简单实验计算机组成与程序运行实验

计算机组成原理实验报告

姓 名 吕翠 班 级 08级师范汉班 同 组梁瑞 实验者 课 程计算机组成原理 名 称 主 讲侯宏霞 教 师 实验心得： 这次实验是个综合实验，将前几次的实验内容综合到一块的实验。在实验电路连接上也变得复杂了，因此本次实验需要认真连线，同时在选线上要注意不是坏的，否则会给实验带来麻烦。为了让输入数据容易我们仍采用单片机实验，实验开始同实验五首先按照表将微地址及24位微代码写入，写完后读出检查是否输错，验证并将输错的改正后还需将机器代码写入，也需要读出验证是否输错。在这步我们常把机器指令输错，在按单步时一不小心就出错，在这个步骤我们用了好长时间，最后终于在校正中成功，最后运行程序都是正确的。通过做这次实验我对微程序及机器指令的运行有了很深的了解，同时也回顾了前几次实验的相关知识。 学 号 20081121129 联 系 15034987603 电 话 实验室 计算机组成原名 称 理实验室 实 验 六 序 号 辅 导侯宏霞 教 师 专 业 计算机科学与技术 Email 602691198@qq.com 实 验2010年11月20日 日 期 实 验简单实验计算机组成项 目 与程序运行实验 指 导侯宏霞 教 师 学生签名： 吕翠 2010 年11 月21日 成绩评定及教师评语： 成绩： 教师签名： 年 月 日

一、实验内容

先将微代码输入并校正，再将机器指令输入并校正，最后完成手动单步或全速运行程序，与程序运行流程图对照。

二、实验目的及要求

1． 组成一个简单的计算机整机系统—模型机，输入程序并运行；

2． 了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程； 3． 定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。

三、实验原理

前几个实验中，控制信号是由实验者用逻辑开关来模拟的，而这次实验，是在微程序控制下自动产生各部分的控制信号，实现特定指令的功能。CPU从内存取出一条机器指令到执行结束的一个指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，一条机器指令对应一个微程序。

1． 本实验采用五条机器指令：其指令格式如下（前4位为操作码）； 功能 机器指令码 说明

IN 0000 0000 “D_INPUT”中的开关状态→RO ADD addr 0001 0000 XXXXXXXX R0+[addr]→R0 STA addr 0010 0000 XXXXXXXX R0→[addr] OUT addr 0011 0000 XXXXXXXX [addr]→BUS JMP addr 0100 0000 XXXXXXXX [addr]→PC

其中IN 为单字长（8位），其余为双字长指令，XXXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。

2． 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操作微程序。

存储器读操作（MRD）：拨动总清开关CLR后，控制开关CA1,CA2为“00”时，按“启动”微动开关，可对RAM连续手动读操作。

存储器写操作（MWE）：拨动总清开关CLR后，控制开关CA1、CA2为“10”时，按“启动”微动开关，可对RAM连续手动写入。

启动程序（RUN）：拨动总清开关CLR后，控制开关CA1、CA2为“11”时，按“启动”微动开关，即可转入第01号“取址”微指令，启动程序运行。

图6-1 模型机结构框图

3.微指令字长共24位，其控制顺序如下： 24 S3 23 S2 22 S1 21 S0 20 M 19 Cn 18 WE

其中uA5-uA0为6位的后续微地址，F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。F3字段中的P（1）-P（4）是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相关微代码进行译码，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。 F1、F2、F3三个字段的译码方案如表6-1： F1字段 15 14 13 0 0 0 选择 LDRi F2字段 12 11 10 0 0 0 选择 RAG F3字段 9 8 7 0 0 0 选择 P(1) 17 1A 16 1B 1514 13 12 11 10 9 8 7 F1 F2 F3 6 uA5 5 uA4 4 uA3 3 uA2 2 uA1 1 uA0

0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 LOAD LDR2 LDR1 LAR LDLR 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 表6-1

ALU-G RCG RBG PC-G 299-G 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 AR P(3) P(2) LPC P(4) 4．系统涉及到的微程序流程见图6-2，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。由于“取消”微指令是所有微程序都是用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位（IR7-IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。

控制操作为P（4）测试，他以控制开关CA1，CA2作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。注意:微程序流程图上的单元地址为8进制。

5．当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表6-2即为将图6-2的微程序流程按微指令格式转化而成“二进制微代码表”。

6．指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段；由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试[P(1)]，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址、I7-I2为指令寄存器的第7-2位。

7．本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是数码块，它作为输出设备。输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息业不变。输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码管显示。