实验5-指导书-CPU综合实验

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1、实验五CPU综合实验匹配课程代码及名称：070023计算机组成原理适用专业及本项目实验学时：计算机科学与技术3学时实验时间：2016-6-1实验类型：综合型一、实验目的及要求(1)学握运算器的基木结构与基木功能。(2)掌握控制器的基本结构与基本原理。(3)学握运算器与控制器的信号连接。(4)掌握简单CPU的调试过程。(5)掌握简单CPU的功能测试方法。二、实验内容图1给出了CPU综合实验电路的结构框图，图屮虚线框外电路由实验箱提供，虚线框内电路需自行设计并下载到ispLSI1032E屮。1、结构及

2、信号索引CPU综合实验电路曲微程序控制器和运算器构成，其屮，微程序控制器曲pPC、ROM2、ROM1和pIR构成，而运算器由三个寄存器RO、Rl、R2、移位器和加法器等构成，将运算器的各部分组装在一起便构成了ALU算术逻辑运算部件。按图1所示将微程序控制器和ALU连接在一起构成CPUo图中ROM2#和ROM1#为控制存储器，容量均为256x8,用于存储微指令。

3、iPC为微程序计数器，为ROM2#和ROM1#提供地址信号A7〜A0,用來指定微指令的存储地址。ALU为算术逻辑运算单元，其中，a3〜a0

4、和b3〜b0分别为两个操作数，CPR0和CPR1分别为寄存器R0和R1的打入脉冲，用于暂存两个操作数，LM、DM和RM分别为左移、直送和右移的控制信号，CPR2为寄存器R2的打入脉冲，用于暂存ALU的运算结果，另外，C0为低位来的进位信号，yRD为ROM2#和ROM1#的读信号，高电平有效，而CPpIR为微指令寄存器(1IR的打入脉冲。图1CPU综合实验结构框图2、微指令格式或微程序编制微指令格式分为两部分，如下图2所示，其中前而部分MR15〜pIR12可设置数据，后面部分pIR7〜pIR0可确定

5、微命令。女口：需要CPRO脉冲，该位设为1,否则设为0,备用位（pIRll〜pIR8、pIRO）设为0。CPROCPR1CPR2pIR15gIR12pIR7gIR6gIR5pIR4p!R3»IR2gIRlpIRO图2微指令格式三、实验条件及设备要求(1)设备：JYS计算机组成原理实验系统、联想台式计算机(2)操作系统：WindowsXP(3)软件：ispLEVER3.0>ispVMSystem17.4四、实验实施步骤(-)CPU的层次化设计要求设计一个Ftl算术逻辑运算单元ALU和微程序控制器构成

6、的中央处理器CPU,其中微程序控制器由yPC微程序计数器和控制存储器ROM2#、ROM1#构成，yPC微程序计数器在实验三中已设计完成，ALU在实验二中已设计完成。1、建立新项目启动ispLEVER,进入项目管理器ispLEVERProjectNavigator,在D盘新建test5文件夹中新建项冃cpu.syiic2、选择器件在项冃管理器中，双击ispLSI5256VE-165LF256项进入器件选择窗口,选择ispLSI1032E・70LJ84I,单击“OK”返回项日管理器。3、原理图输入调用

7、实验二完成的ALU元件符号、实验三完成的(1PC元件符号及门电路按图1所示完成连线。4、管脚定义将ALU的输入数据a3-a()依次定义在引W41-38上。CPRO、CPR1、CPR2依次定义在引脚52-50±oLM、DM、RM、CO依次定义在引脚49・46上。P脉冲定义在引脚73±oQ3-Q0依次定义在引脚79-76上。5、文件编译、适配和下载将实验系统中的模式开关(K23)置于统调模式，进行原理图编译和设计适配，无误后完成下载。(-)编制微程序【例】编写一个0110-F1000的微程序。寄存器分

8、配：0110送R0,1000送R1,结杲送R2,则0110+1000对应的微操作和微指令如下表1所示。表10110+1000对应的微操作和微指令序号操作微指令说明10110->R06080H存入控制存储器ROM2#、ROM1#的1号单元21000->Rl8040H存入控制存储器ROM2#、ROM1#的2号单元3RO4-R1->R20028H存入控制存储器ROM2#、ROM1#的4号单元(三)写入微程序将模式开关置分调，将下表2所示微程序写入ROM2#、ROM1#中，从1#单元开始写入，写入完成后读

9、岀并查看是否有错，若有错改之。表2微程序微指令编号单元地址ROM2#ROM1#11#60H80H22#80H40H34#00H28H(四)读出并执行微指令1、将实验系统中的模式开关(K23)置于统调模式。2、按RET2复位键，清pPC为0,pPC指向1号单元。3、微指令的高8位出现在glRl5-8(41-34)±,并由L15〜L8指示。微指令的低8位出现在HIR7-0(52-45)上，并由L7〜L0指示。每按一次单脉冲键，便读出并执行一条微指令，按3次单脉冲键，微程序执行完毕。运算