組成原理基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、姓名 學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 班級(jí) 實(shí)驗(yàn)課程名稱(chēng)：計(jì)算機(jī)組成原理試驗(yàn)時(shí)間 20112011 年 1212 月 5 5 指導(dǎo)教師及職稱(chēng)_實(shí)驗(yàn)成績(jī):_開(kāi)課時(shí)間20112011甘肅政法學(xué)院實(shí)驗(yàn)管理中心印制肅政法學(xué)院20112011 級(jí)專(zhuān)升本班學(xué)年第一學(xué)期基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 實(shí)驗(yàn)班級(jí)I、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.掌握部件單兀電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上， 進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)構(gòu)造 臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。2.為其定義五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。二、實(shí)驗(yàn)環(huán)境：CCT-TV計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟:1.實(shí)驗(yàn)原理:部件實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，各部件單元的控制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而本 次實(shí)驗(yàn)

2、將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來(lái)完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指 令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。本實(shí)驗(yàn)采用五條機(jī)器指令：IN（輸入）、ADEX二進(jìn)制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無(wú)條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如下（前 碼）:助記符 機(jī)器指令碼態(tài) TR0實(shí)驗(yàn)題目小組合作4位為操作IN 0000 0000XXXXXXXX“INP UTDEVICE中的開(kāi)關(guān)狀A(yù)DD 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(zhǎng)（8位），其余為雙字長(zhǎng)指令，沁沁 3為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫(xiě)入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)操作微程序。啟動(dòng)程序：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLF后，控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWBSWA為“11”按START微動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取址”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開(kāi)關(guān)SWB SWA勺狀態(tài)來(lái)設(shè)置，其定義如下:SWBSWA控

4、制臺(tái)指令00讀內(nèi)存（KRD01寫(xiě)內(nèi)存（KWE11啟動(dòng)程序（RP根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)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(chǔ)器讀操作（KRD：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR后，控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWBSWA為“0 0”時(shí)，按START微動(dòng)開(kāi)關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。存儲(chǔ)器寫(xiě)操作（KWE：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR后，控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWBSWA為“0 1”時(shí)，按START微動(dòng)開(kāi)關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)寫(xiě)入操作。時(shí),31211血98 M5丄4二aIAOP圖51系統(tǒng)涉及到的微程序流程見(jiàn)圖52,當(dāng)擬訂“取指”微指令時(shí)，該微指令的判別測(cè)試字段為P

5、(1)測(cè)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(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令 寄存器的前4位 固定微地址單元。P(4)測(cè)試，它以控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWBSWA乍為測(cè)試條件,剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個(gè)微地址單元隨意填寫(xiě)。注意：微程序流程圖上的單元地址為8進(jìn)制。當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表52即為將(IR7IR4)作為測(cè)試條件，出現(xiàn)五路分支，占用五個(gè)控制臺(tái)操作為出現(xiàn)了3路分支,占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)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(jìn)制微代碼表”P(pán)O1PO1/ 3 3J Jam-BUSam-BUS w

6、s-iews-ie/1010圖5-2條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存取到緩沖寄存器中，然后再 傳送至指令運(yùn)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(lái)保存當(dāng)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(jìn)制數(shù)構(gòu)成,為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試P(1)，通過(guò)節(jié)拍 脈沖T4的控制以便識(shí)別所要求的操作。“指令譯碼器”(實(shí)驗(yàn)板上標(biāo)有“INS DECODE的芯片)根據(jù)指令中的操作碼譯碼強(qiáng)置微控器單元的微0001地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首

8、地址。本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)，它作為輸入設(shè) 備（INPUTDEVIC日；另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備（DEVICE。例如：輸入時(shí)，二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)送到外部數(shù)據(jù) 總線上，只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù) 送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫(xiě)信號(hào)（W/R有效時(shí)，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器, 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼塊顯示。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)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(jìn)制）內(nèi)容（二進(jìn)制）助記符R01011求和結(jié)果2、實(shí)驗(yàn)步驟:(1).按圖53連接實(shí)驗(yàn)線路。(2).寫(xiě)程序:先將機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼正確的寫(xiě)入2816中，由于在實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)中已將微代碼寫(xiě)入WPROM芯片中。使用控制臺(tái)KW KRD微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。A

