計算機組成原理實驗復雜模型機

1、計算機組成原理實驗,實驗前知識,設計一臺完整的計算機，大致需按如下的順序來考慮： （1）確定設計目標：確定所設計計算機的功能和用 途。 （2）確定指令系統(tǒng)：確定數(shù)據(jù)的表示格式、位數(shù)，指令的編碼、類型，需要設計哪些指令及使用的尋址方式。 （3）總體結構與數(shù)據(jù)通路：總體結構設計包括確定各部件設置以及它們之間的數(shù)據(jù)通路結構。在此基礎上，就可以擬出各種信息傳輸路徑以及實現(xiàn)這些傳輸所需的微命令。,實驗前知識,對于部件設置，比如要確定運算器部件采用什么結構，控制器是微程序控制還是硬聯(lián)控制等。 綜合考慮計算機的速率、性價比、可靠性等要求，設計合理的數(shù)據(jù)通路結構，確定采用何種方案的內總線及外總線。數(shù)據(jù)通路不同

2、，執(zhí)行指令所需要的操作就不同，計算機的結構也就不一樣。 （4）設計指令執(zhí)行流程：數(shù)據(jù)通路確定后，就可以設計指令系統(tǒng)中每條指令的執(zhí)行流程。根據(jù)指令的復雜程度，確定每條指令所需要的機器周期數(shù)。對于微程序控制的計算機，根據(jù)總線結構，需考慮哪些微操作可以安排在同一條微指令中，哪些微操作不能安排在同一條微指令中。,實驗前知識,（5）確定微程序地址：根據(jù)后續(xù)微地址的形成方法，確定每個微程序地址及分支轉移地址。 （6）微指令代碼化：根據(jù)微指令格式，將微程序流程中的所有微指令代碼化，轉化成相應的二進制代碼，寫入到控制存儲器中的相應單元中。 （7）組裝、調試：在總調試前，先按功能模塊進行組裝和分調，因為只有各功

3、能模塊工作正常后，才能保證整機的正常運行。當所有功能模塊都調試正常后，進入總調試。連接所有模塊，用單步微指令方式執(zhí)行機器指令的微程序流程圖，當全部微程序流程圖檢查完后，若運行結果正確，則在內存中裝入一段機器指令，進行其他的運行方式等功能調試及執(zhí)行指令的正確性驗證。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),實驗目的 綜合運用所學計算機原理知識，設計并實現(xiàn)較為完整的計算機。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),實驗原理 1、數(shù)據(jù)格式 模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下： 其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是： 1X1。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),2、指令格式 模型機設計四大類指

4、令共十六條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、存數(shù)指令、取數(shù)指令、轉移指令和停機指令。 算術邏輯指令 設計9條算術邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：,其中，OPCODE為操作碼，RS為源寄存器，RD為目的寄存器，并規(guī)定,9條算術邏輯指令的名稱、功能具體見表38。,見表,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),其中，OPCODE 為操作碼，RD為目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：, 訪問指令及轉移指令 模型機設計2條訪問指令：即存數(shù)STA、取數(shù)LDA；2條轉移指令：即無條件轉移JMP、有進位轉移指令BZC。指令格式

5、為：,本模型機規(guī)定變址RI指定為寄存器R2。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn), I / O指令 輸入IN和輸出OUT指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：,其中，addr=01時，選中輸入數(shù)據(jù)開關組KD0KD7作為輸入設備，addr=10時，選中2位數(shù)碼管作為輸出設備。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn), 停機指令 指令格式如下：,HALT指令，用于實現(xiàn)停機操作。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),3、指令系統(tǒng) 本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問內存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條。表38列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。,1,實驗八 復雜模型機的設計與

