简单实验计算机组成与程序运行实验.doc

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1、简单实验计算机组成与程序运行实验一、实验目的1.组成一个简单的计算机整机系统—模型机，输入程序并运行2.了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程3.定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试二、预习要求：1.复习计算机组成的基本原理；2.预习本实验的相关知识和内容三、实验设备：EL_JY_II8型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。四、模型机结构：模型机结构框图见图6—1.五、工作原理：前几个实验中，控制信号是由实验者用逻辑开关来模拟的，而这次实验，是在微程序控制下自动产生各

2、部分的控制信号，实现特定指令的功能。CPU从内存取出一条机器指令到执行结束的一个指令周期，是由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一个微程序。1.本实验采用五条机器指令：其指令格式如下（前4位为操作码）：功能机器指令码说明IN00000000“D_INPUT”中的开关状态→R0ADDaddr00010000xxxxxxxxR0+[addr]→R0STAaddr00100000xxxxxxxxR0→[addr]OUTaddr00100000xxxxxxxx[addr]→BUSJMPaddr01000

3、000xxxxxxxx[addr]→PC其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令，xxxxxxxx为addr为对应的二进制地址码。2.为了向RAM中装入程序和数据，检查斜土是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制操作微程序。存储器读操作（MRD）：拨动总清开关CLR后，控制开关CA1、CA2为“00”时，按“启动”微动开关，可对RAM连续手动读操作。存储器写操作（MWE）：拨动总清开关CLR后，控制开关CA1、CA2为“10”时。按“启动”微动开关，可对RAM连续手动写入。启动程序（RUN）：

4、拨动总清开关CLR后，控制开关CA1、CA2为“11”时按“启动”微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。程序计数器PC数据暂存器LT1数据暂存器LT2寄存器R0输出设备地址寄存器存储器(MEM)微控器脉冲源及时序指令寄存器输出设备LPC数据总线（D-BUS）ALU-GLOADPC-GS3S2S1S0MCNALULAR地址总线(ADDR-BUS)READLDR1LDR2WRITELDR0R0-GC-GW/R控制门数据LED-G控制信号1.微指令字长共24位，其控制位顺序如下：2423

5、22212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0其中Ua5_uA0为6位的后续微地址，F1、F2、F3为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。F3字段中的P(1)_P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行。F1、F2、F3三个字段的编码方案如表6—1：F1字段F2字段F3字段151413选择121110选

6、择987选择000LDR1000RAG000P(1)001LOAD001ALU-G001010LDR2010RCG010011011011100LDR1100100101LAR101PC-G101LPC110LDLR110110P(4)表6-14.系统涉及到得微程序流程见图6—2，当拟定“取址”微指令是，该微指令的判别测试字段为P(1)测试。由于“取址”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P（1）的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位（IR7—IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5

7、个固定微地址单元。控制操作为P（4）测试，它以控制开关CA1、CA2作为测试条件，出现了3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。注意：微程序流程图上的单元地址为8进制。5.当全部微程序实际完毕后，应将每条微指令代码化，表6—2即为将图6—2的微程序流程按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。6.指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把他从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作

8、码和地址字段；由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试【P（1）】，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令中的操作码译码强制微控制器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。I7—I2为指令寄存器的第7—2位。7.本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备；另一种是数码块，它作为输出设备。输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到数据总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。