何控制模型機運行的，掌握整機動態(tài)工作過程； 3定義五條機器指令，編寫相應(yīng)微程序并具體上機調(diào)試。 二實驗要求：、 1.復(fù)習計算機組成的基本原理； 2.預(yù)習本實驗的相關(guān)知識和內(nèi)容 三、實驗設(shè)備： 型計算機組成原理試驗系統(tǒng)一套，排線若干。EL-JY-II四、模型機結(jié)構(gòu)及工作原理： 模型機

2、結(jié)構(gòu)框圖見實驗書56頁圖6-1. 輸出設(shè)備由底板上上的四個LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動電路構(gòu)成，當D-G和W/R均為低電平時將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)管顯示 注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計 數(shù)器均為8位。當數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器時，只有低8位有效。 在本實驗我們學習讀、寫機器指令和運行機器指令的完整過程。在機器指令的執(zhí)行過程中，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到執(zhí)行結(jié)束為一個指令周期，指令由微指令組成的序列來完成，一條機器指令對應(yīng)一段微程序。另外，讀、寫機器指令分別由相應(yīng)的微 程序段來完成。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序

3、執(zhí)行，必須設(shè)計三個控制操作微程序。 存儲器讀操作（MRD）：撥動清零開關(guān)CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼器輸入CA1、CA2為“00”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)讀操作。 存儲器寫操作（MWE）：撥動清零開關(guān)CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼器輸入CA1、CA2為“10”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)寫操作。 啟動程序（RUN）：撥動開關(guān)CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼器輸入CA1、CA2為“11”時，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入第01號“取指”微指令，啟動程序運行。 注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式有監(jiān)控程序直接對E4、E5賦值，無需接線。開關(guān)

4、方式時可將E4、E5接至控制開關(guān)CA1、CA2，由開關(guān)控制。 五、實驗內(nèi)容、分析及參考代碼：生成的下一條微地址 UAUA0 5 P1S44C1CS237S2寄SA1 存 微地址形成電路 器SA 碼0 I 0 MSMS0 5 微地址 SA4?1 SA3?I7?P1 1?P2?I6SA 4?P2?CA2P1?I3?PSA1?I5?4?P?CA11?I2?P2SA0?I4?P進行P1測試時，P1為0，其他都為1。 進行P4測試時，P4為0，其他都為1。 當SA4-SA0為0時，對應(yīng)的UA4-UA0被置1，否則UA保持MS原值不變。 1. 根據(jù)上面的邏輯表達式，分析56頁圖6-2的P1測試和P4測試兩

5、條微指令的微地址轉(zhuǎn)移方向。 P1測試時SA4=1、SA3=1、SA2=1、SA1=0、SA0=1，表明SA1對應(yīng)位置1生成的下一條微地址001010，進入12號單元，12號單元的F3字段為101不是任何測試，所以就進入07號單元，把01H送入BX，07號單元的F3字段為111無操作，回到01號單元的取指階段。同理，可得ADD指令的地址轉(zhuǎn)移方向。 P4測試時，它以CA1、CA2作為測試條件，出現(xiàn)讀寫機器指令、直接運行機器指令三路分支，占用三個固定的地址元。 P4測試是對內(nèi)存讀、寫或者直接運行程序，此時可得到SA4=1，SA3=SA2=1，當CA1、CA2為“00”時SA1=SA0=1，全1則原樣

6、輸出既010000，進入20號單元。20單元的F3字段為101,LPC不是任何測試, 所以,下址字段為010010，既進入22號單元。22單元的F3字段為111無操作，下址字段為010111，進入27號單元，而27單元的F3字段為111，無操作下址字段為010000，所以又回到20號單元，開始循環(huán)。同理，當CA1、CA2為“10”時可得到SA1=0，SA0=1，則把SA0對應(yīng)位置1，既010001進入微地址21，按照“010001”、“010100”、“011000”方式循環(huán)。當CA1、CA2為010011，生成下一條微地址為1對應(yīng)置SA1=SA0=0”時可得到11“既23號單元，23單元的F

7、3字段為111無操作生成的下址字段為000001，進入到取指階段01號單元開始程序運行。 2. 分析實驗六中的五條機器指令的執(zhí)行過程 引用以下代碼及機器指令再分析 0000 0000 0000 0000 IN AX,KIN 數(shù)據(jù)輸入電路-A 0000 0001 0010 0001 MOV BX,01H 0001H-BX 0000 0010 0000 0001 0000 0011 0001 0000 ADD AX,BX AX+BX-AX 0000 0100 0001 0000 OUTDISP AX AX-輸出顯示電路 0000 0101 0100 0000 JMP 00H 00H-PC 0000

