組成原理基本模型機的設計與實現(xiàn)實驗報告

1、姓名 學院 專業(yè) 班級 實驗課程名稱：計算機組成原理試驗時間 20112011 年 1212 月 5 5 指導教師及職稱_實驗成績:_開課時間20112011甘肅政法學院實驗管理中心印制肅政法學院20112011 級專升本班學年第一學期基本模型機的設計與實現(xiàn) 實驗班級I、實驗目的:1.掌握部件單兀電路實驗的基礎上， 進一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造 臺基本模型計算機。2.為其定義五條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調(diào)試掌握整機概念。二、實驗環(huán)境：CCT-TV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三、實驗內(nèi)容與步驟:1.實驗原理:部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本 次實驗

2、將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)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。本實驗采用五條機器指令：IN（輸入）、ADEX二進制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下（前 碼）:助記符 機器指令碼態(tài) TR0實驗題目小組合作4位為操作IN 0000 0000XXXXXXXX“INP UTDEVICE中的開關狀ADD addr 0001 0000 xxxx咒心咒R0+addrTR0STA addr 00

3、10 0000 xxxxXIX R0 T addrOUT addr 0011 0000 xxxx xxxx addr t BUSJMP addr 0100 0000 XXXX XXXX addr T PC其中IN為單字長（8位），其余為雙字長指令，沁沁 3為addr對應的二進制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設計三個控制臺操作微程序。啟動程序：撥動總清開關CLF后，控制臺開關SWBSWA為“11”按START微動開關，即可轉(zhuǎn)入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關SWB SWA勺狀態(tài)來設置，其定義如下:SWBSWA控

4、制臺指令00讀內(nèi)存（KRD01寫內(nèi)存（KWE11啟動程序（RP根據(jù)以上要求設計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖51。微代碼定義如表51所示2232221201918171615 14413SS2S1S0MCNWEA9A8A存儲器讀操作（KRD：撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWBSWA為“0 0”時，按START微動開關，可對RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫操作（KWE：撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWBSWA為“0 1”時，按START微動開關，可對RAM連續(xù)手動寫入操作。時,31211血98 M5丄4二aIAOP圖51系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖52,當擬訂“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P

5、(1)測試。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機用指令 寄存器的前4位 固定微地址單元。P(4)測試，它以控制臺開關SWBSWA乍為測試條件,剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。注意：微程序流程圖上的單元地址為8進制。當全部微程序設計完畢后，應將每條微指令代碼化，表52即為將(IR7IR4)作為測試條件，出現(xiàn)五路分支，占用五個控制臺操作為出現(xiàn)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,圖52的微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進制微代碼表”PO1PO1/ 3 3J Jam-BUSam-BUS w

6、s-iews-ie/1010圖5-2條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到緩沖寄存器中，然后再 傳送至指令運行微程序DPDPi 3ADOADOJwrJwrST-BOST-BO1111IKHl I1212I I T T TCHTCH、f0*0*HOI-EUSHOI-EUSBDS-ftlBDS-ftlBOBOF F OEOEW1W1/ / 0606Dei-Hoa-ndDei-Hoa-ndSXHBBikg-xAaBikg-xAaPCPC-居1 1 POLPOL/覽UUI-BOSUUI-BOS 1 1BUS-BUS-T T&R&R I If f2 2了BAUBAUBUBBUBi-B

7、nsi-Bns 1 1I-MtlI-Mtl 1 1_ / / B BOSl-LSHOSl-LSH1414 - - PC-ARPC-ARPC+1PC+1gUB-PCgUB-PCaaaaF面介紹指令寄存器(IR):指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一RUI-EUSRUI-EUS I IlUiS-Jilt I寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制數(shù)構(gòu)成,為了執(zhí)行任何給定的指令，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?！爸噶钭g碼器”(實驗板上標有“INS DECODE的芯片)根據(jù)指令中的操作碼譯碼強置微控器單元的微0001地址，使下一條微指令指向相應的微程序首

