重慶理工大學(xué)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)五

《計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)》課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)題目簡單模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)班級11203070A姓名田經(jīng)緯學(xué)號11203070422時間2014年5月22日成績

1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用所設(shè)計(jì)的5條機(jī)器指令編寫一匯編語言程序，運(yùn)行該程序并觀察程序運(yùn)行的結(jié)果。要求該程序必須包含IN、ADD、OUT、JMP、HLT指令并且程序的長度在6條指令以上。設(shè)計(jì)一段機(jī)器程序，要求從IN單元讀入一個數(shù)據(jù)，存于R0，將R0和自身相加，結(jié)果存于R0，再將R0的值送OUT單元顯示。2實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)一個簡單的CPU，并且在此CPU的基礎(chǔ)上，繼續(xù)構(gòu)建一個簡單的模型計(jì)算機(jī)。CPU由運(yùn)算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序計(jì)數(shù)器（PC）和地址寄存器（AR）組成,。本模型機(jī)和前面微程序控制器實(shí)驗(yàn)相比，新增加一條跳轉(zhuǎn)指令JMP，共有五條指令：IN（輸入）、ADD（二進(jìn)制加法）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），HLT（停機(jī)），其指令格式如下（高４位為操作碼）：其中JMP為雙字節(jié)指令，其余均為單字節(jié)指令，********為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。微程序控制器實(shí)驗(yàn)的指令是通過手動給出的，現(xiàn)在要求CPU自動從存儲器讀取指令并執(zhí)行。根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路圖。本實(shí)驗(yàn)在前一個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了三個部件，一是PC（程序計(jì)數(shù)器），另一個是AR（地址寄存器），還有就是MEM（主存）。因而在微指令中應(yīng)增加相應(yīng)的控制位，其微指令格式如表5-1所示。表5-1微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA03實(shí)驗(yàn)步驟1、編寫微程序根據(jù)以下流程圖，再結(jié)合圖5-1，完成微指令，并填入表5-1-2中圖5-1簡單模型機(jī)微程序流程圖當(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5-2即為將圖5-4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”。表5-1-2二進(jìn)制微代碼表地址十六進(jìn)制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D430000000001101101010000110310707000010000011100000111000030001404000000000001010000000100040024050000000000100100000001010504B2010000010010110010000000013218300100011000001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013C0000500000000001101101010111011D105141000100000101000000000001根據(jù)要求可得到以下程序，地址和內(nèi)容均為二進(jìn)制數(shù)。地址內(nèi)容 助記符 說明00000000 00100000 ;START:INR0從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R000000001 00000000 ;ADDR0,R0 R0和自身相加，結(jié)果送R000000010 00110000;OUTR0R0的值送OUT單元顯示00000011 11100000;JMPSTART跳轉(zhuǎn)至00H地址00000100 00000000;地址00000101 01010000 ;HLT 停機(jī)2、完成上述工作后，連接好實(shí)驗(yàn)電路。3、聯(lián)機(jī)寫入和校驗(yàn)聯(lián)機(jī)軟件提供了微程序和機(jī)器程序下載功能，以代替手動讀寫微程序和機(jī)器程序，但是微程序和機(jī)器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中。本次實(shí)驗(yàn)程序如下，程序中分號‘；’為注釋符，分號后面的內(nèi)容在下載時將被忽略掉：補(bǔ)充完整下列程序;//******StartOfMainMemoryData******//$P0020;START:INR0從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0$P0100;ADDR0,R0R0和自身相加，結(jié)果送R0$P0230;OUTR0R0的值送OUT單元顯示$P03e0;JMPSTART跳轉(zhuǎn)至00H地址$P0400;$P0550;HLT停機(jī);//*******EndOfMainMemoryData*******//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;MEM->IR,P<1>$M30001404;R0->B$M04002405;A加B->R0$M0504B201;MEM->PC$M32183001;R0->A$M33280401;IN->R0$M35000035;R0->OUT$M3C006050;NOP$M1D105141;PC->AR,PC加1;//**EndOfMicroControllerData**//選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】—【裝載】”功能，在打開文件對話框中選擇上面所保存的文件，軟件自動將機(jī)器程序和微程序?qū)懭胫付▎卧?。選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】—【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機(jī)所有的機(jī)器指令和微指令，并在指令區(qū)顯示，對照文件檢查微程序和機(jī)器程序是否正確，如果不正確，則說明寫入操作失敗，應(yīng)重新寫入，可以通過聯(lián)機(jī)軟件單獨(dú)修改某個單元的指令，以修改微指令為例，先用鼠標(biāo)左鍵單擊指令區(qū)的‘微存’TAB按鈕，然后再單擊需修改單元的數(shù)據(jù)，此時該單元變?yōu)榫庉嬁?，輸?位數(shù)據(jù)并回車，編輯框消失，并以紅色顯示寫入的數(shù)據(jù)。4.運(yùn)行程序?qū)r序與操作臺單元的開關(guān)KK1、KK3置為‘運(yùn)行’檔，按動CON單元的總清按鈕CLR，將使程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR和微程序地址為00H，程序可以從頭開始運(yùn)行，暫存器A、B，指令寄存器IR和OUT單元也會被清零。將時序與操作臺單元的開關(guān)KK2置為‘單步’檔，每按動一次ST按鈕，即可單步運(yùn)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。每運(yùn)行完一條微指令，觀測一次CPU內(nèi)總線和地址總線，對照數(shù)據(jù)通路圖，分析總線上的數(shù)據(jù)是否正確。當(dāng)模型機(jī)執(zhí)行完JMP指令后，檢查OUT單元顯示的數(shù)是否為IN單元值的2倍，按下CON單元的總清按鈕CLR，改變IN單元的值，再次執(zhí)行機(jī)器程序，從OUT單元顯示的數(shù)判別程序執(zhí)行是否正確。4實(shí)驗(yàn)結(jié)果在電腦上的電腦