6、實現(xiàn),三、總體設計 復雜模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖316所示。根據(jù)復雜模型機的硬件電路設計監(jiān)控軟件（機器指令），再根據(jù)機器指令要求，設計微程序流程圖及微程序，最后形成16進制文件。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),四、實驗步驟 設計復雜模型機的監(jiān)控軟件，詳細如下： P00 44 IN 01, R0 P01 46 IN 01, R2 P02 98 ADC R2, R0 P03 81 MOV R0, R1 P04 F5 RLC R1, R1 P05 0C BZC 00, 00 P06 00,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn), 根據(jù)復雜模型機的監(jiān)控軟件設計微程序流 程圖。 按照實驗機設計的微指令格式，參

7、照微指令流程圖，設計微指令，并形成二進制代碼表。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn), 將二進制代碼表轉換為聯(lián)機操作時的十六進制格式文件(文件名C8JHE3）。 程序： P00 44 P01 46 P02 98 P03 81 P04 F5 P05 0C P06 00,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),M0E 0FB605 M0F 25EA95 M10 83ED05 M11 85ED05 M12 8DED05 M13 A6ED05 M14 011004 M15 010407 M16 168005 M17 019A3D M18 019205

8、 M19 2AA205 M1A 2CB205,M00 088105 M01 82ED05 M02 50C004 M03 04A004 M04 A0E004 M05 06E004 M06 07A004 M07 A0E004 M08 8AED05 M09 8CED05 M0A 3BA004 M0B 018005 M0C 3C2004 M0D 0EA004,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),M1B 32A205 M1C 33A205 M1D 36A205 M1E 378235 M1F 398235 M20 019004 M21 018406 M22 81DB05 M23 E48005 M24 0180

9、05 M25 A0AA95 M26 27A004 M27 28BC05 M28 29EA95,M29 A0AA95 M2A 2BB405 M2B 419B95 M2C 2DA405 M2D 6EAB05 M2E 2FAA0D M2F 30AA05 M30 71810D M31 419B95 M32 019A05 M33 35B405 M34 81DB05 M35 419BBD M36 019A0D,M37 38882D M38 019805 M39 3A881D M3A 019805 M3B 080A07 M3C 098A06,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),教學實驗系統(tǒng)出廠默認跳線： J1J

10、12 跳左邊 J13J16 跳右邊 J17 、J28空 J18 、J19、J23、J24、J25 跳左邊 J20、J21、J22、J26、J27接上跳線 編程開關，拔在“運行”狀態(tài) ； 運行程序開關，拔在“運行”狀態(tài)； 運行方式開關，拔在“單步”狀態(tài)； SWC，SWA 總清，拔在上面。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn), 實驗接線 在實驗八的基礎上將跳線器J13和J14由右邊相連改為左邊相連，再將IJ1連IJ2。詳細如下： a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動工作方式）； b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊； c、跳線器J15、J19、J25全部撥在右邊，跳線器J13、J14

11、撥在左邊； d、跳線器J20J22、J26、J27連上短路片； e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2； f、MBUS連BUS2； g、REGBUS連BUS5； h、PCBUS連EXJ2； i、 ALUBUS（低八位）連EXJ3； j、 ALUO1 （低八位）連BUS1； k、EXJ1連BUS3； l、 ALUO2連BUS4； n、IJ1連IJ2。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),(5) 連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。 (6) 注意實驗的初始狀態(tài)總清開關CLR=1， SWC=1，SWA=1 (7)寫微程序和程序 聯(lián)機讀/寫微程序和程序 用聯(lián)機軟件的裝載功能將16進制格式文件（文件名為C8JHE3）裝入實驗機即可。,實驗八 復雜模型機的設計與實現(xiàn),(8) 運行程序 單步運行程序 A. “編程開關”置“運行”狀態(tài)，“運行方式”開關置為“單步”狀態(tài),“運行控制”開關置為“運行”狀態(tài)。 B. 撥動總清開關(01)，微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為OOH。 C. 按動“啟動運行”開關，即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 連續(xù)運行程序 A. “編程開關”置