計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

計(jì) 算 機(jī) 組 成 原 理實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告評(píng) 語(yǔ)：成績(jī)教 師：年 月 日班 級(jí)： s 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 地 點(diǎn)： 時(shí) 間： 計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?深入理解基本模型計(jì)算機(jī)的功能、組成知識(shí)；2深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)各類典型指令的執(zhí)行流程；3學(xué)習(xí)微程序控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)技術(shù)，掌握LPM_ROM的配置方法。4在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將單元電路組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。5定義五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，上機(jī)調(diào)試，掌握計(jì)算機(jī)整機(jī)概念。掌握微程序的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)編寫(xiě)二進(jìn)制微指令代碼表。6通過(guò)熟悉較完整的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，全面了解并掌握微程序控制方式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1在部件實(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，而本實(shí)驗(yàn)將能在微過(guò)程控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定的功能。實(shí)驗(yàn)中，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微過(guò)程控制器來(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。2指令格式（1）指令格式采用寄存器直接尋址方式，其格式如下：位 7654 3210功能OP-CODErsrd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選定的寄存器000110R0R1R2助記符機(jī)器指令碼Addr地址碼功能說(shuō)明INADD addrSTA addrOUT addrJMP addr0 0H1 0H XX H2 0H XX H3 0H XX H4 0H XX H“INPUT”中的數(shù)據(jù)R0R0+addr -R0R0 - addraddr - BUSaddr PC其中IN為單字長(zhǎng)（8位二進(jìn)制），其余為雙字長(zhǎng)指令，XX H 為addr對(duì)應(yīng)的十六進(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。圖6-1 數(shù)據(jù)通路框圖1,存儲(chǔ)器讀操作（KRD）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“0 0”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀入操作。2,存儲(chǔ)器寫(xiě)操作（KWE）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“0 1”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)寫(xiě)操作。3、啟動(dòng)程序（RP）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWA、SWB為“1 1”時(shí)，即可轉(zhuǎn)入到微地址“01”號(hào)“取指令”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。SWBSWA控制臺(tái)指令001011讀內(nèi)存（KRD）寫(xiě)內(nèi)存（KWE）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5-1所示。表6-1 24位微代碼定義：24232221201918171615 14 1312 11 10987654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0 表6-2 A、B、C各字段功能說(shuō)明：A字段B字段C字段151413選擇121110選擇987選擇000000000001LDRi001RS-B001P（1）010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P（4）101LOAD101ALU-B101LDAR110LDAR110PC-B110LDPC24位微代碼中各信號(hào)的功能(1) uA5uA0：微程序控制器的微地址輸出信號(hào)，是下一條要執(zhí)行的微指令的微地址。(2) S3、S2、Sl、S0：由微程序控制器輸出的ALU操作選擇信號(hào)，以控制執(zhí)行16種算術(shù)操作或16種邏輯操作中的某一種操作。(3) M：微程序控制輸出的ALU操作方式選擇信號(hào)端。M0執(zhí)行算術(shù)操作；Ml執(zhí)行邏輯操作。(4) Cn：微程序控制器輸出的進(jìn)位標(biāo)志信號(hào)，Cn0表示ALU運(yùn)算時(shí)最低位有進(jìn)位，Cn1則表示無(wú)進(jìn)位。 (5)WE：微程序控制器輸出的RAM控制信號(hào)。當(dāng)/CE0時(shí)，如WE0為存儲(chǔ)器讀；如WE1為存儲(chǔ)器寫(xiě)。 (6) A9、A8譯碼后產(chǎn)生CS0、CS1、CS2信號(hào)，分別作為SW_B、RAM、LED的選通控制信號(hào)。 (7) A字段（15、14、13）譯碼后產(chǎn)生與總線相連接的各單元的輸入選通信號(hào)（見(jiàn)表6-1）。(8) B字段（12、11、10）譯碼后產(chǎn)生與總線相連接的各單元的輸出選通信號(hào)。(9) C字段（9、8、7） 譯碼后產(chǎn)生分支判斷測(cè)試信號(hào)P(1)P(4)和LDPC信號(hào)。系統(tǒng)涉及到的微程序流程見(jiàn)圖6-2。當(dāng)執(zhí)行“取指令”微指令時(shí)，該微指令的判斷測(cè)試字段為P(1)測(cè)試。由于“取指令”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（見(jiàn)圖6-2左圖）。用指令寄存器的高4位（IR7-IR4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個(gè)固定地址單元。控制臺(tái)操作為P(4)測(cè)試（見(jiàn)圖6-2右圖），它以控制臺(tái)信號(hào)SWB、SWA作為測(cè)試條件，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，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控制存儲(chǔ)器的一個(gè)微地址單元，隨意填寫(xiě)。注意：微程序流程圖上的微地址為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6-2即為圖6-2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6-2 二進(jìn)制微代碼表微地址微指令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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，然后再傳送至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼段，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: 根據(jù)指令中的操作碼強(qiáng)置微控制器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。三、實(shí)驗(yàn)步驟PCARPC+10101ED82RAMBUSBUS-IR00C04802P(1)INSW-R010001001(DR1)-(DR2)-R001PC-ARPC+11101ED830300B005RAM-BUSBUS-DR2R0-DR10405619A010601PC-ARPC+1(DR1)+1-R012SUN INC01DECPC-ARPC+113(DR1)-1-R001PC-ARPC+114RAM-BUSBUS-DR2R0-DR1(DR1與(DR2)-R0ANDOR15PC-ARPC+116DR1的非-R001010101ED87059A0107 2701ED98F59A013001ED9APC-ARPC+1RAM-BUSBUS-DR2R0-DR1(DR1)或(DR2)-R0313200B01C01A21DB99A0101ED9E00B020333401A221E99A01353637404101A206RAM-BUSBUS-AR00E004R0-DR101A217R0-DR101A129RAM-BUSBUS-AR00E01BRAM-BUSBUS-AR4200E01FR0-DR143NOT099A0101ED9E01A223執(zhí)行程序：（1）按1次系統(tǒng)復(fù)位鍵8，并置鍵8為高電平，使CPU允許正常工作；（2）控制開(kāi)關(guān)（鍵4、鍵3）設(shè)置為SWB、SWA=1,1，處于程序執(zhí)行方式，控制臺(tái)：RP（11）；（3）通過(guò)鍵2、鍵1輸入運(yùn)算數(shù)據(jù)，如56H，按4次單步鍵7，產(chǎn)生2個(gè)脈沖，執(zhí)行2條微指令，進(jìn)入到圖6-1控制臺(tái)的RP（11），此時(shí)的微指令地址是“23”，微指令碼MC=008001；IN=56H（4）再用鍵7產(chǎn)生1個(gè)脈沖，執(zhí)行1條微指令，微程序流程進(jìn)入圖6-2左的“運(yùn)行微程序”的最上塊：此時(shí)PC=00送地址寄存器AR=00，PC自動(dòng)加1，PC=01，MC=00ED82，IN=56；1實(shí)驗(yàn)中遇到的主要問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的思路自己動(dòng)手才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而解決問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)的初期大家都是在認(rèn)真閱讀與理解實(shí)驗(yàn)文檔，從而了解基本模型計(jì)算機(jī)的功能、組成知識(shí)，理解微指令的設(shè)計(jì)過(guò)程與方法，從而深入學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)各類典型指令的執(zhí)行流程。在學(xué)習(xí)微程序控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程和相關(guān)技術(shù)，同時(shí)掌握了LPM_ROM的配置方法，在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將單元電路組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。通過(guò)定義五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，上機(jī)調(diào)試，從而掌握了計(jì)算機(jī)整機(jī)概念。掌握微程序的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)編寫(xiě)二進(jìn)制微指令代碼表，通過(guò)熟悉較完整的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，全面了解并掌握微程序控制方式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法。在此次試驗(yàn)過(guò)程中，我們出現(xiàn)更改rom.mif而忘記更改ram.mif中的數(shù)據(jù)