《计算机组成原理》实验1实验环境的使用

实验一实验环境的使用

姓名梁及一成绩实验时间__________

指导教师(签章)张欢欢

注：本次实验重在熟悉实验平台，微程序控制器尚未讲解，不必刻意要求自

己全部理解，DM1000(类intel8086)汇编要明白这些指令的作用和大致格

式，如加法等

一.实验目的

•掌握DreamLogic软件的基本使用方法。

•了解DM1000模型机汇编程序的编写方法，并学习将汇编源程序编译为机器指令

的方法。

•了解DM1000模型机的微指令，并学习将微指令程序编译为微程序的方法。

•掌握DM1000模型机加载指令程序和微指令程序的方法。

•熟练掌握原理图中使用网络、端口、总线等在器件、模块间建立连接的方法，

掌握模块化电路的设计方法。

•熟练掌握DM1000模型机进行单周期仿真的方法，并了解各个工具窗口以及它们

的作用

二.实验内容

1.环境部署与安装

从CodeCode.net平台领取任务CodeCode.net平台是用于教师在线布置实验任务，并

统一管理学生提交的作业的平台。如果没有使用到CodeCode.net平台，可以跳过此部分。

1.读者通过浏览器访问https:〃www.codccodc.net,可以打开CodeCode.net平台的登

录页面。

2.在登录页面中，读者输入帐号和密码，点击“登录”按钮，可以登录CodeCode.「et平

台。

3.登录成功后，在“课程”列表页面中，可以找到数字电路相关的实验课程。点击此

课程的链接，可以进入该课程的详细信息页面。

4.在课程的详细信息页面中，可以查看“课程描述”，该信息对于完成实验十分重要,

建议读者认真阅读。点击左侧导航中的“任务”链接，可以打开任务列表页面。

5.在任务列表中找到本次实验对应的任务，点击右侧的“领取任务”按钮，可以进入

“领取任务”页面。

6.在“领取任务”页面中，“新建项目名称”、“新建项目路径”、“项目所在的群

组”一般使用默认值即可。点击“领取任务”按钮后，可以创建一个个人项目用于完成

本次实验，并自动跳转到该项目的详情页面。

7.个人项目的详情页面主要包括左侧的导航栏、项目信息、文件列表、readme.md文件

内容等，如图1T所示。

8.在图1T中，点击红色方框中的按钮，可以复制当前项目的URL,在本实验后面的练

习中会使用这个URL将此项目克隆到读者计算机的本地磁盘中，从而供读者进行修改。

下载

gitclone,然后本地添加

-zip打包

-在gui界面打开远程，本质和git一样

注意环境路径不能是中文

可供参考内容

-视频

-手册pdf

2.仿真环境图形用户界面简介

1）图形用户界面总体介绍

这里还需要对DM1OOC的原理图DM1000.dlsche进行一些说明：

1.此原理图是DU1OCO的顶层原理图，其通过总线将各个模块连接起来，这样大大简化

了顶层原理图的复杂度，可以使读者很清晰的掌握各个模块间的连接关系，快速掌握

DM1000的整体结构。

2.在此原理图中遵守左囿输入，右面输出的约定。模块左侧的总线表示输入；模块右

侧的总线表示输出；模块顶部或底部的总线，表示模块既能从总线接收数据，又能向总

线发送数据。

3.在此原理图中提供了时钟和复位两个控制信号。其中，复位信号可以使用键盘上的R

键控制，每次复位都能使21000模型机从第一条指令开始执行程序。时钟提供了单步时

钟和自动时钟，可以使用键盘上的S键进行切换。单步时钟可以使用键盘上的C键控制，

默认是高电平，也就是说每次按下C键，都会让单步时钟变为低电平，并产生一个下降

沿，抬起C键会让单步时钟恢复为高电平，并产生一个上升沿。

4.除了使用总线连接各个模块的接口外，各个模块的接I」还通过使用相同的名称表示

它们具有连接关系。为了确保原理图简洁清晰，PC/ALU/REG等模块的输入信号都是通过

这种方式与CU模块输出的控制信号进行连接的。

5.总图中的模块是通过子模块文件的名称与之对应的，例如读者使用鼠标左键点击选

中REG模块后，在右侧的“属性”窗口中就会显示此模块的所有属性，其中“模块原理图文

件”的属性值为"REG.dlsche”，说明此模块是与原理图文件REG.dlsche对应的。

提示：用鼠标左键双击总图中的模块，就会自动跳转到对应的子模块原理图文件，在子模块原理图文件

中的空白处双击鼠标左键，就会返回到总图中，这样操作起来十分方便。

2）模型机简介

文件夹或文件名称说明

子模块文件夹

ALU.dlsche算术逻辑运算模块原理图文件

PC.dlsche程序计数器模块原理图文件

REG.dlsche寄存器模块原理图文件

CU.dlsche控制模块原理图文件

MEM.dlsche主存储器模块原理图文件

uPC_XEXT.dlsche微程序计数器模块原理图文件

汇编源程序文件夹

此文件中默认包含了•个简单的汇编语言源程序,作为示例

ram.asm程序提供给读者，读者可以修改此文件中的源代码，根据需

要编写自己的汇编程序。

这是•个Windows批处理文件,运行此文件可以执行其中的

命令让dmasm.exe编译器将ram.asm中的汇编代码编译为机

ram.bat

皤码，并写入存储器映射文件ram」工m中，同时还会生成列

及文件ram.1st和调试信息文件ram.dbg.

微指令源程序文件夹

此文件中包含了DM1000的全部微指令源程序。读者可以根

rom.masm

据需要修改此文件，添加新的微指令。

这是一个Windows批处理文件,运行此文件可以执行其中的

命令让microasm.exe编译器将rom.masm中的微指令源程序

rom.bat

编译为机器码，并写入存储器映射文件rom.rxni中，同时还

会生成列表文件rom.1st和调试信息文件rom.dbg.

存储器映射文件文件夹

主存储器映射文件，其中包含/汇编程序生成的机器码。当

ram.rxmDM1000开始运行时，此文件中的内容会被加我到MEMf模

块的RAM中，从而允许DM1000执行月中的机器码.

