改计算机组成原理实验讲义精选

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1、东莞理工学院自编教材计算机组织与体系结构实验讲义主编：张丽娟参编：闵光辉东莞理工学院计算机学院2012-2-22目录序言2实验一　基本的模型计算机认识实验3实验二算术逻辑运算实验10实验三移位运算实验15实验四　存储器实验18实验五指令格式和寻址方式的认识实验22实验六　微程序控制器的认识实验29实验七基本模型机的设计实验37实验八复杂模型机设计实验44实验九主存与Cache的地址映像实验53实验十总线控制实验58《计算机组成原理》课程设计教学大纲61《计算机组成原理》课程设计题目及分组62课程设计封面及撰写要求64附录实验芯片介绍65序言1．实验系统的

2、硬件主要有TDN-CM++教学实验系统和附录中介绍的芯片，其中TDN-CM++教学实验系统在实验一中有详细介绍。用户需要连接的信号线用小圆圈标明。SWITCHUNIT单元中的开关全部置1，以后实验相同。2．实验系统的软件主要有“CMPP”软件(在实验一中有详细介绍)、和Cache映像软件（在实验四中有详细介绍）。第75页共76页东莞理工学院实验报告课程名称：计算机组成原理姓名：学号：专业：同组同学：指导教师：实验一　基本的模型计算机认识实验一、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、实验环境TDN-CM+

3、或TDN-CM++教学实验系统一套。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。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1-1。第75页共76页图1-1模型机逻辑框图其中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，OUTPU

4、T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如下所示：助记符机器指令码说明IN00000000INPUTR0ADDaddr00010000××××××××R0+[addr]R0OUT00100000R0LEDJMPaddr00110000××××××××addrPC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．微程序为实现以上计算机程序的操作，控制

5、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1-1所示。表1-1机器指令对应的微操作机器指令助记符微操作说明INR0(1)PCàAR,PC+1àPC预备取指令(2)RAMàBUS,BUSàIR取指令(3)INPUTàR0向R0中输入一个数ADDX,R0(1)PCàAR,PC+1àPC预备取指令(2)RAMàBU

6、S,BUSàIR取指令(3)PCàAR,PC+1àPC预备取数据(4)RAMàBUS,BUSàDR2取数据送入DR2(5)R0àDR1将R0中是数送入DR1(6)[DR1]+[DR2]àR0两数相加结果送入R0OUTR0(1)PCàAR,PC+1àPC预备取指令(2)RAMàBUS,BUSàIR取指令(3)R0àOUTPUT将结果输出显示JMP00H(1)PCàAR,PC+1àPC预备取指令(2)RAMàBUS,BUSàIR取指令(3)PCàAR,PC+1àPC预备取数据(4)RAMàBUS,BUSàPC数据00H送入PC第75页共76页四、实验内容（方

7、法步骤）1．构造一台模型计算机首先，参照图1-2，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。实验系统所有开关置“1”，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。图1-2系统认识实验连接图第75页共76页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

8、。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如表1-2