計算機組成原理實驗完整版

1、河南農(nóng)業(yè)大學計算機組成原理實驗報告題 目 簡單機模型實驗信息與管理科學學院院學班計算機科學與技術2010級1專業(yè)班級1010101029)學生姓名 張子坡( 指導教師郭玉峰二O二年六月五日撰寫日期：、：實驗目的一 1.在掌握各部件的功能基礎上，組成一個簡單的 計算機系統(tǒng)模型機；2. 了解微程序控制器是如何控制模型機運行的，掌握整機動態(tài)工作 過程；3定義五條機器指令，編寫相應微程序并具體上機調(diào)試。二實驗要求:、1. 復習計算機組成的基本原理；2. 預習木實驗的相關知識和內(nèi)容三、實驗設備：型計算機組成原理試驗系統(tǒng)一套，排線若干。EL-JY-II四、模型機結構及工作原理：模型機結構框圖見實驗書56頁

2、圖6-1.輸出設備由底板上上的四個LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動電路構成, 當D-G和W/R均為低電平時將數(shù)據(jù)結構的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)管顯示 注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計 數(shù)器均為8位。當數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器時，只有低8位有效。在木實驗我們學習讀、寫機器指令和運行機器指令的完整過程。在機 器指令的執(zhí)行過程中，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到執(zhí)行結束為 一個指令周期，指令由微指令組成的序列來完成，一條機器指令對應 一段微程序。另外，讀、寫機器指令分別由相應的微 程序段來完成。.為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí) 行，必須設計

3、三個控制操作微程序。存儲器讀操作(HRD)：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后， 指令譯碼器輸入CAI、CA2為“00”時，按“單步”鍵，可對RAM連 續(xù)讀操作。存儲器寫操作(MWE)：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后， 指令譯碼器輸入CAI、CA2為“10”時，按“單步”鍵，可對RAM連 續(xù)寫操作。啟動程序(RUN)：撥動開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯 碼器輸入CAI、CA2為“11”時，按“單步”鍵，即可轉入第01號“取 指”微指令，啟動程序運行。注：CAI、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方 式有監(jiān)控程序直接對E4、E5賦值，無需接線。開關方式時

4、可將E4、E5接至控制開關CAI、CA2,由開關控制。五、實驗內(nèi)容、分析及參考代碼:生成的下一條微地址UAUAosPS44C1CS2S2寄SAi存 微地址形成電路 器SA碼oIoMSMSo5微地址SA4 池SA3I7?P1 1-P2?I6SAui4P2CA2P1?I3PSA1I54PCA11I2P2SAOI4P 進行Pl測試時，Pl為0,其他 都為1。進行P4測試時，P4為0,其他都為1。當SA4-SA0為0時，對應的UA4-UAO被置1,否則UA保持MS原值不 變。1. 根據(jù)上面的邏輯表達式，分析56頁圖6-2的P1測試和P4測試兩 條微指令的微地址轉移方向。P1 測試時 SA4=K SA3

5、二 1、SA2二 1、SA1 二0、SAO二 1,表明 SA1 對應 位置1生成的下一條微地址001010,進入12號單元，12號單元的 F3字段為101不是任何測試，所以就進入07號單元，把01H送入BX, 07號單元的F3字段為111無操作，回到01號單元的取指階段。同 理，可得ADD指令的地址轉移方向。P4測試時，它以CAI、CA2作為測試條件，出現(xiàn)讀寫機器指令、直接 運行機器指令三路分支，占用三個固定的地址元。P4測試是對內(nèi)存 讀、寫或者直接運行程序，此時可得到SA4=1, SA3二SA2二1,當CA1、 CA2為“00”時SA1二SAO=1,全1則原樣輸出既010000,進入20號

6、單元。20單元的F3字段為101, LPC不是任何測試，所以，下址字段 為010010,既進入22號單元。22單元的F3字段為111無操作，下 址字段為010111,進入27號單元，而27單元的F3字段為111,無 操作下址字段為010000,所以又回到20號單元，開始循環(huán)。同理, 當CAK CA2為“10”時可得到SA1=O, SA0=l,則把SA0對應位置1, 既 010001 進入微地址 21,按照 “010001”、“010100”、“011000” 方 式循環(huán)。當CAI、CA2為010011,生成下一條微地址為1對應置 SA1 二SA0二0” 時可得到 11 “既23號單元，23單元

