計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)8報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)八、復(fù)雜模型機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)： 模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖圖中運(yùn)算器ALU由U7-U10四片74LS181構(gòu)成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構(gòu)成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構(gòu)成。微控器部分控存由U13-U15三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU的其他部分都由EP1K10集成。存儲(chǔ)器部分由兩片6116構(gòu)成16位存儲(chǔ)器，地址總線(xiàn)只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為00H-FFH。輸出設(shè)備由底板上的四個(gè)LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)構(gòu)成，當(dāng)D-G和W/R均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線(xiàn)的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開(kāi)關(guān)方式下，輸入設(shè)備由16位電平開(kāi)關(guān)及兩個(gè)三態(tài)緩沖芯片74LS244構(gòu)成，當(dāng)DIJ-G為低電

2、平時(shí)將16位開(kāi)關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線(xiàn)。在鍵盤(pán)方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤(pán)或上位機(jī)輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線(xiàn)，因而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)為16位，指令、地址和程序計(jì)數(shù)器均為8位。當(dāng)數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器時(shí)，只有低八位有效。工作原理：數(shù)據(jù)格式：本實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)采用定點(diǎn)補(bǔ)碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長(zhǎng)為16位，格式如下： 1514 13 . 0 符 號(hào) 尾 數(shù)其中，第16位為符號(hào)位，數(shù)值表示范圍是：-32768 - 32767。指令格式：（1）算術(shù)邏輯指令設(shè)計(jì)9條單字長(zhǎng)算術(shù)邏輯指令，尋址方式采用寄存器直接尋址。其格式如下：7 6 5 43 21 0O

3、P-CODErsrdOP-CODE011110001001101010111100110111101111指令CLRMOVADDSUBINCANDNOTRORROL 其中OP-CODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定： rs 或 rd選定寄存器 00 Ax 01 Bx 10 Cx存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)及轉(zhuǎn)移指令 存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)有兩種，存數(shù)和取數(shù)。它們都使用助記符MOV，但操作碼不同。轉(zhuǎn)移指令只有一種，及無(wú)條件轉(zhuǎn)移（JMP）。指令格式如下： 7 65 43 21 0 00 M OP-CODE rd D 其中OP-CODE為操作碼，rd為寄存器。M為尋址模式，D隨M的不同其定義也不同，如下表所

4、示： 操作碼表OP-CODE000110指令說(shuō)明寫(xiě)存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)移指令尋址模式表 尋址模式M有效地址ED定義說(shuō)明00E=（PC）+1立即數(shù)立即尋址10E=D直接地址直接尋址11E=100H+D直接地址 擴(kuò)展直接尋址 （3）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： 操作碼表7 6 5 43 21 0OP-CODEaddrrd其中，當(dāng)OP-CODE=0100且addr=10時(shí)，從“數(shù)據(jù)輸入電路”中的開(kāi)關(guān)組輸入數(shù)據(jù)；當(dāng)OP-CODE=0100且addr=01時(shí)，將數(shù)據(jù)輸入到“輸出顯示電路”中的數(shù)碼管顯示。指令系統(tǒng)： 本實(shí)驗(yàn)共有十四條基本指令，其中算術(shù)邏輯指令8條，訪(fǎng)問(wèn)

5、內(nèi)存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條。下表列出了各條指令的格式，匯編符號(hào)和指令功能。設(shè)計(jì)微代碼：設(shè)計(jì)三個(gè)控制操作微程序：存儲(chǔ)器讀操作（MRD）：撥動(dòng)清零開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)讀操作。存儲(chǔ)器寫(xiě)操作（MWE）：撥動(dòng)清零開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)寫(xiě)操作。啟動(dòng)程序（RUN）：撥動(dòng)清零開(kāi)關(guān)CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時(shí)，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取指”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的微程序

6、字長(zhǎng)共24位，其控制位順序如下：24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1S0MCnWE1A1B F1 F2 F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0F1、F2、F3三個(gè)字段的編碼方案如下表： F1字段F2字段F3字段15 14 13選擇12 11 10選擇9 8 7選擇0 0 0LDRi0 0 0RAG0 0 0P10 0 1LOAD0 0 1ALU-G0 0 1AR0 1 0LDR20 1 0RCG0 1 0P30 1 1自定義0 1 1自定義0 1 1自定義1 0 0LDR11 0 0RBG1 0 0P21 0 1LAR1 0

