《计算机组成原理》设计性实验指导

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1、一、实验目的深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。二、设备与环境TEC-XP+教学机，微机一台，装有WindowsXP、ISPLEVER、ispVMSystem等软件。三、实验内容在现有的基本指令系统上，扩展2条指令。四、实验步骤1、扩展的2条指令的格式及功能写明2条指令的格式、功能、寻址方式、操作码编码、微程序步数、微程序入口地址。2、指令所对应的微程序每条指令对应的微程序、以及每步（微指令）的功

2、能及各字段值的意义1、在叙述各字段意义时，先进行总的概述，然后按微指令分条描述其各字段的功能。2、在第五项屮，对结果要进行简单分析总结3、在最后追加一个笫六项，实验体会。3、ABEL语言源程序编辑以及JED文件生成m256c.abl源程序修改过程（10步）以及生成JED文件的整个操作过程4、MACH编程将JED文件下载到MACH器件的过程五、编程验证及结果分析编写一个验证程序，运行结果说明附：（该部分做为写实验报告时的素材）见下页预备知识一、运算器部分18〜16：运算结果处理15〜13：I运算功能

3、12〜10：数据来源通用寄存器Q寄存器Y的输出RS

4、FtQFR+SAQFS-RABFtBAR-S0QFtBFRVS0BF/2tBQ/2tQFRAS0AF/2—BF/RASDAF*2tBQ3QFRVSDQF*2tBF/(RVS)D0表2-1Am2901的9位控制码编码000001010011100101110111表2-2状态寄存器、最低进位输入、移位输入控制信号SSHSCI(in/Shift000Cin=O()01Cin=l010Cin=C100逻辑移位101循环移位二、微程序控制器的基本组成与实现TEC-XP+教学计算机系统同时实现了微程序方案和组合逻辑方案的两种控制器，其总体组成如图2-5所示。

5、从两种控制器的组成来看，都包括有程序计数器PC、指令寄存器IR、程序定序器Am29IO以及MACH芯片四部分。PC是选用在运算器的通用寄存器组屮的R5实现的，图中用虚线表示。IR是选用两片8位的寄存器电路实现的，还用到一片传送IR低位字节内容到内部总线IB的开关门电路。Am2910芯片用来确定微指令的执行次序。MACH芯片是一片有130多个输入输出管脚、由一•万个门电路组成的CPLD器件，其内部的线路纽•成和实现的功能都比较复杂。图2-5教学机计算机控制器的总体组成（1）程序计数器PC可以在运算器内部完成加1运算功能，产生下一条相邻指令的地址；或者

6、完成加一个相对转移的偏移量，产生相对转移指令的转移地址；或者肓接接收一个16位的指令地址，用在程序调用或者跳转指令中。（2）指令寄存器IR接收从内存储器读出并传送到内部总线IB的指令内容，其全部16位输出送MACH芯片的输入引脚，其低8位内容还可以经一个有三态功能的开关门送到内部总线IBo（3）微程序定序器Am2910芯片用在微程序控制器屮，用于以多种方式向控制存储器捉供下一条微指令的地址，控制微指令的执行次序，解决的是指令执行步骤的衔接问题。（4）两种控制器的主耍功能线路都集中到一片高集成度CPLD器件（MACH芯片）中实现，在完成扩展指令的教学

7、实验屮，可以不对MACH芯片之外的电路作任何变动，全部操作都集中到修改描述MACH芯片功能的ABEL或VHDL语言的源程序代码、执行编译和卜载操作以及运行调试这样几步工作。这是木教学计算机系统的一人显著特色，对降低学生的学习难度、简化修改和扩展控制器功能的操作、改善教学实验效果具有重要的作用。从图2-5可以看到，MACH器件内部包含有微程序控制器屮的控制存储器、微指令寄存器、映射指令操作码为微指令地址的MAPROM、产生微指令是否转移信号CC的SCCgal.实现微指令字小的卜•条微指令地址和MAPROM输出的卜条微指令地址二者■选具一的线路；包含有

8、组合逻辑控制器的节拍发生器Timing和控制信号产生部件两部分线路；此外述实现了把两种控制器各自捉供的32位控制信号进行二者选其一的功能。与早期产品比较，本系统把用于小断实验的电路、对控制器控制信号译码的DC2和DC1电路、为运算器提供最低位进位输人信号、左右移位时提供给最高最低位的移位输入信乃的电路也放到了MACH芯片Z内实现，以尽量减少主板上中小规模电路的数量。表2-3给出了由命令码13〜10、条件输入/CC、条件允许/CCEN信号以及计数器当前值的组合决定的Am2910所完成的功能。表2-4给出了Am2910条件转移时SCC的编码及功能。完成

9、功能R/C内容R/C操作便能備号/CCEN=0/cc^/CC低Y输出堆栈Y输出堆栈0初始化//PL0清除0清除1条件转微子