计算机硬件实验-基本模型机.ppt

1、2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,1,计算机硬件实验课件,教师：武俊鹏 程旭辉 孙建国 付小晶 单位：计算机实验教学中心,图1 计算机组成,机器语言程序 01010110 10101011 11000100 10101011 ,汇编语言程序 ADD MOV JMP ,高级语言程序 1+1=？ while ,编译,编译,计算机硬件实验,2020/10/11,3,实验七 基本模型机,实验目的 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 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 通过熟悉较完

2、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,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,理论基础,计算机的组成部件 计算机的5大部件中，如图1所示。运算器和控制器是信息处理的中心部件，所以它们合称为“中央处理单元”（CPU：Central Processing Unit）。存储器、运算器和控制器在信息处理操作中起主要作用，是计算机硬件的主体部分，通常被称为“主机”。而输入设备和输出设备统称为“外部设备”，简称为外设或I/O设备。,理论基础,图1 计算机的组成部件,输出设备,输入设备,运算器,控制器,存储器,2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术

3、学院 计算机专业实验教学中心,6,基本模型机数据通路,图4 基本模型机数据通路框图,2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机专业实验教学中心,7,返回,2020/10/11,8,基本模型机逻辑电路,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,9,基本模型机逻辑电路,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,10,实验七 基本模型机,实验原理（一） 基本模型机的核心部分就是微处理器。微处理器主要由控制器和运算器组成。 控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器组成，它是发布

4、命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。 控制器的主要功能有： 1、从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置； 2、对指令进行译码，并产生相应的操作控制信号，以启动相应的操作； 3、指挥并控制CPU、内存和输入/输出设备之间数据流动的方向。,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,11,实验七 基本模型机,实验原理（二） 相对控制器而言，运算器接受控制器的命令而进行动作，即运算器所进行的全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的。 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

5、条机器指令对应一个微程序。,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,12,实验七 基本模型机,控制台命令设计 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，如表3所示。 （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SWB、SWA为“00”时，可对RAM连续手动读操作。 存储器写操作（KWE）：下载实验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台（2）SWB、SWA为“01”时，可对RAM连续手动读操作。 （3）启动程序（RP）：下载实验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SW

6、B、SWA为“11”时，即可转入到01号“取址”微指令，启动程序运行。,表3 控制台命令,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,13,实验七 基本模型机,基本模型机机器指令设计 采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如表所示（前4位为操作码）：其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令，XXXX XXXX 为addr对应的二进制地址码。,2020/10/11,13,图11 简单模型机机器指令,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,1

7、4,实验七 基本模型机,微代码定义,表4 微代码定义,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,15,实验七 基本模型机,微程序设计,图12 微程序流程图,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,16,实验七 基本模型机,二进制微代码设计,表5 二进制微代码表,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机专业实验教学中心,17,基本模型机设计,举例：ADD指令 1、数据通路流程 2、微程序流程 01 PC-AR,PC+1 02 RAM-BUS,BUS-IR 10 P(1)分支测试 11 PC-AR,PC+1 03 RAM-BUS,BUS-AR 04 RAM-BUS,BUS-DR2 05 R0-DR1 06 (DR1)+(DR2)-R0,2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机专业实验教学中心,18,基本模型机设计,2020/10/11,19,实验七 基本模型机,程序代码,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机实验教学中心,2020/10/11,哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院 计算机专业实验教学中心,20,基本模型机仿真图（仿