cpu与简单模型机设计实验

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1、四川大学锦江学院计算机科学与工程系《 计算机组成原理实验》课程设计报告课题名称：CPU与简单模型机设计实验课题负责人（学号/姓名）：荣何090512017同组成员名单：崔崇孟090512012周海龙090512026刘佳090512002雷镇百090512027孔令军090512024提交报告时间：2021年6月15日课程名称 计算机组成原理实验实验课时3实验项目CPU与简单模型机设计实验实验时间2011.10.13实验目的1.掌握一个简单CPU的组成原理。2.在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一

2、台基本模型计算机。3.为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。实验环境PC机一台，TD-CM3+或TD-CMX实验系统一套。实验内容（算法、程序、步骤和方法）本实验要实现一个简单的CPU，并且在此CPU的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成。这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接

3、后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。系统的程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）集成在一片CPLD芯片中。CLR连接至CON单元的总清端CLR，按下CLR按钮，将使PC清零，LDPC和T3相与后作为计数器的计数时钟，当LOAD为低时，计数时钟到来后将CPU内总线上的数据打入PC。本模型机和前面微程序控制器实验相比，新增加一条跳转指令JMP，共有五条指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），HLT

4、（停机），其指令格式如下（高４位为操作码）：助记符机器指令码说明IN00100000INR0ADD00000000R0+R0R0OUT00110000R0OUTJMPaddr11100000********addrPCHLT01010000停机其中JMP为双字节指令，其余均为单字节指令，********为addr对应的二进制地址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求CPU自动从存储器读取指令并执行。系统涉及到的微程序流程见图5-1-4所示，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P<

5、1>测试。由于“取指”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高6位（IR7—IR2）作为测试条件，出现５路分支，占用５个固定微地址单元，剩下的其它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，微程序流程图上的单元地址为16进制。地址十六进制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D43000000000110110101000011031070 0000100000

6、111000001110000040024050000000000100100000001010504B2010000010010110010000000011D105141000100000101000101000001300014040000000000010100000001003218300100011000001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013C006D5D00000000

7、0110110101011101设计一段机器程序，要求从IN单元读入一个数据，存于R0，将R0和自身相加，结果存于R0，再将R0的值送OUT单元显示。根据要求可以得到如下程序，地址和内容均为二进制数。地址内容助记符说明0000000000100000;START:INR0从IN单元读入数据送R00000000100000000;ADDR0,R0R0和自身相加，结果送R00000001000110000;OUTR0R0的值送OUT单元显示0000001111100000;JMPSTART跳转至00H地址00

8、00010000000000;0000010101010000;HLT停机1.实验步骤1.按图5-1-5连接实验线路。2.手动校验微程序：①将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档，KK3置为‘校验’档，KK4置为‘控存’档，KK5置为‘置数’档。②使用CON单元的SD05——SD00给出微地址，连续两次按动时序与操作台的开关ST，MC单元的指数据指示灯M7——M0显示该单元的低8位。③将时序与操作台单元的开关KK5置为‘