計算機組成原理實驗報告

1、計算機組成原理 實驗報告 班級: 學號: 姓名: 地點: 時間: 計算機組成原理實驗報告 1.深入理解基本模型計算機的功能、組成知識; 2.深入學習計算機各類典型指令的執(zhí)行流程; 學習微程序控制器的設計 評語: 教師: 年 月曰 3. 過程和相關技術，掌握 LPM ROI的配置方法。 4.在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將單元電路組成系統，構造一Rs 或 rd 選定的寄存器 00 RO 01 R1 臺基本模型計算機。 5 定義五條機器抬令，并編寫相應的微程序，上機調試，掌握計算機整機概 念。掌握微程序的設計方法，學會編寫二進制微指令代碼表。 6 通過熟悉較完整的計算機的設計，全面了解并掌

2、握微程序控制方式計算機的設計方 法。 二、實驗原理 ,各部件單元的控制信號是人為模擬產生的，而本實驗將能在微過程 控制下自動產生各部件單元控制信號，實現特定的功能。實驗中，計算機數據通路的控制 CPU從內存中取出一條機器指 到指令執(zhí)行結束的一個指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個 微程序。 2 指令格式 (1)指令格式 采用寄存器直接尋址方式，其格式如下: 位 7 6 5 4 3 2 1 0 功能 OP-CODE rs rd 其中，OP-CODE八操作碼，rs為源寄存器，rd為冃的寄存器，并規(guī)定: 1 .在部件實驗過程中 將由微過程控制器來完成, 其中IN為單字長（8

3、位二進制），其余為雙字長指令，XXH為addr對應的十六進 制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數據，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設計三個控制臺操作微程序 圖6-1數據通路框圖 操作 （KRD:下載實驗程序后按 總清除按鍵（CLR后，控制 臺SWA SWBVOO”時，可對 RAM連續(xù)手動讀入操作。 2,存儲器寫 操作（KWE：下載實驗程序后按總清除按鍵（CLR后，控制臺SWA SW助“0 T 時，可對RAM連續(xù)手動寫操作。 3、啟動程序（RP：下載實驗程序后按總清除按鍵（CLR后，控制臺SWA SWB為M 1”時，即可轉入到微地址“ 01 ”號“取指令”微指令，啟動程序運行 A字段

4、 B字段 C字段 15 14 13 選擇 12 11 10 選擇 9 8 7 選擇 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 0 1 RS-B 0 0 1 p ( 1) 0 1 0 LDDR1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 LDDR2 0 1 1 0 1 1 1 0 0 LDIR 1 0 0 1 0 0 P ( 4) 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU-B 1 0 1 LDAR 1 1 0 LDAR 1 1 0 PC-B 1 1 0 LDPC 24 23 所_22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 987 6 5 4 3 2

5、 1 S3 S2 S1 SO M Cn WE A9 A8 A B C uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uAO 控制臺指令 SWB SWA 表62A、B、C各字段功能說明: 1,存儲器讀 5-1 根據以上要刪計敎懈蹄輙I,如圖 24位微代碼中各信號的功能 （1） uAS-uAO:微程序控制器的微地址輸出信號，是下一條要執(zhí)行的微指令的 微地址。(2) S3S2、SI、SO:由微程序控制器輸出的ALU操作選擇信號，以控制執(zhí)行 16種算術操作或16種邏輯操作中的某一種操作。 (3)M :微程序控制輸出的ALU操作方式選擇信號端。M=0執(zhí)行算術操作；M二I執(zhí)行邏輯操作。 (4) Cn :微程序控

6、制器輸出的進位標志信號，Cn二0表示ALU運算時最低位 有進位，Cn二1則表示無進位。(5)WE :微程序控制器輸出的RAM空制信號。當/CE二0時，如W匡0 為存儲器讀；如W匡1為存儲器寫。(6)A9、A8譯碼后產生CS0 CS1 CS2信號，分別作為SW_B (7)A字段(15 14 13)譯碼后產生與總線相連接的各單元的輸入選通 信號(見 表 6-1 ） 0 10)譯碼后產生與總線相連接的各單元的輸出選通 信號。 信號。 系統涉及到的微程序流程見圖6-2O當執(zhí)行“取指令”微指令時，該微指令的判斷測試字段為P(1) 測試。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的測

7、試結果出現多路分支(見 圖62左圖)。用指令寄存器的高4位(IR7-IR4)作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定地址單元。 控制臺操作為P(4)測試(見圖6-2右圖),它以控制臺信號SWBSWA乍為測RAM LED的選通控制信號。 （8） B 字段（12 11 (9) C字段(9、8、刀 譯碼后產生分支判斷測試信號 p（1）p（4）和 LDPC 試條件，出現了 3路分支，占用3個固定微地址單元。當分支微地址單元固定后, 剩下的其它地方就可以一條微指令占用控制存儲器的一個微地址單元, 注意：微程序流程圖上的微地址為8進制! 程序流程圖按微指令格式轉化而成的“二進制微代碼表” 表62 二進制微

