簡單模型機(jī)試驗(yàn)報(bào)告

1、評語：課中檢查完成的題號及題數(shù):課后完成的題號與題數(shù):成績：自評成績：實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱：簡單模型機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期：班級：學(xué)號：姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握一個(gè)簡單CPU的組成原理.2、在掌握部件單元電路的根底上,進(jìn)一步將其構(gòu)造一臺根本模型計(jì)算機(jī).3、為其定義五條機(jī)器指令,編寫相應(yīng)的微程序,并上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念.二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的CPU并且在此CPU的根底上,繼續(xù)構(gòu)建一個(gè)簡單的模型計(jì)算機(jī).CPU由運(yùn)算器ALU、微程序限制器MC、通用存放器R.,指令存放器IR、程序計(jì)數(shù)器PC和地址存放器AR組成,如圖2-1-1所示.這個(gè)CPU在寫入相應(yīng)的微指令后,就具備了執(zhí)行機(jī)器指令的功能,但是

2、機(jī)器指令一般存放在主存當(dāng)中,CPU必須和主存掛接后,才有實(shí)際的意義,所以還需要在該CPU的根底上增加一個(gè)主存和根本的輸入輸出部件,以構(gòu)成一個(gè)簡單的模型計(jì)算機(jī).圖1-4-1根本CPU構(gòu)成原理圖除了程序計(jì)數(shù)器P.,其余部件在前面的實(shí)驗(yàn)中都已用到,在此不再討論.系統(tǒng)的程序計(jì)數(shù)器PQ由兩片74LS161和一片74LS245構(gòu)成,其原理如圖1-4-2所示.PC_B為三態(tài)門的輸出使能端,CLR連接至CON單元的總清端CLR按下CLR按鈕,將使PC清零,LDPC和T2相與后作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘,當(dāng)LOAD為低時(shí),計(jì)數(shù)時(shí)鐘到來后將CPU內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)打入PGLDPCT2CLRLOAD說明IN-R0R0+R0-

3、R0R0-OUTJMPaddrHLT11000000*01010000addr-PC停機(jī)圖1-4-2程序計(jì)數(shù)器PC原理圖本模型機(jī)和前面微程序限制器實(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"$移,HLT停機(jī),其指令格式如下高4位為操作碼：助記符機(jī)器指令碼IN00100000ADD00000000OUT00110000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.微程序限制器實(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,如圖1-4-3所示.本實(shí)驗(yàn)

4、在前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的根底上增加了三個(gè)部件,一是PC程序計(jì)數(shù)器,另一個(gè)是AR地址存放器,還有就是MEM主存.因而在微指令中應(yīng)增加相應(yīng)的限制位,其微指令格式如表1-4-1所示.圖1-4-3數(shù)據(jù)通路圖系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖1-4-4所示,當(dāng)擬定“取指微指令時(shí),該微指令的判別測試字段為P<1>M試.指令譯碼原理見圖1-3-3所示,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>的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支.本機(jī)用指令存放器的高6位IR7IR2作為測試條件,出現(xiàn)5路分支,占用5個(gè)固定微地址單元,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,微程序流程圖上的單元

5、地址為16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1-4-2即為將圖1-4-2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NOP00圖1-4-4簡單模型機(jī)微程序流程圖表1-4-2二進(jìn)制微代碼表地址十六進(jìn)制局五位S3-S0A?段邸段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D4300000000011011010100001103107070000100000111000001110000040024050000000000100100000001010504B2010000010010110010000000011D10

6、5141000100000101000101000001300014040000000000010100000001003218300100011000001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013C006D5D000000000110110101011101設(shè)計(jì)一段機(jī)器程序,要求從IN單元讀入一個(gè)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.根據(jù)要求可以得到如下程序,地址和內(nèi)容均為二進(jìn)制數(shù).地址00000000000000010000001000

