计算机组成原理专周报告

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1、 实验报告课程名称 计算机组成原理专周 班 级 1305012 姓 名 李鑫 学 号 23 指导教师 倪继烈 时间：2015.12.21-2015.12.27计算机工程系计算机组成原理专周实验报告实验名称 12 条指令的计算机实现 实验时间学生姓名 李鑫 班级 1305012 学号 23指导教师 倪继烈 批阅教师 成绩实验目的：1、 学 习 模型 机 总 体 结 构CP226 模 型 机 包 括 了 一 个 标 准 CPU 所 具 备 所 有 部 件 ， 这 些 部 件 包 括 ： 运 算 器 ALU、累 加 器 A、 工作 寄 存 器 W、左 移 门 L、直 通 门 D、 右 移 门 R、

2、寄 存 器 组 R0-R3、 程 序 计 数 器 PC、 地 址 寄 存器 MAR、 堆 栈 寄 存 器 ST、 中 断 向 量寄 存 器 IA、 输 入 端 口 IN、 输 出 端口寄 存 器 OUT、 程 序 存储 器 EM、 指 令 寄 存 器 IR、 微 程序 计 数 器 uPC、 微 程 序 存 储 器 uM，以及 中 断 控 制 电 路 、 跳 转 控 制电 路 。 其 中 运 算 器 和 中 断 控制 电 路 以 及 跳 转 控 制 电 路 用 CPLD 来实 现 ， 其 它 电 路 都 是 用 离散 的 数 字 电 路组 成 。 微 程序 控 制 部 分 也 可 以 用 组 合

3、逻 辑 控 制 来代替 。2、 学 习 模型 机 寻 址 方 式模型 机 的 寻 址 方 式 分 五 种 ：累加器寻址 ： 操 作 数 为 累 加 器 A， 例 如 “CPL A”是 将 累 加 器 A 值 取 反 ， 还 有 些 指令是隐含 寻 址 累 加器 A， 例 如 “OUT”是 将 累 加 器 A 的 值 输出 到 输 出 端 口 寄 存 器 OUT。寄存器寻址 ： 参 与 运 算 的 数 据 在 R0-R3 的 寄 存 器 中 ， 例 如 “ADD A， R0”指 令 是将寄存 器 R0 的 值 加上 累 加 器 A 的 值 ， 再 存 入 累 加 器 A 中 。寄存器间接寻址 ：

4、 参 与 运 算的 数 据 在 存 储 器 EM 中 ， 数 据 的 地 址 在 寄 存 器 R0-R3 中，如“MOVA， R1”指 令 是将 寄 存 器 R1 的 值 做 为 地址 ， 把 存 储 器 EM 中 该 地址 的 内 容 送入累 加 器 A中 。存储器直接寻址 ： 参 与 运 算的 数 据 在 存 储 器 EM 中 ， 数 据 的 地 址 为 指 令 的 操 作 数 。 例如 “ANDA， 40H”指 令 是 将 存 储 器 EM 中 40H 单 元 的数 据 与 累 加 器 A 的 值 做 逻辑 与 运 算 ，结果 存 入 累 加 器 A。立即数寻址： 参 与 运 算 的 数

5、据 为 指 令 的 操 作 数 。 例 如 “SUBA， #10H”是 从 累 加 器 A 中减 去 立 即 数10H， 结 果 存入 累 加 器 A。3、 学 习 模型 机 指 令 集模型 机 的 缺 省 的 指 令 集 分 几大 类 ：算 术 运 算 指 令 、 逻辑 运 算 指 令 、 移 位 指 令 、数据传输 指 令 、 跳 转 指 令 、中 断返 回 指 令 、 输 入 /输 出 指 令 。1.了解模型机的组成及工作原理。2. 掌握模型机的指令格式、寻址方式、指令流程及工作过程。3. 设计和实现 10 条以上基本计算机指令的实现。实验环境：Windos 环境、DICE-CP226

6、实验环境摘要计算机组成原理系统地介绍了计算机的基本组成原理和内部工作机制。 计算机组成原理共分 8 章，主要内容分成两个部分：第 1、2 章介绍了计算机的基础知识；第 38 章介绍了计算机的各子系统（包括运算器、存储器、控制器、外部设备和输入输出子系统等）的基本组成原理、设计方法、相互关系以及各子系统互相连接构成整机系统的技术。此次模型机为 8 位机，根据指令类型的不同，可以有 0 到 2 个操作数。指令的最低两位用来选择寄存器，在微程序控制方式中，用指令吗作为微地址来寻址，找到该指令的微程序。并完成下面相关操作本次设计将在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算

7、机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列完成，即一条机器指令对应一条微程序。本系统使用两种外部设备,一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管（BUS UNIT 上的一组发光二极管） ，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据送到数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线 BUS 上，驱动发光二极管显示。此次课设主要完成六条机器指令：IN（输入） 、ADD（二进制加法） 、SUB（存数） 、INC(地址加 1)、OUT（

8、输出） 、JMP （无条件转移） 。我们先对指令进行了分析，根据数据通路图画出了每个微程序的流程图，根据微程序地址转移电路计算出每个微程序的起始地址，根据起始地址对每一条微指令编码，编码之前我们必须弄清每条微指令由那些信号控制，并且要了解信号的“1” 、 “0”代表什么。对每一条微指令编码后将微指令写入到实验箱中，此外我们也要对控制台操作微程序进行编码。根据实验接线图接线检查无误后，使用控制台 KWE 和KRD 微程序进行机器指令程序的装入和检查。使用 RP 启动程序。单步运行程序检查实验结果。时间进度安排顺序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注1 第 1 天（12 月 21 日） 阅读资