7、的F3字段為111無操作生成的下址字段為 000001,進入到取指階段01號單元開始程序運行。2. 分析實驗六中的五條機器指令的執(zhí)行過程引用以下代碼及機器指令再分析0000 00000000 0000IN AX, KIN數(shù)據(jù)輸入電路-AX0000 00010010 0001MOV BX, 01H0001H-BX0000 00100000 00010000 00110001 0000ADD AX, BXAX+BX-AX0000 01000001 0000OUTDISP AXAX-輸出顯示電路0000 01010100 0000JMP OOHOOH-PC0000 01100000 0000表6-1

8、機器指令表:地址（十六進制）機器指令（十六進制）0000 00 0021 01000102 001003003004004005000006PC關于上面五條機器指令的執(zhí)行過程。首先，進入取指階段，中的 數(shù)上數(shù)據(jù)總線，指然后AR, PC值加1, RAM中機器指令的地址送測試經(jīng) 譯碼后，對于令寄存器的門打開接收數(shù)據(jù)，操作碼進行P1,判斷SA0、 SAI、SA2、SA3、SA4取機器指令的高四位對IN AX, KIN.后得到下址字段，既進入10號單元完成把輸入的數(shù)據(jù)給AX。然后, 又回到“取指”階段，“譯碼”進行P1測試取MOV BX,01H的高四位 對SA4、SA3、SA2、SAI、SAO,判斷后

9、進入12號單元，執(zhí)行當前PC 中的值送AR, PC值加1,進入07號單元執(zhí)行RAM中的數(shù)01H上數(shù)據(jù) 總線，寄存器BX接收數(shù)據(jù)?；氐焦梦⒅噶睢叭≈浮?，“譯碼”階段， 進行P1測試再取ADDAX,BX取岀它的高四位對SA4、SA3、SA2、SA1、 SAO判斷進入11號單元寄存器AX的內(nèi)容送數(shù)據(jù)總線LT1接收數(shù)據(jù), 進入03單元BX的內(nèi)容上數(shù)據(jù)總線LT2接收進入06號單元LT1與LT2 數(shù)據(jù)之和送給AX,最后回到取指階段繼續(xù)執(zhí)行譯碼后取OUTDISP,AX ,P1測試后進入13號單元把寄存器AX的內(nèi)容輸出顯示，然 后回到取指階段。最后執(zhí)行JMP指令經(jīng)P1測試進入14號單元，當前PC值送AR,然

10、后加1,進入15號單元RAM中的數(shù)據(jù) 上數(shù)據(jù)總線，把跳轉地址送給PC,最后轉向取指階段。3. 修改MOV指令，使送入BX中的值為02H。把02H送給BX,達到修改01H, MOV BX, 01H為雙字長第二個字為操 作數(shù)01H。把操作數(shù)改成0000 0010即可。4. 設計一條機器指令，IN BX , KIN 數(shù)據(jù)輸入電路-BX,微程序入 口地址為16。將原程序中的MOV指令替換，再運行，寫出執(zhí)行過程 和結果。機器指令助記符說明0110 0001IN BX, KIN數(shù)據(jù)輸入電路-BX機器指令執(zhí)行，在取指階段01號單元PC送AR, PC值加1,進 入02單元RAM數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線指令寄存器門打開接

11、收數(shù)據(jù)，P1測試 譯碼后，進入16號單元把數(shù)據(jù)送入BX,回到取指階段譯碼?；氐?1 號單元的取指階段。5. 設計一條機器指令,SUB AX, BX AX-BX-AX，微程序入口地址為指 令替換，再運行，寫出執(zhí)行過程和結果。ADDo將原程序中的17.機器指令助記符說明0111 0000SUB AX, BXAX-BX-AX機器指令執(zhí)行，在取指階段01號單元PC送AR, PC值加1,進 入02單元RAM數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)總線指令寄存器門打開接收數(shù)據(jù)，P1測試 譯碼后，執(zhí)行SUB AX, BX 程中，首先經(jīng)過取指階段Pl測試譯碼微 指令進入到17號單元，寄存器AX中的數(shù)上數(shù)據(jù)總線，然后暫存器LT1接收，接著進入04號單元BX中的數(shù)上數(shù)據(jù)總線暫存器LT2接收, 進入05號單元時執(zhí)行LT1-LT2-AX,最后轉到取指階段。表6-2機器指令表：.地址（十六進制）機器指令（十六進制）0000 000061 010001 020070 030030 04004005000006表6-微代碼與微地址顯示燈的對應關系.微地址（八進制微地址（二進制微代碼（十六進制 040001000029C5H6003C1H 05 000101018FC1H 16 0011100041C4H題4, 5可用于分析小實驗6-3