微指令存储器映射文件,其中包含了微指令源程序生成的机

借码。当DM1000开始运行时，此文件中的内容会被加我到

rom.rxm

CU子模块的ROM中,从而允许DM1000将指令的机器码翻译

为微指令的机器码并执行。

DM1000八位模型机的总图,由各个广•模块、时钟和凌位控

DM1000.dlsche

制通过总线或网络连接，组成可运行程序的计算机系统。

3)DM1000(类lntel8086)指令集自学笔记

程序分为代码段和数据段。代码段的开始位置用关键字.texl标出，而数据段的开始

位置用关键字.data标出。

.text;代码段

movr0,16;将立即数16赋值给通用寄存器r0

mova,num;将标号num指定的主存储器单元内容复制到累加器a中

adda,r0;将累加器a的值与通用寄存器r0的值相加，结果写回累加器a中

・data;数据段

num:-1

DM1000在执行一条指令时，会将其分为多个步骤即多条微指令，一个时钟周期执行一条

微指令。以指令“adda,rO”为例，可以分为以下步骤：

1.取指。取指是所有指令执行的第一步，该步骤将程序计数器PC在存储器中指向的一

个字节取出，并将其写入指令寄存器IR中。与此同时，CU模块将指令机器码中的高6位

扩展为16位，作为微程序计数器uPC的值，使uPC转去执行该指令对应的微程序。

2.将寄存器rO的值送到工作寄存器\丫中。

3.ALU将累加器a与工作寄存器W的值相加，并将结果写回累加器a中。

4.指令执行完毕，程序计数器PC加1,指向下一条指令。

三.实验结果

简述实验步骤（领取任务，启动dreamlogic,模型机克隆，新建项目，

运行简单汇编修改，推送作业步骤等）

领取任务

从CodeC平台领取任务CodeC平台是用于

教师在线布置实验任务，并统一管理学生提交的作业的平台。如果没有使用

至iJCodeC平台，可以跳过此部分。

1.读者通过浏览器访问https:〃,可

以打开CodeC平台的登录页面。

2.在登录页面中，读者输入帐号和密码，点击''登录〃

按钮，可以登录CodeC平台。

3.登录成功后，在''课程〃列表页面中，可以找到数字电

路相关的实验课程。点击此课程的链接，可以进入该课程的详细信息页

面。

4.在课程的详细信息页面中，可以查看''课程描述〃，该

信息对于完成实验十分重要，建议读者认真阅读。点击左侧导航中的''任

务〃链接，可以打开任务列表页面。

5.在任务列表中找到本次实验对应的任务，点击右侧的

''领取任务”按钮，可以进入''领取任务〃页面。

6.在''领取任务〃页面中，''新建项目名称〃、''新建项目路

径〃、''项目所在的群组〃一般使用默认值即可。点击''领取任务〃按钮后，

可以创建一个个人项目用于完成本次实验，并自动跳转到该项目的详情

页面。

7.个人项目的详情页面主要包括左侧的导航栏、项目信

息、文件列表、readme.md文件内容等，如图1-1所示。

8.在图1-1中，点击红色方框中的按钮，可以复制当前

项目的URL,在本实验后面的练习中会使用这个URL将此项目克隆到读

者计算机的本地磁盘中，从而供读者进行修改。

启动dreamlogic

下载

-gitclone,然后本地添加

-zip打包

-在gui界面打开远程，本质和git一样

注意环境路径不能是中文

然后双击点击图标，新建项目，选择gitclone的路径下的可执行文件

运行简单汇编修改

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：文件（D编瑁回视图M仿真⑻绘制⑼仪器（D窗口地）帮助（LD

