计算机组成原理与系统结构实验学生指导书

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1、实用文档目录实验一系统认识实验2实验二算术逻辑运算实验9实验三进位控制实验12实验四移位运算实验14实验五静态随机存储器实验16实验六总线控制器实验19实验七微程序控制器实验21实用文档实验一系统认识实验一、实验目的1．搭建并操作一个最基本的模型计算机。2．建立对计算机组成及其原理的基本认识。二、实验设备实用文档1．TDN-CM+或TDN-CM++教学实验系统一套。2．PC微机一台。三、实验原理1．一台简单模型计算机的结构为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，我们将设计一个最基本的模型计算机。根据前面小节的知识，我们

2、将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总线等部件搭接起来构成一个CPU，然后再加上存储器、输入设备、输出设备即构成一台完整的模型计算机。其逻辑框图见图1.4-1。其中ALU为运算器、DR1、DR2为工作暂存器、R0为通用寄存器、AR为地址寄存器、PC为程序计数器、IR为指令寄存器、TIME为时序发生器、MEM为程序存储器、INPUT为输入设备、OUTPUT为输出设备、MC为微程序控制器。2．模型计算机的程序本系统设计了四条指令，构成了此模型计算机的指令系统，即：实用文档应用该指令系统可以编写一段反映计算机操作的指令序列，它们就构成了所谓

3、的计算机程序，并将其以二进制存放在主存储器的连续的单元中。计算机通过连续运行该段程序，就可以解决各种复杂的计算或是控制问题。3．微程序Microprogram为实现以上计算机程序的操作，控制器对应于每一条机器指令都需要进行一系列的微操作来完成该机器指令的操作。一个微操作则对应一条微指令。如果控制器采用最普遍使用的微程序控制器，则一条机器指令的操作就需要一系列微指令来完成。它们构成计算机的微程序并且是以二进制数的形式存放在控制存储器的存储单元中。与以上机器指令对应的微操作内容如表1.4-1所示。实用文档四、实验步骤1．构造一台模型计算机首

4、先，参照图1.4-2，在教学实验系统中使用连接导线（排线）将模型计算机的各个部件连接在一起，构成一台完整的模型计算机。连接图中凡是标有小圆圈的连线都是需要连接导线的，而未标小圆圈的连线是系统已经连接好的。连接完成后，请仔细检查，以保证连接的正确性。2．我们来编写一段简单程序操作的例子来说明计算机工作的过程。这个程序要执行的功能是：1）由输入设备向CPU的通用寄存器R0中输入一个数。2）将输入的数值与程序中的一个立即数相加。3）将运算结果输出到输出设备上进行显示。实用文档4）跳转返回到执行第一条指令的状态和位置。完成以上指令操作的程序内容

5、如表1.4-2所示。3．模型机操作前的准备工作使用通讯电缆将实验系统的串行接口与PC微机的串行接口相连接，并将实验系统的电源线接到电源插座中。然后启动PC微机，进入Windows系统，安装本设备提供的应用软件CMPP。（安装方法及软件使用可见用户手册）。实用文档4．模型计算机的运行操作1）打开实验系统的电源开关，点击图标CMPP，运行软件。若联机正常后，将显示如图1.4-3所示界面。实用文档2）未联机正常，也可以进入软件界面，但是所有的菜单里的功能全是灰色不可用（除“文件”及“端口”菜单），且指令区窗口中的数据也全以星号显示。本软件的默

6、认串口为1号串口，若通讯电缆连接到2号串口上，可进入“【端口】”菜单，选择2号串口，然后进行“【端口】-【端口测试】”，若还不正常，请确保打开系统电源及检查通讯电缆的连接。具体排除故障见《使用手册》。3）进入“【转储】--【转载】”，选择系统软件安装时在CMPPSAMPLE目录下的一个例程EX.TXT,点击“打开”后即进行装载。此文件包含有上述设计的模型机要执行的机器指令程序及定义该机器指令系统的微程序。可从“【文件】—【打开】”来打开此文件，可查看模型计算机操作的程序及其微程序。其内容为：机器指令：实用文档$P0000$P0110

7、$P0208$P0320$P0430$P0500微指令：$M00018001$M0101ED82$M0200C048$M0300B004$M0401A205$M05959A01$M0600D181$M08001001$M0901ED83$M0A070201$M0B01ED86机器指令及微指令的描述格式为：实用文档4）装载完成后，选择“【运行】-【通路图】-【复杂模型机】”可打开一个对应的数据通路图，如图1.4-4所示：5）在执行指令之前，要将实验系统右下角的CLR清零开关向上拨到0位再拨回1位，以将程序计数器和微地址寄存器清为零，使得程

8、序可从零地址开始运行。选择“【运行】－【单步微指令】”功能，每按动一次，系统运行一条微指令并在界面中显示动态数据流及微地址等的变化，仔细观察运行过程，则可了解并掌握计算机的工作过程。6）每按动一次“【运行】