8、代碼表 微地址 微指令 S3 S2 S1 so M CN WE A9 ASA A B c UA5- UAO 0 0 01 8 110 0 18 110 0 0 0 0 0 0 0 1 1 000 000 1 00 010000 0 1 00ED82 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 000010 03 00E004 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 000 000100 04 00B005 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 000 000 000101 0 5 01A206 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0

9、 00 1 000 000 1 1 0 0 6 6 1 9 A0 1 00 1 1 0 1 000 000001 0 7 0 1 A2 1 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 000 000 00 110 1 1 0 001001 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 000 000 000001 1 1 01 E D83 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0000 1 1 1 2 0 1 E D 8 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 110 1 1 0 1 1 0 000111 1 3 01 E D98 0 0 0 0 0

10、0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 011000 1 4 0 1 E D9 A 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 110 10 1 5 0 1 E D 9 E 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 11110 1 6 01 E DA2 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 100010 2 7 0 1 A2 1 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 00 1 000 0 10 111 3 0 0 1 A2 1 9 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0

11、 1 0 00 1 000 0 110 0 1 3 1 F59AO 1 00 1 1 0 1 000 0000 1 32 00E01B 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 000 0 10 11 33 OOBO1C 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 000 000 0 1110 0 34 0 1 A2 1 D 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 00 1 000 01110 1 3 5 B99AO 1 00 1 1 0 1 000 000001 3 6 00E01F 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 000 000 0 11111 3

12、 7 00B020 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 000 000 100000 指令寄存器(IR):指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行條指令時，先把它從內存 隨意填寫。 當全部微程序設計完畢后, 應將每條微指令代碼化，表6-2即為圖6-2的微 取到緩沖寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。指令劃 分為操作碼和地址碼段，由二進制數構成，為了執(zhí)行任何給定的抬令，必須對操 作碼進行測試“ P(1)”，通過節(jié)拍脈沖T4的控制，以便識別所要求的操作。指令譯碼器:根據指令 中的操作碼強置微控制器單元的微地址，使下一條微指令抬向相應的微程序首地址 三、實驗步驟 01 01ED82

13、 PCAR PC+I 02 00C048 RAMBUS BUS-IR IN SUN INC D EC AND OR NOT 10 1 001001 11 1 01ED83 121 01ED87 13 , F 01ED98 14 1 01ED9A 15 1 01ED9E 16 1 01ED9E SWR0 P C-AR P C+1 P C-AR PC+1 P C-AR P c+1 P C-AR PC+1 PC-AR PC+1 P C-AR P c+1 /k/ 03 1 00E004 07)01A217 30耳 r 01A129 32 1 00E01B 36 I 00E01F 42 i SA223

14、01 RAMBUS BUS-AR R0-DR1 R0-DR1 RAM-BUS BUS-AR RAI/I-BUS BUSBAR R0-DR1 04 1 00B005 271 059A01 31 4 F59A01 33 1 00B01C 37 1 00B020 43 1 099A01 RAM-BUS BUS 亠DR2 (DR1)+1- R0 (DR1)-1-R RAM-BUS BUS4DR2 RAI/1-BUS BUSDR2 DR1的非 -R0 05 1 01A206 34 1 01A21D 40 4 01A221 X R0-DR1 01 01 R0-DR1 R0-DR1 01 06 1 619A

15、01 35 J B99A01 41 I E99A01 (DR1)(DR2 )-R0 (DR1 與 (DR2)-R0 (DR1)或 fDR2)-R0 P 1 01 01 01 執(zhí)行程序: (1)按1次系統復位鍵8,并置鍵8為高電平, 使CPU允許正常工作; 控制幵關(鍵4、鍵3)設置為SWB SWA=：1,1處于程序執(zhí)行方式，控制 臺：RP( 11)； (3)通過鍵2、鍵1輸入運算數據，如56H,按4次單步鍵乙產生2個脈沖，執(zhí)行2條微指令, 進入到圖61控制臺的RP( 11),此時的微指令地址是“ 23” ,微指令碼MC=008001； IN=56H (4)再用鍵7產生1個脈沖，執(zhí)行1條微指令，

16、微程序流程進入圖62左的“運 行微程序” 的最上塊：此時PC=O0送地址寄存器AR=OQ PC自動加1, PC=01, MC=00ED82 IN=56； 1.實驗中遇到的主要問題和分析解決問題的思路 自己動手才能發(fā)現問題，從而解決問題，實驗的初期大家都是在認真閱讀與理解實 驗 文檔，從而了解 基本模型計算機的功能、組成知識，理解微指令的設計過程與方法，從而深入學 習計算機各類典型指令的執(zhí)行流程。在學習微程序控制器的設計 過程和相關技術，同時掌握了 LPM R0的配置方法，在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將單元電路組成系統，構造一臺 基本模型計算機。通過定義五條機器指令，并編寫相應的微程序，上機調試，從而掌握了計算機整機 概念。掌握 微程序的設計方法，學會編寫二進制微指令代碼表，通過熟悉較完整的計算機的設計, 全面了解并掌