7、0000110000010000000101內(nèi)容001000000000000000110000111000000000000001010000助記符START:INR0ADDR0,R0OUTR0JMPSTART說明從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0R0和自身相加,結(jié)果送R0R0的值送OUT單元顯示跳轉(zhuǎn)至00H地址停機(jī)三、工程要求及分析：1.試修改現(xiàn)有的指令系統(tǒng),將加法指令的功能修改為R0勺內(nèi)容和某個(gè)存儲單元的內(nèi)容相加；增加存數(shù)、取數(shù)和減法三條機(jī)器指令,指令助記符分別為STA、LAD和SUB指令操作碼分別為十六進(jìn)制的60、70和80.四、具體實(shí)現(xiàn):微程序流程圖:INORQ01&1STAIAD5U

8、BA-6-1R001OUTRO-XJUT2301二進(jìn)制代碼表地址十六進(jìn)制局五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D43000000000110110101000011031070720001000001110000011100100420600500100000011000000000010105200401001000000000010000000001062060070010000001100000000001110710300100010000001100000000000108006D7900000000

9、01101101010920600A0010000001100000000A10300B0001000000110000000B00240C00000000001001000032183001000110000011000000332804010010100000000100003500003500000000000000000036006D8400000000011011010137006D86000000000110110101380014080000000000010100000C05B202100001011011001000微程序：地址內(nèi)容說明0000000000100000;從IN

10、單元讀入數(shù)據(jù)送R00000000100100000；先讀地址再讀數(shù)據(jù),存入主存0000001001100000；取出存入主存的數(shù)據(jù)0000001100000000;R0的值送OUT單元顯示0000010000110000;從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R00000010111100000；進(jìn)行減法運(yùn)算0000011000100000;R0的值送OUTI元顯示0000011100000000;0000100001100000;HLT停機(jī)編寫微程序：機(jī)器指令：$P0020;從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0$P0160;先讀地址再讀數(shù)據(jù),存入主存$P0270;取出存入主存的數(shù)據(jù)$P0330;R0的值送OUTI元顯示$

11、P0420;從IN單元讀入數(shù)據(jù)送R0$P0580;進(jìn)行減法運(yùn)算$P0630;R0的值送OUTI元顯示$P0700;$P0850;HLT停機(jī)微指令：$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC力口1$M03107072;MEM->IR,P<1>$M32183001;IN->R0$M36006D84;PC->AR,PC力口1$M04206005;AR->MEM$M05200401;R0->MEM$M37006D86;PC->AR,PC力口111100100101000101100110000000100000111010

12、1000100000110001000000001;PC->AR,PC加1$M06206007$M07103001$M33280401$M01006D43$M03107072$M32183001$M38001408$M08006D79$M0920600A$M0A10300B$M0B00240C$M0C05B201$M33280401$M00000001AR->MEMMEM->R0R0->OUTMEM->IRIN->R0R0->A;PC->AR,PC;AR->MEM;MEM->R0;R0->B;A-B->R0;R0->

13、OUT;NOP六、所遇問題及解決方法：(1)程序運(yùn)行前必須對微地址清零.撥動實(shí)驗(yàn)儀右下角清零開關(guān)CLR(1-0-1)后,觀看實(shí)驗(yàn)儀右上方的微地址顯示燈(UA0-UA5是否全為零,假設(shè)全為零,那么正確,假設(shè)不全為零,說明有問題,要檢查.(2)使用單步微指令運(yùn)行程序,單擊該系統(tǒng)第三行的“單步微指令圖標(biāo)即可.(3)在每次單步執(zhí)行一條微指令的過程中,都要觀察屏幕動態(tài)流線顯示的運(yùn)行結(jié)果,根據(jù)屏幕顯示的結(jié)果分析與該條微指令的格式和功能是否一致.假設(shè)不一致,必須檢查原因.七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：通過本次實(shí)驗(yàn)收獲豐富,在做這次實(shí)驗(yàn)之前,通過深入的預(yù)習(xí),理解了實(shí)驗(yàn)原理、明確了實(shí)驗(yàn)的目的,按部就班地連線,逐步完成了實(shí)驗(yàn)的要求.在實(shí)驗(yàn)過程中,我認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和思考實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容,把自己不太明白的問題通過實(shí)驗(yàn)理解清楚,取得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.通過這次實(shí)驗(yàn)懂得了根本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的根本操作,加深了對書本