計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)(NEW)

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)：倪金龍信息樓401Tel：28008271nijl@前言實(shí)驗(yàn)課注意事項(xiàng)一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。二、實(shí)驗(yàn)過程，不帶電連線和拆線，真實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)完畢后，清理實(shí)驗(yàn)臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：1.實(shí)驗(yàn)日期，同組者實(shí)驗(yàn)等2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.實(shí)驗(yàn)原理(簡明)4.實(shí)驗(yàn)過程:(1)連線(2)操作過程(條理清晰)(3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(真實(shí))5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論6.自己的看法或者疑問前言成績比例及考試方式平時(shí)成績50分實(shí)驗(yàn)操作情況30實(shí)驗(yàn)報(bào)告20期末考試成績50分實(shí)驗(yàn)理論考試25實(shí)驗(yàn)操作考試25課程性質(zhì)------技術(shù)基礎(chǔ)課------專業(yè)基礎(chǔ)課---專業(yè)課

本課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門承上啟下的課程。

課程的目的和任務(wù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：硬件和軟件的綜合體。本課側(cè)重點(diǎn)：學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)；學(xué)習(xí)各組成部分的工作原理。學(xué)習(xí)目的：1）建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)概念，理解軟硬件的關(guān)系和邏輯的等價(jià)性；2）深入了解計(jì)算機(jī)各部件的的組成原理、工作機(jī)制以及部件之間的相互關(guān)系；3）加強(qiáng)硬件分析和設(shè)計(jì)的基本技能和方法，培養(yǎng)和提高計(jì)算思維能力。課程內(nèi)容研究討論單臺(tái)計(jì)算機(jī)的完整硬件系統(tǒng)的基本組成原理與內(nèi)部運(yùn)行機(jī)制。單臺(tái)：非多機(jī)系統(tǒng)完整：計(jì)算機(jī)整機(jī)、全部的硬件功能部件。基本：不一定是最高性能、最合理的組成,而是最基礎(chǔ)的必要的組成部分。課程內(nèi)容高級語言`匯編語言`指令代碼`微指令代碼課程內(nèi)容輸入設(shè)備輸出設(shè)備總線外存設(shè)備主存儲(chǔ)器高速緩存控制器運(yùn)算器輸入輸出接口教學(xué)進(jìn)度安排(正常)周次實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)類型1實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本操作驗(yàn)證2算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3進(jìn)位與判零控制實(shí)驗(yàn)(多位數(shù)運(yùn)算)驗(yàn)證4移位控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5存儲(chǔ)器讀寫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證6脫機(jī)方式下微代碼裝入與執(zhí)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)7簡單模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)8簡單模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)9帶移位模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)10帶移位模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)11機(jī)器指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)12機(jī)器指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)度安排(信電)周次實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)類型1實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本操作驗(yàn)證2算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證3移位控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證4存儲(chǔ)器讀寫實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證5簡單模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)6簡單模型計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)7機(jī)器指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1設(shè)計(jì)8機(jī)器指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算器ALUUNIT寄存器REGUNIT報(bào)警ALARMUNIT輸入/輸出INPUT/OUTPUTUNIT中斷INTUNIT主存儲(chǔ)器MEMUNIT總線BUSUNIT微程序控制器MAINCONTROLUNIT指令I(lǐng)NSUNIT地址ADDRESSUNIT時(shí)鐘CLOCKUNIT手動(dòng)開關(guān)控制器MANUALUNIT實(shí)驗(yàn)一：實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本操作實(shí)驗(yàn)要求:把輸入部件（INPUT）上的數(shù)據(jù)65送到總線(BUS)。INPUTBUS把總線(BUS)上的數(shù)據(jù)送到輸出部件(OUT)。BUSOUT數(shù)據(jù)變換操作（clock單元代替開關(guān)）,OUT單元的數(shù)據(jù)隨著INPUT單元的數(shù)據(jù)變化而變化（連續(xù)脈沖？）。實(shí)驗(yàn)二：算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：把輸入部件（INPUT）的數(shù)據(jù)送到DA1和DA2INPUTDA1;INPUTDA2將運(yùn)算器（ALU）運(yùn)算結(jié)果輸出到總線指示燈顯示。填寫P44表2-2ALUBUS。驗(yàn)證:S3-S0,M,CI=101001 101000 101101 101100四個(gè)運(yùn)算結(jié)果數(shù)據(jù)65669A算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)BUSDA1(274)DA2(274)運(yùn)算器(181)運(yùn)算器(181)鎖存器(245)BUSD7-D0D7-D0D7-D0D7-D4D3-D0D3-D0D7-D4D3-D0D7-D4S3-S0M,CiS3-S0M,CiB-DA1B-DA2ALU-B實(shí)驗(yàn)三：進(jìn)位與判零控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)驗(yàn)步驟用時(shí)序流程圖表示。給定進(jìn)位標(biāo)志CY，判零標(biāo)志CZ，規(guī)定操作方式。自己取數(shù)據(jù)，填寫P47表2-4。實(shí)驗(yàn)要求：實(shí)現(xiàn)3465H和12A7H相加結(jié)果保存到兩個(gè)通用寄存器中并讀出。實(shí)現(xiàn)3465H和12A7H相減結(jié)果保存到兩個(gè)通用寄存器中并讀出。