:▼一一」Q3▼।[$:

源代码14X

RAM(MEM.RAM)<-PCc5封

0001TWp!於

0002

00038C1O.text

*00040078O7movrO,16

0005021Omova,num

000604adda,rO

0007

00085O5Endless_Loop：

0009AcjinpEndless_Loop

0010

0011.data

00127

0013FFnum：-1

十六踹，c

名称值i

ASR

CSP

IR?

V

<>

源代码2▼4X

ROM(CU.ROM)<-uPC▼Q回

0001;(C)2008-2018：A

0002

0003;Eu0DOjiPAMtl0»j

RIN

0004;

4000500EF3FF9FFpath[pc],ir

0006

0007；ira^o0X0.A1uPC0x0000

000804FFFFFFFFdup31,null

0009

nninoAA°v,v

PC

U1

低电平，PnC加载新的地址，指令转移

这样可以通过右侧都是低电位看出pc值是0x00

按键RC可以控制这两个按下c指令可以执行

一些小计算

JPC

•FCO

•FCl

.*K二B

»FCIO

--------^CI4

PCI<

这里面地址线AO-All12根数据线32根，所以下面数据都有4个字节

在发送时钟上升沿执行指令对应微程序的入口微指令之前，请读者再次

从工具窗口和原理图窗口中确认以下内容：入PC寄存器的值0已经传送到

地址总线ABUS上；

RAM

ABUW

XRAM存储器0地址处的值0x8C已经通过了总线收发器MEM_gate（可

以在“总线收发器〃窗口中查看总线收发器的值和使能状态，双击可迅速在原

理图中定位总线收发器的位置）传送到数据总线DBUS匕

X数据总线上的数据己经到达了IR寄存器输入端，且IR寄存器使能端

EN为低电平，写使能，当下个时钟上升沿到来时，IR寄存器输入端的指令

将被写入IR寄存器中。

X指令字节0x8C的高6位扩展为0x460（该指令对应微程序的入口地

址，指向入口第一条微指令）并传送到uPC寄存器的输入端，uPC寄存器使

能（EN低电平表示使能）。当下一个时钟上升沿到来时，0x460将写入微程

序寄存器uPC中，这样微程序就转移到0x460处执行。

10001100

010001100000

uPC

uPCO

uPC]

ugC2

uPC3

1JPC4

uPC5

uPC6

uPC7

dPC9

uPCIO

uPCll

uPC12

3>PC13

-dPC14

"^JPC15

5.现在，读者可以使用单步时钟发送一个上升沿来触发DM1000执行下一条微指

令了！方法是：在原理图窗口中按卜单步时钟对应的键盘上的C键再抬起，该步

操作产生的时钟上升沿使得微程序寄存器UPC将输入端的地址写入，微指令存储

器ROM于是输出新的微指令，控制处理器电路执行相应的操作。

5.观察DM1000在第•个时钟上升沿触发后进入的状态：IR寄存器的值已经变为

0x8C（在寄存器窗口中由于IR寄存器刚刚发生写操作，所以会用红色高亮显示）;

寄存器▼TX总线收发器

十六进制▼十六进制▼。

w

名称值说明名称输出值

ASR_gate

CSP栈顶地址计数器CSP_gate

:一三一•—

FLAGDqate

IR0x8c指令寄嚣

uPC寄存器的值变为0x0460,

▼口X