CPU组成与机器指令执行实验

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1、五CPU组成与机器指令执行实验将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；用微程序控制器控制模型机数据通路；通过TEC-5执行由8条机器指令组成的简单程序，掌握指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。TEC-51北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室数据通路总体框图数据指令RAMIDT7132ABRFispLSI1016DR174LS273DR274LS273AR74LS163PC74LS163控制台ALU74LS181AB控制器IRS3S2S1S0LDDR1T2LDDR2T2LDAR#T2LDPC#T2RAM-BUS#LR/W#T2CE

2、L#CER#PC+1AR+174LS273CSWCSWBSWAIR3-0LDIRT3IR7-4MCn#ALU-BUS#LDRiT3RD1RS1SW-BUS#控制信号IBUS7-0DBUS7-0RS0RD0WR1WR0AR7-0PC7-0CLDRiT3RS-BUS#TEC-52北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室实验设备TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支。TEC-53北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室实验任务将简单程序进行译码，按指令格式汇编成二进制机器代码。完成控制台、时序部件、数据通路和微程序控制器

3、之间的连线。将程序机器代码利用控制台指令写入内存。根据程序的需要设置通用寄存器堆中相关寄存器的数据。单拍方式执行一遍程序，记录相关寄存器和存储器存储单元数据，与理论值比较分析。连续方式再次执行一遍程序，记录相关寄存器和存储器存储单元数据，与理论值比较分析。TEC-54北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室指令功能与格式:8条机器指令，单字长（8位）名称助记符功能指令格式IR7IR6IR5IR4IR3IR2IR1IR0加法ADDRd，RsRd+Rs→Rd0000RS1RS0RD1RD0减法SUBRd，RsRd-Rs→Rd0001RS1RS0RD1RD0逻辑与ANDRd

4、，RsRd&Rs→Rd0010RS1RS0RD1RD0存数STARd,[Rs]Rd→[Rs]0011RS1RS0RD1RD0取数LDARd,[Rs][Rs]→Rd0100RS1RS0RD1RD0条件转移JCR3C=1则R3→PC010111××停机STP暂停执行0110××××输出OUTRsRs→DBUS0111RS1RS0××TEC-55北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室控制台工作方式（SWC、SWB、SWA为控制台指令的定义开关）SWCSWBSWA操作000启动程序（PR）001写存储器（WRM）010读存储器（RRM）011写寄存器（WRF）100读寄存器

5、（RRF）TEC-56北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室SWCSWBSWAP(0)SW→DBUSDBUS→ARDBUS→PCTJSW→DBUSDBUS→RAMRAM→IBUSRs→DBUSTJSW→DBUSDBUS→ARDBUS→PCTJSW→DBUSDBUS→ARSW→DBUSDBUS→ARTJSW→DBUSDBUS→PCSW→DBUSDBUS→RAMRAM→IBUSTJSW→DBUSDBUS→RiTJRAM→DBUSTJAR+1SW→DBUSDBUS→RAMAR+1TJ000C1E0806070B1D0D0E0A0203021E1D04050409080FR

6、RF（100）WRF（011）WRM（001）PR（000）RRM（010）KT控制台指令微程序流程图TEC-57北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室RAM→IBUSIBUS→IRRs→DBUSPC+1TJPC+1TJPC+1Rs→DBUSDBUS→ARRs→DBUSDBUS→ARRd→DR1Rd→DR1Rs→DR2Rd→DR1Rs→DR2Rd→DR1Rs→DR2P(1)ADDALU→DBUSDBUS→RdPC+1SUBALU→DBUSDBUS→RdPC+1ANDALU→DBUSDBUS→RdPC+1DR1→ALUALU→DBUSDBUS→RAMPC+1RAM→D

7、BUSDBUS→RdPC+1R3→DBUSDBUS→PC0F1010181119121A13141B1C1516171F0F0FC=0C=1ADD（0000）JC（0101）AND（0010）STA（0011）LDA（0100）SUB（0001）STP（0110）OUT（0111）机器指令微程序流程图P(2)TEC-58北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室控制台操作微程序流程举例写存储器(WRM)：按下复位按钮CRL#，置SWC=0，SWB=0，SWA=1。①在SW7~SW0中设置存储器地址，采用单拍或连