微操作 控制信號(hào)INPUTDA1

IO-R#,B-DA1INPUTDA2

IO-R#,B-DA2ALU(加)RO

ALU-B#,S3-S0,M,CI=100101,B-R0判斷cyCYCN#或CYNCN#,T4INPUTDA1

IO-R#,B-DA1INPUTDA2

IO-R#,B-DA2ALU(加)

R1

CYCN#,ALU-B#,S3-S0,M,CI=100101,B-R1R1OUT R1-B#,IO-WR0OUT R0-B#,IO-W實(shí)驗(yàn)四：移位控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：FOH*3/4OUT

實(shí)驗(yàn)步驟

IN(F0H)DA1 IN(F0H)299 299(右移2次)DA2 ALU（減）OUT對應(yīng)控制信號(hào)IO-R#，B-DA1IO-R#，S1,S0=11，T4299-B#，S1,S0=10，T4，T4，B-DA2ALU-B#，S3~S0,M,CI=011000，IO-W我的結(jié)果是：10110100實(shí)驗(yàn)五

存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、地址分別為01、02的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)相加后，寫入到地址為03的內(nèi)存中。并在OUT單元讀出。2、地址分別為01、02的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)為地址的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)相加后，寫入到地址為03的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)為地址的內(nèi)存單元中。并在OUT單元讀出。(地址為40H、80H的內(nèi)存預(yù)置數(shù)據(jù)10H、01H)要求：寫出每步微操作，及每步微操作所需控制信號(hào)。IN(01)ARMEMDA1IN(02)ARMEMDA2IN(03)ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMR0R0ARMEMDA1IN(02)ARMEMR0R0ARMEMDA2IN(03)ARMEMR0R0ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMDA1IN(02)ARMEMDA2IN(03)ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMR0R0ARMEMDA1IN(02)ARMEMR0MEMDA2IN(03)ARMEMR0R0ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARIN(80)MEMIN(02)ARIN(40)MEMIN(03)ARIN(20)MEM……IN(01)ARMEMBUS(讀操作)IN(02)ARMEMBUS(讀操作)IN(03)ARMEMBUS(讀操作)……T1T2T3T4時(shí)序信號(hào)BTO OTB FUNC FS S3~S0,M,CI N 微代碼指令譯碼器 微代碼指令寄存器17位微代碼控制存儲(chǔ)器地址寄存器7位微代碼控制存儲(chǔ)器128單元×24位機(jī)器指令譯碼器微代碼控制存儲(chǔ)器地址緩沖器7位24位微代碼顯示器微地址顯示器微代碼控制存儲(chǔ)器地址寄存器微代碼讀寫控制電路24位微代碼開關(guān)24位微代碼緩沖器7位微地址開關(guān)簡單模型機(jī)1、根據(jù)簡單模型機(jī)已經(jīng)定義的5條指令，編程實(shí)現(xiàn)以下功能： 輸入單元（20H）加上內(nèi)存[20H]，存放到地址為20H的內(nèi)存中，并在OUT顯示。循環(huán)累加。2、在已有的簡單模型機(jī)的5條指令的基礎(chǔ)上，再自己定義一條減法指令：SUBROADDR（[ADDR]-R0RO），編程實(shí)現(xiàn)以下功能： 內(nèi)存[20H]減去輸入單元（20H），存放到地址為20H的內(nèi)存中，并在OUT顯示。循環(huán)累減。注：[20H]中數(shù)據(jù)預(yù)置為80H。軟件下載地址：FTP：///113SUBADDR（[ADDR]-R0RO）

