实验2_控制器new

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1、实验二控制器部件教学实验一、组合逻辑控制器实验1.实验设备和运行环境在组合程序控制器方式下，完成指令分节拍执行的实验。2.实验目的、实验说明2.1实验目的：看懂教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如，ADD、SHR、OUT、MVRD、JRC、RET等指令）的功能、格式和执行流程。其最终要达到的目的是：1)．深入理解计算机控制器的功能、组成知识；2)．深入地学习计算机各类典型指令的执行流程；3)．对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立更具体的概念；4)．理解组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。2.2实验说明控制器组成和运行机制是学

2、习计算机总体组成的重要部分，应该比较清楚地懂得：1).在TEC-XP16教学计算机中，组合逻辑控制器由程序计数器PC（运算器中的R5）、指令寄存器IR（用2片8位的寄存器实现）、节拍发生器Timing和控制信号形成线路cu（在CPLD器件MACH芯片中实现）4个主要部分组成；控制器中需要变化的主要功能线路集中到MACH芯片内部，用一个VHDL语言或者ABEL语言的程序代码描述。2).在TEC-XP16教学计算机中，有29条基本指令已经实现，尚保留19条用于指令扩展实验，用监控程序的A命令能输入并汇编基本指令，对扩展指令虽然可以输入，但监控程序却不能识

3、别，将作为非法指令处理。此时可以在包含有扩展指令的程序中为其预留下存储单元，之后用E命令输入扩展指令的二进制代码。通常情况下，T、P命令不适用于扩展指令；3).应理解TEC-XP16教学机支持的指令格式及指令执行流程分组情况；通过听课、阅读教材和教学实验，看懂已经设计好并正常运行的各类指令的功能、格式和执行流程，也包括计算机总体组成，控制器为各功能部件提供的控制信号。3.实验要求1)．实验之前，应认真准备，写出实验步骤和具体设计内容，否则实验效率会特别低，一次实验时间根本无法完成实验任务，即使基本做对了，也没有真正掌握内容；2)．应在实验前掌握所有控

4、制信号的作用，在脱机运算器实验中，已给出了与运算器有关的控制信号的作用，16位机组合逻辑控制器用到的控制信号的功能表参见《TEC-XP16技术说明和实验指导书》。3)．实验过程中，应认真进行实验操作，既不要因为粗心造成短路等事故而损坏设备，又要仔细思考实验有关内容，提高学习的主动性和创造性，把自己想不太明白的问题通过实验理解清楚，争取最好的实验效果，力求达到教学实验的主要目的；4)．实验之后，应认真思考总结，写出实验报告，包括实验步骤和具体实验结果，遇到的主要问题和分析与解决问题的思路。4.实验内容和具体步骤：学习和检查已有指令的运行功能和执行步骤，

5、当5位的功能开关处于11110状态时，教学机的指令将通过16位的数据开关手拨方式送入，并且每按一次“START”按键，只执行指令的一个步骤，有足够的时间察看计算机内部的信息和控制信号的状态。1)．接通教学机电源；2)．将教学机左下方的5个拨动开关置为11110（单步、手拨指令、组合、联机、16位）；3)．按一下“RESET”按键；4)．通过16位的数据开关SWH、SWL置入16位的指令操作码；5)．在手拨方式下，通过指示灯观察各类基本指令的节拍。a选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其执行流程：<1>置数据开关SW=00000000000000

6、01；（是ADDR0，R1指令）<2>按RESET按键；节拍指示灯T3~T0显示1000；(本节拍的功能与ADD指令无关，用于总清教学计算机系统)<3>按START按键；T3~T0显示0000；（AR←PC，PC←PC+1）；<4>按START按键；T3~T0显示0010；(读内存，IR←读出指令)；<5>按START按键；T3~T0显示0011；(R0←R0+R1操作),指令结束；<6>再按START按键，将返回到第<3>步，开始下一条指令的执行过过程；可以看到，属于A组的全部指令（包括ADD、SUB、CMP、AND、XOR、SHR、SHL、INC

7、、DEC、TEST、OR、MVRR、JR、JRC、JRNC、JRZ、JRNZ）都是经过3个节拍来完成的。两个公共节拍（编码为0000、0010）完成读取指令，每条指令还要用一个节拍（0011）完成自己特定的运算、处理功能。b选择B组指令中的LDRR指令，完成DR←[SR]功能，观察其执行流程<1>置数据开关SW=1000000100000001；（指令LDRRR0，[R1]）<2>按RESET按键，T3~T0显示1000；(总清教学计算机系统)<3>按START按键，T3~T0显示0000；（AR←PC，PC←PC+1）<4>按START按键，T3~

8、T0显示0010；(读内存，IR←读出指令)<5>按START按键，T3~T0显示0110；（执行LDRR指