计算机组成原理实验最新完整版.doc

河南农业大学计算机组成原理实验报告 题 目 简单机模型实验 学 院 信息与管理科学学院 专业班级 计算机科学与技术2010级1班 学生姓名 张子坡（1010101029） 指导教师 郭玉峰 撰写日期：二一二年六月五日一、实验目的：1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机；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。二、实验要求：1.复习计算机组成的基本原理；2.预习本实验的相关知识和内容三、实验设备： EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。四、模型机结构及工作原理： 模型机结构框图见实验书56页图6-1. 输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示 注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。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，必须设计三个控制操作微程序。存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。 注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。五、实验内容、分析及参考代码：指令译码电路指令寄存器I7I0P1P4CA1CA2SA1SA2SA3SA4SA0 微地址形成电路置1端MS5MS0UA5UA0微地址生成的下一条微地址进行P1测试时，P1为0，其他都为1。进行P4测试时，P4为0，其他都为1。当SA4-SA0为0时，对应的UA4-UA0被置1，否则UA保持MS原值不变。1. 根据上面的逻辑表达式，分析56页图6-2的P1测试和P4测试两条微指令的微地址转移方向。 P1测试时SA4=1、SA3=1、SA2=1、SA1=0、SA0=1，表明SA1对应位置1生成的下一条微地址001010，进入12号单元，12号单元的F3字段为101不是任何测试，所以就进入07号单元，把01H送入BX，07号单元的F3字段为111无操作，回到01号单元的取指阶段。同理，可得ADD指令的地址转移方向。P4测试时，它以CA1、CA2作为测试条件，出现读写机器指令、直接运行机器指令三路分支，占用三个固定的地址元。 P4测试是对内存读、写或者直接运行程序，此时可得到SA4=1，SA3=SA2=1，当CA1、CA2为“00”时SA1=SA0=1，全1则原样输出既010000，进入20号单元。20单元的F3字段为101,LPC不是任何测试, 所以,下址字段为010010，既进入22号单元。22单元的F3字段为111无操作，下址字段为010111，进入27号单元，而27单元的F3字段为111，无操作下址字段为010000，所以又回到20号单元，开始循环。同理，当CA1、CA2为“10”时可得到SA1=0，SA0=1，则把SA0对应位置1，既010001进入微地址21，按照“010001”、“010100”、“011000”方式循环。当CA1、CA2为“11”时可得到SA1=SA0=0对应置1，生成下一条微地址为010011既23号单元，23单元的F3字段为111无操作生成的下址字段为000001，进入到取指阶段01号单元开始程序运行。2. 分析实验六中的五条机器指令的执行过程引用以下代码及机器指令再分析0000 0000 0000 0000 IN AX,KIN 数据输入电路-A0000 0001 0010 0001 MOV BX,01H 0001H-BX0000 0010 0000 0001 0000 0011 0001 0000 ADD AX,BX AX+BX-AX0000 0100 0001 0000 OUTDISP AX AX-输出显示电路0000 0101 0100 0000 JMP 00H 00H-PC0000 0110 0000 0000表6-1机器指令表：地址（十六进制）机器指令（十六进制）000000010021020001030010040030050040060000 关于上面五条机器指令的执行过程。首先，进入取指阶段，PC中机器指令的地址送AR,然后PC值加1,RAM中的数上数据总线，指令寄存器的门打开接收数据，操作码进行P1测试经译码后，对于IN AX,KIN取机器指令的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0，判断后得到下址字段，既进入10号单元完成把输入的数据给AX。然后，又回到“取指”阶段，“译码”进行P1测试取MOV BX,01H的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0，判断后进入12号单元，执行当前PC中的值送AR,PC值加1，进入07号单元执行RAM中的数01H上数据总线，寄存器BX接收数据。回到公用微指令“取指”，“译码”阶段，进行P1测试再取ADD AX,BX取出它的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0判断进入11号单元寄存器AX的内容送数据总线LT1接收数据，进入03单元BX的内容上数据总线LT2接收进入06号单元LT1与LT2数据之和送给AX，最后回到取指阶段继续执行译码后取OUT DISP,AX ,P1测试后进入13号单元把寄存器AX的内容输出显示，然后回到取指阶段。最后执行JMP指令经P1测试进入14号单元，当前PC值送AR,然后加1，进入15号单元RAM中的数据上数据总线，把跳转地址送给PC,最后转向取指阶段。3.修改MOV指令，使送入BX中的值为02H。把02H送给BX,达到修改01H，MOV BX，01H为双字长第二个字为操作数01H。把操作数改成0000 0010即可。4.设计一条机器指令，IN BX , KIN 数据输入电路-BX,微程序入口地址为16。将原程序中的MOV指令替换，再运行，写出执行过程和结果。 机器指令 助记符 说明 0110 0001 IN BX,KIN 数据输入电路-BX 机器指令执行，在取指阶段01号单元PC送AR，PC值加1，进入02单元RAM数据上数据总线指令寄存器门打开接收数据，P1测试译码后，进入16号单元把数据送入BX,回到取指阶段译码。回到01号单元的取指阶段。5.设计一条机器指令,SUB AX,BX AX-BX-AX ,微程序入口地址为17。将原程序中的ADD指令替换，再运行，写出执行过程和结果。 机器指令 助记符 说明 0111 0000 SUB AX,BX AX-BX-AX 机器指令执行，在取指阶段01号单元PC送AR，PC值加1，进入02单元RAM数据上数据总线指令寄存器门打开接收数据，P1测试译码后，执行SUB AX,BX过程中，首先经过取指阶段P1测试译码微指令进入到17号单元，寄存器AX中的数上数据总线，然后暂存器LT1接收，接着进入04号单元BX中的数上数据总线暂存器LT2接收，进入05号单元时执行LT1-LT2-AX,最后转到取指阶段。表6-2机器指令表：地址（十六进制）机器指令（十六进制）000000010061020001030070040030050040060000表6-3微代码与微地址显示灯的对应关系：微地址（八进制）微地址（二进制）微代码（十六进制）040001000029C5H050001016003C1H16001110018FC1H170011110041C4H注：表6-2、6-3可用于分析小