组成原理实验(六)-cpu指令部件 (2)

《组成原理实验(六)-cpu指令部件 (2)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、计算机组成原理实验(六)实验项目名:CPU指令部件实验实验要求：了解CPU重要组成部件-程序计数器、指令寄存器的构造原理，理解CPU是如何按照程序计数器的值依次取指令进行分析执行的过程。实验内容:（1）预习。回顾课堂中学习的关于CPU的功能、控制寄存器以及指令处理过程中数据流的相关知识。本次试验中，将通过实验台模拟CPU顺序取指令进行处理的过程。（2）了解实验原理，完成硬件电路的连接。本次实验需要使用地址模块、存储器模块、程序计数器模块、指令寄存器模块和时序启停模块。按照详细说明中关于实验电路原理的说明，理解并连接好实验电路。（3）了解各功能模块的控制信号及使用方

2、法，根据实验题目的要求，确定控制动作的发生顺序，设计相应的控制信号序列。（4）通过实验台的微控制输入开关，逐条的输入微控制信号，在控制信号和时序信号的作用下，利用单步工作模式，观察指令的逐条处理过程。实验详细说明:（1）实验逻辑框图本次实验的逻辑电路原理如上图所示，需要完成的实验连线包括：①地址锁存器模块扁缆：D0~D7;A0~A7控制信号：LDAR②存储器模块扁缆：D0~D7控制信号：CE,WE③程序计数器模块扁缆:D0~D7控制信号：PC-B,LDPC,LOAD④指令寄存器模块控制信号:LDIR⑤时序启停部件时序信号输入：程序计数器PC在上电复位后初始化为00

3、H，PC中存放的永远是下一条将要执行的指令的地址，将PC的值作为地址访问存储器，获得指令，而后通过总线存储到指令寄存器IR中，等待分析执行，与此同时，控制PC增量。这样，就完成了CPU一次取指令的过程。要完成上述过程，需要通过控制信号控制数据通路及部件的操作，下面介绍本次实验涉及的各控制信号。（2）控制信号说明(注意参考上图)①存储器操作控制信号¬LDAR，将总线上的内容锁存到存储器的地址寄存器中。¬CE，存储器的片选使能信号。¬WE，存储器的读/写控制信号。Eg.完成一次存储器读操作的控制过程。在地址送到总线上后，置LDAR信号有效，地址锁存；LDAR失效，置C

4、E有效，置WE无效，可读取地址寄存器对应地址的内容，并传送到总线上。②程序计数器的控制信号程序计数器由两片74163和一片74245构造，有以下三个控制信号。¬LOAD，将总线上内容加载到PC中。¬LDPC，实际上连接到74163的CLK信号端，因此它的作用是控制PC自增。¬PC-B，控制三态打开，将PC的内容传送到总线上。Eg.控制程序计数器PC自增。控制LOAD和LDPC这两个信号，将LOAD=0，LDPC=1，控制PC自增。而将LOAD=1,LDPC=0，则只将总线内容加载到PC中，不做PC+1操作。③指令寄存器的控制信号¬LDIR，将数据从总线上打入指令寄

5、存器IR。（3）实验题目a)单步操作，控制指令的顺序加载使用实验台时，打开开关，系统显示dy–nP.，P.闪烁，说明系统正常复位。按[增址]键，第二组数码管变化，至到显示-L，进入手动模式。实验过程中，通过拨动实验台右上角的一片二进制开关，进行控制信号的输入，每输入一步，按下[单步]键，系统方产生脉冲信号，控制信号才发生作用。将取指令过程分解为：¬将PC值通过总线锁存到地址寄存器中；¬控制存储器读取该地址单元的内容，并送到总线上；¬将送到总线上的指令，锁存到指令寄存器IR中；¬控制程序寄存器PC增量；①控制根据当前PC值取指令¬将PC值送到总线，同时控制地址锁存器

6、锁存该地址。PC-B有效，LDAR有效。¬控制存储读取该地址中的指令，送到总线上，同时控制IR寄存器锁存该指令。CE有效，WE无效，LDIR有效。②控制PC增量¬控制PC寄存器的值自增。LOAD无效，LDPC有效。③改变PC寄存器的值¬尝试从输入开关或者通用寄存器等位置下一条要执行的指令的地址，通过总线，装载到程序计数器PC中，改变指令的执行方向。b)编写简单模型机程序，观察指令执行情况利用实验台提供的“DAIS-CMH+计算机组成原理”实验环境，修改/编写*.abs文件，理解底层的机器指令程序的编写方法，利用实验环境提供的“宏单步”操作命令，控制程序单步运行，观

7、察实验台上PC和IR寄存器的状态，理解二者的作用和程序的顺序运行机制。基本模型机支持的五条机器指令如下：机器指令（助记符形式）机器指令（二进制形式）指令功能说明INR0,SW00100000数据开关状态àR0ADDR0,[addr]01000000xxxxxxxx双字节指令，R0+[addr]àR0STA[addr],R001100000xxxxxxxx双字节指令，R0à[addr]OUT[addr],LED10000000xxxxxxxx双字节指令，[addr]àLEDJMPaddr10100000xxxxxxxx双字节指令，addràPC.abs文件格式规则说

8、明：①程序