8、 0110 0000 0000 表6-1機器指令表： 地址（十六進制） 機器指令（十六進制） 0000 00 0021 01000102001003003004004005000006 PC關(guān)于上面五條機器指令的執(zhí)行過程。首先，進入取指階段，中的數(shù)上數(shù)據(jù)總線，指然后AR,PC值加1,RAM中機器指令的地址送測試經(jīng)譯碼后，對于令寄存器的門打開接收數(shù)據(jù)，操作碼進行P1，判斷SA0、SA1、SA2、SA3、SA4取機器指令的高四位對IN AX,KIN后得到下址字段，既進入10號單元完成把輸入的數(shù)據(jù)給AX。然后，又回到“取指”階段，“譯碼”進行P1測試取MOV BX,01H的高四位對SA4、SA3、S

9、A2、SA1、SA0，判斷后進入12號單元，執(zhí)行當前PC中的值送AR,PC值加1，進入07號單元執(zhí)行RAM中的數(shù)01H上數(shù)據(jù)總線，寄存器BX接收數(shù)據(jù)?；氐焦梦⒅噶睢叭≈浮保白g碼”階段，進行P1測試再取ADD AX,BX取出它的高四位對SA4、SA3、SA2、SA1、SA0判斷進入11號單元寄存器AX的內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線LT1接收數(shù)據(jù)，進入03單元BX的內(nèi)容上數(shù)據(jù)總線LT2接收進入06號單元LT1與LT2數(shù)據(jù)之和送給AX，最后回到取指階段繼續(xù)執(zhí)行譯碼后取OUT DISP,AX ,P1測試后進入13號單元把寄存器AX的內(nèi)容輸出顯示，然后回到取指階段。最后執(zhí)行JMP指令經(jīng)P1測試進入 14號單元，當

10、前PC值送AR,然后加1，進入15號單元RAM中的數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線，把跳轉(zhuǎn)地址送給PC,最后轉(zhuǎn)向取指階段。 3.修改MOV指令，使送入BX中的值為02H。 把02H送給BX,達到修改01H，MOV BX，01H為雙字長第二個字為操作數(shù)01H。把操作數(shù)改成0000 0010即可。 4.設(shè)計一條機器指令，IN BX , KIN 數(shù)據(jù)輸入電路-BX,微程序入口地址為16。將原程序中的MOV指令替換，再運行，寫出執(zhí)行過程和結(jié)果。 機器指令 助記符 說明 0110 0001 IN BX,KIN 數(shù)據(jù)輸入電路-BX 機器指令執(zhí)行，在取指階段01號單元PC送AR，PC值加1，進入02單元RAM數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線指

11、令寄存器門打開接收數(shù)據(jù)，P1測試譯碼后，進入16號單元把數(shù)據(jù)送入BX,回到取指階段譯碼。回到01號單元的取指階段。 5.設(shè)計一條機器指令,SUB AX,BX AX-BX-AX ,微程序入口地址為 指令替換，再運行，寫出執(zhí)行過程和結(jié)果。ADD。將原程序中的17 機器指令 助記符 說明 0111 0000 SUB AX,BX AX-BX-AX 機器指令執(zhí)行，在取指階段01號單元PC送AR，PC值加1，進入02單元RAM數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線指令寄存器門打開接收數(shù)據(jù)，P1測試譯碼后，執(zhí)行SUB AX,BX過程中，首先經(jīng)過取指階段P1測試譯碼微指令進入到17號單元，寄存器AX中的數(shù)上數(shù)據(jù)總線，然后暫存器LT1接收，接著進入04號單元BX中的數(shù)上數(shù)據(jù)總線暫存器LT2接收，進入05號單元時執(zhí)行LT1-LT2-AX,最后轉(zhuǎn)到取指階段。 表6-2機器指令表： 地址（十六進制） 機器指令（十六進制） 0000 00 0061 01 0001 02 0070 03 0030 04004005000006 表6-微代碼與微地址顯示燈的對應(yīng)關(guān)系 微地址（八進制微地址（二進制微代碼（十六進制040001000029C5H 6003C1H 05 000101 018FC1H 16 001110 0041C4H 001111 17 題4,5可用于分析小實