10、:使編程開(kāi)關(guān)處于“RUN，STEP為“STEP狀態(tài)，STOP為“RUN狀態(tài)。B:撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR(0-1)，微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。然后使控制臺(tái)SWBSWAT關(guān)置為“0 1”，按動(dòng)一次啟動(dòng)開(kāi)關(guān)START微地址顯示“01000T再按動(dòng)一次START微地址燈顯示“010100”，此時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的內(nèi)容置為要寫(xiě)入的機(jī)器指令，按動(dòng)一次START鍵，即完成該條指令的寫(xiě)入。若仔細(xì)閱讀KWE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器指令的首地址只要第一次給入即 可，PC會(huì)自動(dòng)加1,所以，每次按動(dòng)START只有在微地址燈顯示“010100” 時(shí)，才會(huì)設(shè)置內(nèi)容，直到所有的機(jī)器指令寫(xiě)完。.運(yùn)行程序 .單步運(yùn)行程序A.使編程

11、開(kāi)關(guān)處于“RUN狀態(tài)，STEP為“STEP狀態(tài)，STOP為“RUN狀態(tài)。B.動(dòng)總清開(kāi)關(guān)CLR(g1),微地址清零，PC計(jì)數(shù)器清零，程序首地址為00HoC.單步運(yùn)行一條微指令，每按動(dòng)一次START鍵即單步運(yùn)行一條微指令。對(duì)照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。D.運(yùn)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(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入DEBUG調(diào)試界面，總清開(kāi)關(guān)CLR( 1)清零后,程序首地址為00H,按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機(jī)運(yùn)行、調(diào)試程序。記錄每條 機(jī)器指令執(zhí)行后的結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程與分析做這個(gè)實(shí)驗(yàn)我真的體會(huì)到什么都是循序漸進(jìn)的不可能一步就完成的。我 們做實(shí)驗(yàn)五的時(shí)候很艱辛。實(shí)驗(yàn)

12、五是在實(shí)驗(yàn)四的基礎(chǔ)上做的，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)四的基礎(chǔ)是不可能，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)四的微指令是必須存到機(jī)箱里的，為了實(shí)現(xiàn)我們的加法運(yùn)算，我 們實(shí)驗(yàn)四的微指令輸了七八遍，剛開(kāi)始輸微指令的時(shí)候真的很粗心，我 們一遍一遍的輸入，輸入微指令的時(shí)候一個(gè)一定一個(gè)數(shù)都不能錯(cuò)，錯(cuò)了做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中我真的體會(huì)到了什么叫做一步步腳踏實(shí)地,就必須重新輸，真是把我和我的搭檔整死了。這個(gè)微指令就是我們的砍, 終于做出來(lái)后我們就開(kāi)始連線，剛開(kāi)始光看那個(gè)圖那么多的線，后面連 的次數(shù)多了就覺(jué)得這沒(méi)什么了。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié):這個(gè)實(shí)驗(yàn)在我所做的實(shí)驗(yàn)中給我的感覺(jué)是最難的。由于我們的操作儀 器的問(wèn)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(wèn) 題，但是我們都驗(yàn)證完都沒(méi)有任何錯(cuò)誤，但是在做實(shí)驗(yàn)五的時(shí)候微地址 燈只顯示三個(gè)燈，最后才發(fā)行我們的儀器有問(wèn)題。通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)存儲(chǔ)器有了進(jìn)一步的了解，理解它的功能特性和 使用方法。這次實(shí)驗(yàn)要注意的是：在進(jìn)行讀操作時(shí)，必須先寫(xiě)第一個(gè)地 址，然后讀出第一個(gè)地址單元的內(nèi)容，再寫(xiě)第二個(gè)