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1、计算机组成原理实验报告评语:教师：年 月 日班级：s学号：姓名：地点：时间：计算机组成原理实验报告一、实验目的1 .深入理解基本模型计算机的功能、组成知识；2 .深入学习计算机各类典型指令的执行流程；3 .学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握 LPM_ROM的配置方法。4 .在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模 型计算机。5 .定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。掌握 微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。6 .通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方 法。二、实验原理1 .在部件
2、实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，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来完成，即一条机器指令对应一个微程序。2 .指令格式(1)指令格式采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：位76543210功能OP-CODErsrd助记符INADDaddrSTAaddrOUTaddrJMPaddrRs 或 rd选定的寄存器000110R0R1R2机器指令码Addr地址码功能说明0 0H1 0HXXH2 0HXXH3 0HXXH4
3、0HXXH“INPUT”中的数据f R0R0+addr -R0R0 - addraddr - BUSaddr fPC其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定:其中IN为单字长(8位二进制)，其余为双字长指令，XX H为addr对应的十六进制地址码。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。I iRcpu图6-1数据通路框图1,存储 器读操作 （KRD ）:下 载实验程序 后按总清除 按键（CLR） 后，控制台 SWA、SWB 为为0”时, 可对 RAM 连续手动读 入操作。2,存 储器写操作（KWE ）:
4、下载实验程 序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“0 1”时，可对RAM连续手动写操作。根据以上要求设计数据通路框图，如图5-1所示。SWBSWA控制台指令00读内存（KRD）01写内存（KWE）11启动程序（RP）3、启动程序（RP）:下载实验程序后按总清除按键（ CLR）后，控制台 SWA、SWB 为“ 1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。表6-124位微代码定义:24232221201918171615 14 1312 11 1098 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0表6-2 A、
5、B、C各字段功能说明:A字段B字段C字段151413选择121110选择987选择000000000001LDRi001RS-B001P (1)010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P (4)101LOAD101ALU-B101LDAR110LDAR110PC-B110LDPC24位微代码中各信号的功能（1） uA5uA0:微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的微地址。（2） S3、S2、Sl、S0:由微程序控制器输出的 ALU操作选择信号，以控制执行 16种算 术操作或16种逻辑操作中的某一种操作。（3） M :微程序控制输出的 A
6、LU操作方式选择信号端。 M = 0执行算术操作；M = l执行 逻辑操作。（4） Cn :微程序控制器输出的进位标志信号，Cn = 0表示ALU运算时最低位有进位，Cn=1则表示无进位。（5）WE :微程序控制器输出的 RAM控制信号。当/CE=0时，如WE = 0为存储器读；如 WE=1为存储器写。（6） A9、A8 译码后产生 CS0、CS1、CS2 信号，分另1J作为 SW_B、RAM、LED的选通控制信号。 （7） A字段（15、14、13）译 码后产生与总线相连接的各单元的输入选通信号（见表6-1）。（8） B字段（12、11、10）译码后产生与总线相连接的各单元的输出选通信号。（
7、9） C字段（9、8、7）译码后产生分支判断测试信号P（1）P（4）和LDPC信号。系统涉及到的微程序流程见图6-2。当执行“取指令”微指令时，该微指令的判断测试字段为P（1）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P（1）的测试结果出现多路分支（见图6-2左图）。用指令寄存器的高 4位（IR7-IR4 ）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定地址单元。控制台操作为P（4）测试（见图6-2右图），它以控制台信号 SWB、SWA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， 剩下的其它地方就 可以一条微指令占用控制存储器的一个微地址单元
8、，随意填写。注意：微程序流程图上的微地址为8进制！当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表 6-2即为图6-2的微程序流程 图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。表6-2 二进制微代码表微地址微指令S3 S2 S1 S0 M C N W E A 9 A 8ABCUA5 UA00 0 018 1100 18 1100000000110 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 E D 8 20000000011 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 30 0 E 0 0 40000000011 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 4
9、0 0 B 0 0 50000000010 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 1 A 2 0 60000000110 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 66 1 9 A 0 100 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 1 A 2 1 70000000111 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 1 0 0 10000000000 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 1 E D 8 30000000111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 1 E D 8 7000
10、0000111 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 11 30 1 E D 9 80000000111 1 01 1 01 1 00 1 1 0 0 01 40 1 E D 9 A0000000111 1 01 1 01 1 00 1 1 0 1 01 50 1 E D 9 E0000000111 1 01 1 01 1 00 111101 60 1 E D A 20000000111 1 01 1 01 1 01 0 0 0 1 02 70 1 A 2 1 70000000110 1 00 0 10 0 00 10 1113 00 1 A 2 1 90000000110 1 00
11、0 10 0 00 1 1 0 0 13 1F 5 9 A 0 110 0 11 0 10 0 00 0 0 0 13 20 0 E 0 1 B0000000011 1 00 0 00 0 00 10 113 30 0 B 0 1 C0000000010 1 10 0 00 0 00 1 1 1 0 03 40 1 A 2 1 D0000000110 1 00 0 10 0 00 1110 13 5B 9 9 A 0 110 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 13 60 0 E 0 1 F0000000011 1 00 0 00 0 00 111113 70 0 B 0 2 000
12、00000010 1 10 0 00 0 01 0 0 0 0 0当执行一条指令时,指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。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强置微控制器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。三、实验步骤0101ED82PCARPC+10200C048RAMBUSINSUNINC10 , 00100111，01ED83SW-R0PC-AR01PC+10300E004RAM-BUSBUS-AR04RAM-BUSBUS-DR205R0-DR106619A01(DR1)-(DR2R001PC-ARPC+112F01ED870BUS-IRP(1)DEC13 v 01ED98PC-ARPC+101A217R0-DR100B005059A01(DR1)+1-R001A206013001A129R0-DR131F59A01(DR1)-1-R01AND