9、料、系统分析设计2 第 2 天（12 月 22 日） 系统分析设计、微程序编制3 第 3-4 天（12 月 23-24 日） 微程序输入、调试及运行4 第 5 天（12 月 25 日） 基本模型机运行验收、答辩5 第 6-7 天（12 月 26 日-27 日） 撰写课程设计说明书实验内容：1课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理、设计内容、设计步骤、实现方法及关键技术、遇到的问题及解决方法、设计总结等。一般不应少于 3000 字。2在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到

10、文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3设计总结部分主要写本人设计期间所做工作简介、得到了哪些设计成果、以及自己的设计体会，包括通过课程设计有何收获，程序有哪些不足之处，哪里遇到了困难，解决的办法，以及今后的目标。4课程设计说明书手写或打印均可，具体要求如下： 手写时要用统一的课程设计用纸格式，用黑或蓝黑墨水工整书写； 打印时采用 A4 纸，页边距均为 20mm，目录、各章标题(如: 2 设计原理及内容)和设计总结等部分的标题用小三号黑体，上下各空 1 行，居中书写；一级节标题(如: 2.1 设计原理)采用黑体四号字，二级节标题(如: 2.1.1 数据通路)采用黑体小四号字，左对齐书写。

11、 正文采用宋体小四号字，行间距 18 磅，每个自然段首行缩进 2 个字。 图和表的要有编号和标题，如：图 2.1 数据通路图；表 1.1 机器指令表。图题与表题采用宋体五号字。表格内和插图中的文字一般用宋体五号字，在保证清楚的前提下也可用更小号的字体。 英文字体和数字采用 Time New Roman 字体，与中文混排的英文字号应与周围的汉字大小一致。 页码用五号字，在每页底端居中放置。5课程设计说明书装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、设计小组任务分配及自评、目录、正文、设计总结。在左侧用订书钉装订，不要使用塑料夹。6设计小组任务分配及自评处注明设计组编号、设计组组长、设计组成员，并由设计

12、组组长给出评语。包括该同学主要完成了哪些任务，课程设计期间的表现和态度如何，组长自己的评语由小组其他成员集体讨论后写出。 拟定指令系统 确定总体结构 安排时序 拟定指令操作流程和微命令序列 形成控制逻辑 实现十二条指令： MOV A，#II ADD A，#II RL A JZ MM JMP MM IN A RR A RLC A RRC A JC MM Call Ret 改进时序电路：当指令执行完毕后，提前结束后续空闲节拍。 增设 CPU 周期（例如：取指令周期、执行指令周期等） 。 增设控制台命令（例如：程序输入、程序校验、程序运行等命令） ， 方便用户程序输入与校验。 增设存数指令（例如：M

13、OV MM，A） 。 增加中断功能（例如：INT、RETI） 。 不采用系统提供的 ALU，自己重新设计 ALU 部件。设计原理：本次设计将在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU 从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列完成，即一条机器指令对应一条微程序。本系统使用两种外部设备,一种是二进制代码开关(DATA UNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管（BUS UNIT 上的一组发光二极管） ，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据送到数据直接经过三态门送到总线上，只要开

14、关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线 BUS 上，驱动发光二极管显示。器件原理图：数据通路图：模型机微指令集：实验步骤及实验结果记录： 拟定指令系统13 条指令的计算机微操作序列表（1）节拍 微操作 微操作控制信号MOVT0 PCEM IR EMRD、PCOE、IRENMOVT1 PCEM A EMRD、PCOE、EMEN、AENMOVT2 空操作 无信号MOVT3 空操作 无信号ADDT0 （同 MOV） EMRD、PCOE、IRENADDT1 PCEM W EMRD、PCOE、EMEN、WENADDT2 A+W A DOE、AENJMPT0 （同 MOV） EMRD

15、、PCOE、IRENJMPT1 PCEM PC EMRD、PCOE、EMEN、ELP13 条指令的计算机微操作序列表（2）节拍 微操作 微操作控制信号RLT0 PCEM IR EMRD、PCOE、IRENRLT1 A 左移 A LOE、FEN 、AENRLT2 空操作 无信号RLT3 空操作 无信号JZT0 （同 MOV） EMRD、PCOE、IRENJZT1 PCEM PCEMRD、PCOE、EMEN、ELPJZT2 空操作JZT0 空操作13 条指令的计算机微操作序列表（3）节拍 微操作 微操作控制信号CALLT0 PCEM IR EMRD、PCOE、IRENCALLT1 PC MARPCOE（PC+1 ） 、PCOED 、MARENCALLT2 PC ST PCOED、STENCALLT3 MAREM PC EMRD、EMEN、ELP、MAROERETT0 （同 MOV） EMRD、PCOE、IRENRETT1 STPCSTOE、ELPINT0 （同 MOV） EMRD、PCOE、IRENINT1 INA INOE、AENIN.T2 空操作13 条指令的计算机微操作序列表（4）节拍 微操作 微操作控制信号RRT0 PCEM IR EMRD、PCOE、IRENRRT1 A 右移 AROE、AEN、FENRRT2 空操作 无信号RRT3 空操作 无信号