《5. 计算机组成和体系结构华工实验五 CPU组成与机器指令执行周期实验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5. 计算机组成和体系结构华工实验五 CPU组成与机器指令执行周期实验（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、word实验五 CPU组成与机器指令执行周期实验一、实验目的1. 将微程序控制器同执行部件整个数据通路联机，组成一台模型计算机。2. 用微程序控制器控制模型计算机的数据通路。3. 通过TEC-5执行由8条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，结实建立计算机的整机概念。二、实验电路l 本次实验将前面几个实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用存放器堆、微程序控制器等模块组合在一起，构成一台简单的模型机。因此，在根本实验中，这是最复杂的一个实验，也将是最有收获的一个实验。在前面的实验中，实验者本身作为“控制器，完成了对数据通路的控制。而在本次实验中，数据通路的控制将交由微程序控制器
2、来完成。TEC-5从存中取出一条机器指令到执行指令完毕的一个指令周期，是由微程序完成的，即一条机器指令对应一个微程序序列。三、实验设备1. TEC-5计算机组成原理实验系统1台2. 逻辑测试笔一支在TEC-5上3. 双踪示波器一台公用4. 直流万用表一只公用四、实验任务1. 对机器指令组成的简单程序进展译码。将下表的程序按机器指令格式手工汇编成二进制机器代码，此项任务请在预习时完成。存地址机器指令机器代码十六进制表示00HADD R1, R001HJC R302HSTA R1, R203HLDA R2, R204HAND R2, R005HSUB R2, R306HOUT R207HSTP 2
3、. 按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，工作量大概是：控制台、时序部件、数据通路和微程序控制器之间的连线。控制器是控制部件，数据通路是执行部件，时序发生器是时序部件。注意通用存放器堆RF的RD1、RD0、RS1、RS0、WR1、WR0与IR3-IR0间的连线。3. 将任务1中的程序代码用控制台指令存入存中，并根据程序的需要，用数码开关SW7SW0设置通用存放器的数据。注意：由于设置通用存放器时会破坏存储器单元的数据，因此应先设置存放器中的数据，再设置存储器中的程序和数据。要求使用两组存放器数据，一组存放器数据在执行 ADD R1,R0指令时产生进位，一组存放器数据在执行ADD R1,R
4、0指令时不产生进位，以观察同一程序程序的不同执行流程。4. 用单拍DP方式执行一遍程序，记录最后得到的四个存放器的数据，以与由STA指令存入RAM中的数据，与理论分析值比拟。执行时注意观察各个指示灯的显示，以跟踪程序执行的详细过程可观察到每一条微指令的执行过程。5. 用连续方式再次执行程序。这种情况相当于计算机正常的工作。程序执行到STP指令后自动停机。读出存放器中的运算结果，与理论值比拟。五、实验要求1. 务必做好实验预习，这样在实验中才能做到头脑清醒、思路清晰、忙而不乱、心中有数。2. 根据实验任务的要求，预习时做好必要的准备，填好相关表格、数据和理论分析值，以便与实验值对照。3. 本次实
5、验接线较多，务必仔细，以免因接线错误导致控制出错，影响实验进度。4. 写出实验报告，容是：(1) 实验目的。(2) 实验任务15中的数据表格。(3) 值得讨论的其他问题。六、实验步骤和实验结果1按照表1中的指令格式与功能对表2中的机器指令组成的简单程序进展译码。表1 指令格式与功能名称助记符功能指令格式IR7 IR6 IR5 IR4IR3 IR2IR1 IR0加法ADD Rd, RsRd + RsRd0 0 0 0Rs1 Rs0Rd1 Rd0减法SUB Rd, RsRd - RsRd0 0 0 1Rs1 Rs0Rd1 Rd0逻辑与AND Rd, RsRd & RsRd0 0 1 0Rs1 Rs
6、0Rd1 Rd0存数STA Rd, RsRdRs0 0 1 1Rs1 Rs0Rd1 Rd0取数LDA Rd, RsRsRd0 1 0 0Rs1 Rs0Rd1 Rd0条件转移JC R3假如C1 如此R3PC0 1 0 11 1停机STP暂停执行0 1 1 0输出OUT RsRsDBUS0 1 1 1Rs1 Rs0表2 机器指令程序存地址机器指令机器代码十六进制表示00HADD R1, R001HJC R302HSTA R1, R203HLDA R2, R204HAND R2, R005HSUB R2, R306HOUT R207HSTP 2接线本实验接线比拟多，需仔细。接线表LDIRPC+1LD
7、PC#AR+1LDAR#LDDR1LDDR2LDRi数据通路LDIRPC+1LDPC#AR+1LDAR#LDDR1LDDR2LDRi控制器SW_BUS#Rs_BUS#ALU_BUS#RAM_BUS#CER#CEL#数据通路SW_BUS#Rs_BUS#ALU_BUS#RAM_BUS#CER#CEL#控制器LR/W#M S0 S1 S2 S3数据通路LR/W# M S0 S1 S2 S3控制器进位CIR7IR6IR5IR4数据通路进位CIR7IR6IR5IR4数据通路IR3IR2IR1IR0IR1IR0数据通路RS1RS0RD1RD0WR1WR0控制器TJ时序电路TJ只要把上表种同列的信号用线连接