7、1PC-G1 0 1LPC1 1 0LDIR1 1 0299-G1 1 0P41 1 1無(wú)操作1 1 1無(wú)操作1 1 1無(wú)操作流程圖：三、實(shí)驗(yàn)參考代碼：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)完成的是計(jì)算及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即輸入開(kāi)始數(shù)據(jù)，做完運(yùn)算后計(jì)算結(jié)果是否正確。計(jì)算公式：Cx2（Ax/2 + Bx + 3）,觀(guān)察估計(jì)結(jié)果值與實(shí)驗(yàn)輸出結(jié)果值是否相等。實(shí)驗(yàn)步驟：連接硬件系統(tǒng)，電路圖如圖所示。（連線(xiàn)時(shí)應(yīng)按如下方法：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線(xiàn)插頭上的箭頭面向自己橫在橫排插座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線(xiàn)插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。）在圖上更改如下連線(xiàn)：斷開(kāi)控制總線(xiàn)C1-C6和F4-F1上的接線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入電路DIJ1 接 數(shù)據(jù)總線(xiàn)B

8、D7-BD0數(shù)據(jù)輸入電路DIJ2 接 數(shù)據(jù)總線(xiàn)BD15-BD8數(shù)據(jù)輸入電路DIJ-G 接 I/O控制電路Y3微控器接口UAJ1 接 控制開(kāi)關(guān)電路UA5-UA0脈沖源及時(shí)序電路fin 接 脈沖源及時(shí)序電路f/8脈沖源及時(shí)序電路T4-T1 接 控制總線(xiàn)T4-T1控制開(kāi)關(guān)電路CA1 接 控制總線(xiàn)E4控制總線(xiàn)CA2 接 控制總線(xiàn)E5實(shí)驗(yàn)步驟：寫(xiě)微代碼-讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)-寫(xiě)機(jī)器指令-讀機(jī)器指令及驗(yàn)證機(jī)器指令-運(yùn)行程序（機(jī)器指令存放在RAM里，斷電丟失，故斷電后需重新輸入）本實(shí)驗(yàn)的機(jī)器指令程序代碼如下：Ax-11H Bx-53H 結(jié)果是72H 實(shí)驗(yàn)心得：本次課程設(shè)計(jì)完成的是一個(gè)具有復(fù)雜運(yùn)算功能的模型機(jī)。

9、通過(guò)構(gòu)造一個(gè)指令系統(tǒng)，編寫(xiě)機(jī)器指令以實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算功能，即通過(guò)輸入數(shù)據(jù)，我理解了各個(gè)器件的功能與作用，微地址的使用與機(jī)器指令的設(shè)計(jì)。由于對(duì)知識(shí)的不熟悉，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)進(jìn)程比較慢，遇到了許多問(wèn)題，但通過(guò)前面幾次的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)逐漸對(duì)實(shí)驗(yàn)的流程和實(shí)驗(yàn)儀器更熟悉，做實(shí)驗(yàn)的速度明顯加快。并且按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)提供的實(shí)驗(yàn)步驟，開(kāi)始逐步練習(xí)，按照指導(dǎo)書(shū)實(shí)驗(yàn)八的實(shí)驗(yàn)步驟連接線(xiàn)路。設(shè)計(jì)了機(jī)器指令之后，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備問(wèn)題或是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中粗心大意常常遇到一些錯(cuò)誤，如機(jī)器代碼的錯(cuò)誤輸入、實(shí)驗(yàn)的錯(cuò)誤連線(xiàn)以及輸出顯示的出錯(cuò)等等致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期的結(jié)果不相符。通過(guò)與同學(xué)們溝通討論，認(rèn)真研究以后修改了一些相關(guān)的機(jī)器指令之后反復(fù)測(cè)試，最后得出了正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 內(nèi)容總結(jié)（1）實(shí)驗(yàn)八、復(fù)雜模型機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)： 模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