计算机组成原理课程设计实验报告.docx
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2 2020年4月19日 文档仅供参考,不当之处,请联系改正。 计算机组成原理课程设计实验报告 计算机组成原理 课程设计实验报告 赵叶峰 计科0610 26号 2008-12-24 目录 一、实验目的 1 二、实验设备 1 三、实验原理 1 1. 微程序控制电路 1 2、微指令格式 1 3、五条机器指令 1 4、微程序流程图 1 四、实验步骤 1 1、连接实验线路 1 2、观察微程序控制器的工作原理: 1 3、根据指令系统编写程序 1 4、运行程序 1 五、心得体会 1 一、实验目的 掌握微程序控制器的组成原理 掌握微程序的编制、写入,观察微程序的运行 在"微程序控制器的组成与微程序设计实验"的基础上,将第一部分中的各单元组成系统,构造一台基本模型计算机。 根据定义的五条机器指令,编写相应的微程序,并运行,形成整机概念 二、实验设备 ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验系统一台,排线若干 Pc机一台 三、实验原理 实验所用的时序电路原理能够参考时序实验。由于时序电路的内部线路已经连好(时序电路的CLR已接到实验板中下方的CLR清零开关上),因此只需将时序电路与方波信号源连接即可。 1. 微程序控制电路 微程序控制器的组成见图1-13。其中控制存储器采用3片2816 E2PR0M,具有掉电保护功能。微命令寄存器18位,用两片8D触发器(74LS273)和一片4D(74LS175)触发器组成。微地址寄存器6位,用三片上升沿触发的双D触发器(74LS74)组成,它们带有清"0"端和置"1"端。在不进行判别测试的情况下,T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行判别测试时,转移逻辑满足条件后输出的负脉冲经过强置端将某一触发器设置为"1"状态,完成地址修改。 在该实验电路中,在CONTROL UNIT有一个编程开关SP06,它具有三种状态:WRITE(编程)、READ(校验)、RUN(运行)。当处于"编程状态"时,实验者可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于"校验状态"时,能够对写入控制存储器中的二进制代码进行验证,从而能够判断写入的二进制代码是否正确。当处于"运行状态"时,只要给出微程序的入口微地址,则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门74LS245,目的是隔离触发器的输出,增加抗干扰能力,并用来驱动微地址显示灯。 2、微指令格式 微指令字长24位,其控制位顺序如下: 其中uA5一uA0为6位的后续微地址,A、B、P为三个译码字段,分别由三个控制位译码出多位。P字段中的Pl一P4是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码,使微程序转入相应的微地址入口,从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位,其为零有效。B字段中的RS_G、RD_G、RI_G分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号,其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码 控制器实验原理图 3、五条机器指令 其指令格式如下: 助记符 机器指令码 说明 IN 00000000XXXX XXXX 输入,"INPUT"设备中的开关状态 R0 ADD addr 00010000 XXXX XXXX 二进制加法,R0+[addr] R0 STA addr 00100000XXXX XXXX 存数,R0 [addr] OUT addr 00110000XXXX XXXX 输出,[addr] BUS JMP addr 01000000XXXX XXXX 无条件转移,addr PC 机器指令码的前4位为操作码。其中IN为单字长,其余为双字长指令,XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码 为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序 存储器读操作(READ):拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB、SWA为"00"时,按START微动开关,可对RAM连续手动读操作 存储器写操作(WRITE):拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB、SWA设置为"01"时,按START微动开关可对RAM进行连续手动写入 启动程序(RUN):拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB、SWA设置为"11"时,按START微动开关,即可转入到第01号"取址"微指令,启动程序运行 上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置,其定义如下: 数据通路框图 4、微程序流程图 系统涉及到的微程序流程见图2-2,当拟定"取指令"微指令时,该微指令的判别测试字段为P1测试。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P1的测试结果出现多路分支。本机用指令 计算机组成原理是一门深入理解计算机硬件系统的学科,涵盖了从指令集到硬件实现的各个层面。在本次课程设计实验中,学生们被要求通过实践操作来掌握微程序控制器的原理及其应用。以下是实验报告的关键知识点: 1. **微程序控制电路**: 微程序控制电路是计算机中央处理器(CPU)中的一个重要组成部分,它负责根据微指令来产生控制信号,驱动整个计算机系统。在这个实验中,控制存储器采用了3片2816 E2PROM,用于存储微指令,具备掉电保护功能。微命令寄存器和微地址寄存器分别由不同类型的触发器组成,它们在不同的时间点执行不同的任务。编程开关SP06允许实验者在WRITE、READ和RUN模式间切换,以便编写、校验和运行微程序。 2. **微指令格式**: 微指令字长为24位,包含了后续微地址、译码字段和控制位。其中,6位的后续微地址用于指定下一条微指令的位置,而A、B、P字段通过译码产生多路控制信号。P字段中的测试字位则用于控制微程序的分支和循环。AR位用于控制算术操作对标志位的影响,而B字段则用于选择和控制寄存器。 3. **五条机器指令**: 实验中定义了五条简单的机器指令,包括输入(IN)、加法(ADD)、存储(STA)、输出(OUT)和无条件转移(JMP)。这些指令有不同的操作码和地址码,用于与内存交互和程序控制。 4. **微程序流程图**: 微程序流程图展示了从取指令到执行指令的控制流程。特定的微指令(如“取指令”)可能有多个分支,这取决于其判别测试字段的值,例如P1测试字段可能导致多路分支,以适应各种情况。 5. **实验步骤**: 实验主要包括连接实验线路,观察微程序控制器的工作,编写和校验微程序,以及运行程序。通过这些步骤,学生能够实际操作和理解微程序控制器如何支持机器指令的执行。 在实验过程中,学生不仅要熟悉微程序设计的基本原理,还需要掌握实验设备的使用,如ZY15Comp12BB教学实验系统和排线,以及如何利用PC机辅助实验。通过这样的实践,学生能够从微观层面理解计算机的运作机制,为后续的计算机硬件设计打下坚实的基础。
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