8、地址。本系統(tǒng)有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關，它作為輸入設 備（INPUTDEVIC日；另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設備（DEVICE。例如：輸入時，二進制開關數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到外部數(shù)據(jù) 總線上，只要開關狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù) 送到外部數(shù)據(jù)總線上，當寫信號（W/R有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器, 驅(qū)動數(shù)碼塊顯示。本實驗設計機器指令程序如下:0000 00000000 0000IN“INPUTDEVICE T0000 00010001 0000ADD 0AH R0+0AHT R00000 00100000 10100000 00110010 0000STA0BH

9、 R0T 0BH0000 01000000 10110000 01010011 0000OUT0BH 0BHT BUS0000 01100000 10110000 01110100 0000JMP00H 00HT PC0000 10000000 00000000 1001000010100000OUT PU0001自定0000地址（二進制）內(nèi)容（二進制）助記符R01011求和結(jié)果2、實驗步驟:(1).按圖53連接實驗線路。(2).寫程序:先將機器指令對應的微代碼正確的寫入2816中，由于在實驗三 實驗中已將微代碼寫入WPROM芯片中。使用控制臺KW KRD微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。A

10、:使編程開關處于“RUN，STEP為“STEP狀態(tài)，STOP為“RUN狀態(tài)。B:撥動總清開關CLR(0-1)，微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制臺SWBSWAT關置為“0 1”，按動一次啟動開關START微地址顯示“01000T再按動一次START微地址燈顯示“010100”，此時數(shù)據(jù)開關的內(nèi)容置為要寫入的機器指令，按動一次START鍵，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀KWE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址只要第一次給入即 可，PC會自動加1,所以，每次按動START只有在微地址燈顯示“010100” 時，才會設置內(nèi)容，直到所有的機器指令寫完。.運行程序 .單步運行程序A.使編程

11、開關處于“RUN狀態(tài)，STEP為“STEP狀態(tài)，STOP為“RUN狀態(tài)。B.動總清開關CLR(g1),微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為00HoC.單步運行一條微指令，每按動一次START鍵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。D.運行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元(0B)中的結(jié)果是否和理論值一致。.若連機運行時，進入DEBUG調(diào)試界面，總清開關CLR( 1)清零后,程序首地址為00H,按相應功能鍵即可聯(lián)機運行、調(diào)試程序。記錄每條 機器指令執(zhí)行后的結(jié)果。四、實驗過程與分析做這個實驗我真的體會到什么都是循序漸進的不可能一步就完成的。我 們做實驗五的時候很艱辛。實驗

12、五是在實驗四的基礎上做的，沒有實驗四的基礎是不可能，因為實驗四的微指令是必須存到機箱里的，為了實現(xiàn)我們的加法運算，我 們實驗四的微指令輸了七八遍，剛開始輸微指令的時候真的很粗心，我 們一遍一遍的輸入，輸入微指令的時候一個一定一個數(shù)都不能錯，錯了做這個實驗的過程中我真的體會到了什么叫做一步步腳踏實地,就必須重新輸，真是把我和我的搭檔整死了。這個微指令就是我們的砍, 終于做出來后我們就開始連線，剛開始光看那個圖那么多的線，后面連 的次數(shù)多了就覺得這沒什么了。五、實驗總結(jié):這個實驗在我所做的實驗中給我的感覺是最難的。由于我們的操作儀 器的問題，我們的微地址輸了三遍都不合適，我們以為我們的輸入有問 題，但是我們都驗證完都沒有任何錯誤，但是在做實驗五的時候微地址 燈只顯示三個燈，最后才發(fā)行我們的儀器有問題。通過這次實驗，我對存儲器有了進一步的了解，理解它的功能特性和 使用方法。這次實驗要注意的是：在進行讀操作時，必須先寫第一個地 址，然后讀出第一個地址單元的內(nèi)容，再寫第二個