8、即可，一共接线33条。接好线后，将编程开关拨到“正常位置。合上电源，按CLR#按钮，使TEC-5实验实验系统处于初始状态。3存程序代码，设置通用存放器R0、R1、R2和R3的第一组值与存储器相关单元的数据。本组的存放器数据是R0=35H，R1=43H，R2=10H，R3=07H。存储器10H单元的容为55H。选择这组数据的目的是执行ADD R1,R0指令时不产生进位C，从而在执行JC R3指令时不产生跳转，而是顺序执行。 设置通用存放器R0、R1、R2和R3的值在本操作中，我们打算使R0=35H，R1=43H，R2=10H，R3=07H1令DP=0，DB=0，使系统处于连续运行状态。令SWC=
9、0，SWB=1，SWA=1，使系统处于写存放器状态WRF。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。2 在SW7SW0上设置一个存储器地址，该存储器地址供设置通用存放器使用。该存储器地址最好是不常用的一个地址，以免设置通用存放器操作破坏重要的存储器单元的容。例如可将该地址设置为0FFH。按一次QD按钮，将0FFH写入左端口地址存放器AR。3 在SW7SW0上设置00H，作为通用存放器R0的存放器号。按一次QD按钮，将00H写入指令存放器IR。4 在SW7SW0设置35H，按一次QD按钮，将35H写入IR指定的R0存放器。5 在SW7SW0上设置01H，作为通用存放器R1的存放器号。按一次QD按钮
10、，将01H写入指令存放器IR。6 在SW7SW0设置43H，按一次QD按钮，将43H写入IR指定的R1存放器。7 在SW7SW0上设置02H，作为通用存放器R2的存放器号。按一次QD按钮，将02H写入指令存放器IR。8 在SW7SW0设置10H，按一次QD按钮，将10H写入IR指定的R2存放器。9 在SW7SW0上设置03H，作为通用存放器R3的存放器号。按一次QD按钮，将03H写入指令存放器IR。10. 在SW7SW0设置07H，按一次QD按钮，将07H写入IR指定的R3存放器。设置存放器容完毕。按CLR#按钮，使系统恢复到初始状态。注意：设置完R0、R1、R2、R3的值后，最好用读存放器控
11、制台操作检查一下写入的容是否正确。读存放器容的控制台操作见第一章的第七局部控制台。 存程序机器代码本操作中，我们从00地址开始存8个机器代码：01H，5CH，39H，4AH，22H，1EH，78H，60H。在10H单元存入55H，作为10H单元的初值，以检查LDA和STA两条指令的作用。1 令DP = 0，DB = 0，使实验系统处于连续运行状态。令SWC = 0、SWB = 0、SWA = 1，使实验系统处于写双端口存储器工作方式WRM。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。2置SW7SW0为00H，按QD按钮，将00H写入左端口地址存放器AR。3置SW7SW0 为01H，按QD按钮，将0
12、1H写入存储器00H单元。AR自动加1，变为01H。4置SW7SW0 为5CH，按QD按钮，将5CH写入存储器01H单元。AR自动加1，变为02H。5置SW7SW0 为39H，按QD按钮，将39H写入存储器02H单元。AR自动加1，变为03H。6置SW7SW0 为4AH，按QD按钮，将4AH写入存储器03H单元。AR自动加1，变为04H。7置SW7SW0 为22H，按QD按钮，将22H写入存储器04H单元。AR自动加1，变为05H。8置SW7SW0 为1EH，按QD按钮，将1EH写入存储器05H单元。AR自动加1，变为06H。7置SW7SW0 为78H，按QD按钮，将78H写入存储器06H单元
13、。AR自动加1，变为07H。8置SW7SW0 为60H，按QD按钮，将60H写入存储器07H单元。AR自动加1，变为08H。9按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。10置SW7SW0为10H，按QD按钮，将10H写入左端口地址存放器AR。11置SW7SW0 为55H，按QD按钮，将55H写入存储器10H单元。AR自动加1，变为11H。往存储器输入程序和数据完毕，按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。注意：设置完存0储器的程序和数据后，最好用存储器器控制台操作检查一下写入的容是否正确。读存储器容的控制台操作见第一章的第七局部控制台。用单拍DP方式执行一遍程序。置SWC=0,SWB=0,S
14、WA=0,DP=1,DB=0,使实验系统处于单拍运行状态。置SW7SW0=00H，使程序从地址00H开始执行。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态，然后一次一次按QD按钮，使程序一拍一拍的执行。在单拍执行过程中，首先要随时监测AR、PC、A5A0和IR的值，以判定程序执行到何处，正在执行哪条指令和微指令。对照微程序流程图，可以判断出微指令的地址和正在进展的微操作。程序执行的结果如下：初值：R0=35H，R1=43H，R2=10H，R3=07H。存储器10H单元的容为55H。1ADD R1,R0执行结果 R0=35H，R1=78H，R2=10H，R3=07H。存储器10H单元的容为55H。无进位C。2JC R3执行结果 R0=35H，R1=78H，R2