操作碼D4PCARPC+1RAMARRAMDA1DA1-DA2DRDRDA23540414243實(shí)驗(yàn)名稱:帶移位模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡單模型機(jī)基礎(chǔ)上定義四條指令RR,RL,RRC,RLC操作碼自己定義(書上p89,定義的微地址有沖突)例如RR操作碼為11010100,則入口地址為35H.RR(功能：DR循環(huán)右移DR)改變RR指令功能如下之一RRaddr(功能：[addr]循環(huán)右移DR)RRaddr1,addr2(功能：[addr1]循環(huán)右移[addr2])編程序?qū)崿F(xiàn)輸出指示燈”00000001”(來源于input單元)從左往右或從右往左循環(huán)移動(dòng)。編程實(shí)現(xiàn)輸出指示燈從右往左的燈逐個(gè)亮起來。

1，定義指令RR（DR右移DR）指令格式：D4299循環(huán)右移DR299299DR35H40H41HDR-B#，S1,S0=11299-B#，S1,S0,M=100R299-B#，B-DRPCARPC+1RAMIRJ（1）定義指令過程：1、先確定RR的操作碼，如11010100。2、根據(jù)操作碼，可知微指令入口地址為35H（參考J(1)散轉(zhuǎn)規(guī)則）。3、畫微操作流程圖（如左圖）。4、將微操作轉(zhuǎn)化為微指令寫入微存儲(chǔ)器思考：再定義一條乘5指令：Five（功能：DR*5DR）編程序?qū)崿F(xiàn)輸出指示燈”00000001”(來源于input單元)循環(huán)乘5輸出。

PCARPC+1RAMIRJ（1）DRDA1DR299299循環(huán)左移36H40H41HFIVE指令格式：D8功能：DR*5DRFIVEADDR指令格式：D8addr功能：[addr]*5DR299循環(huán)左移299DA2DA1+DA2DRRAMDA1RAM299299循環(huán)左移299循環(huán)左移299DA2DA1+DA2DRPCAR,PC=PC+1RAMAR36H程序指令程序助記符：INdr(INDR)

P1:RRdr(DR右DR)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP1(PC=P1)地址內(nèi)容00C0010002D403C8042005CC0620070008D00902RAM:機(jī)器指令設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在簡單模型機(jī)定義的五條指令（IN,ADD,STA,OUT,JMP）的基礎(chǔ)之上，自己設(shè)計(jì)以下指令：

SUBdr,addr ([addr]-drdr) ADDCdr,addr ([addr]+dr+cydr)

JMPCaddr (若cy=1，addrpc) INCdr (dr+1dr) LDAdr,addr ([addr]dr)運(yùn)用以上定義的指令，編寫指令程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：地址為20H的內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)（初始值為0），加上開關(guān)中的一個(gè)數(shù)據(jù)（50H）,存放到20H內(nèi)存單元，并輸出到OUT單元顯示，并循環(huán)累加，當(dāng)數(shù)據(jù)即將溢出時(shí)，轉(zhuǎn)做減法操作，當(dāng)減到即將溢出時(shí)，又做加法操作，如此循環(huán)。指令程序：P1:INdr(INDR)ADDdr20([20]+DRDR)JMPCP2(若cy=1,PC=P2)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP1(PC=P1)P2:INdr(INDR)SUBdr20([20]-DRDR)JMPCP1(若cy=1,PC=P1)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP2(PC=P2)PCARPC+1RAMIRJ（1）PCAR,PC=PC+1RAMDA1J(4)37CY=1DA1PC0101414045CY=04547JMPC(DC)SUB(D4)PCAR