CPTH模型机感性认识及模块实验.doc

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1、实验一CPTH模型机感性认识及模块实验感性认识：一计算机组成原理实验课概述二CPTH硬件系统基本组成三CPTH软件系统基本组成四CPTH指令系统五CPTH实验系统特点模块实验：1.寄存器实验2.运算器实验3.存储器实验一计算机组成原理实验课概述计算机组成原理实验课程，是专门为计算机学院相关专业高年级开设的一门专业骨干课程，它主要研究计算机的基本组成与运行原理，它深入到CPU的内部，查看，测试各主要信号与部件的工作状态，即将CPU解剖开，观察一条指令在执行过程中数据的走向、各控制信号的状态及相关寄存器的值。而CPTH模型机是专为计算机组成原理实验课设计的，它是一台硬件，软件相对完整，独立

2、的小型计算机系统，即是一台简单的计算机，它包括了一台计算机常有部分CPU，主存，I/O接口等。二CPTH硬件系统基本组成运算器：运算器ALU用一片lattice公司的LC4256V-100在线可编程逻辑芯片实现的，出厂时，已下载了用VHDL语言编写的运算功能（8种）。寄存器：累加器寄存器A、工作寄存器W：（1片74HC574/每）；左移门L、直通门D、右移门R：(2片74LS245同相器/每)；寄存器组：R0-R3：（2片74HC574/每）；地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST：（2片74HC574/每）；中断向量寄存器IA、输入端口寄存器IN、输出端口寄存器OUT等。控制器：程序计数器

3、PC、微程序计数器uPC：（2片74LS161四位加1计数器/每）；微程序存储器uM：（3片6116），事先存入24位微指令，电路设置为：只能读，不能写；指令寄存器IR：（1片74HC574）、中断控制电路、跳转控制电路等；组合逻辑控制器：用一片lattice公司的LC4256V-100可编程的逻辑芯片实现。出厂时已下载了用ABEL语言编写的的组合逻辑控制器文件（组合逻辑表达式），实现控制功能。通过开关KC切换。存储器：程序存储器EM由一片6116RAM构成，是用户存放程序和数据的地方。微程序存储器uM，由三片6116RAM构成，共24位微码。输入/输出：24位开关，数码管、二极管及其

4、驱动电路。字符式LCD、RS232。三CPTH软件系统基本组成微程序：存储在uM微控存中（24位控制信号）。组合逻辑表达式：存储在一片lattice的LC4256V-100中；运算器运算功能：：存储在一片lattice的LC4256V-100中；CPTH软件集成调试环境：安装在PC机硬盘上，（通过RS-232C串行通讯），自带编译器；CPTH指令系统：随集成调试环境安装在计算机的硬盘上。四CPTH指令系统操作数/操作寄存器操作码指令基本格式：指令分类：寻址方式（5种）：立即数寻址、寄存器寻址寄存器间址存储器直接寻址，累加器寻址等操作数个数：单、双、无CPTH指令集：算术运算指令、逻辑运

5、算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。五CPTH实验系统特点：1.采用总线结构三组总线：地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS。CPTH为8位机，数据总线、地址总线、指令总线都为8位。2.采用模块化设计²运算器模块ALU，²寄存器模块（A，W，IA，ST，MAR，R0…R3等），²程序计数器模块PC，²主存模块EM，²指令寄存器模块IR，²微地址计数器模块uPC，²微程序控制器模块〈微控存〉uM，²组合逻辑控制模块及I/O等控制模块。3.提供两种实验模式脱机手动：通过实验箱上的24位开关输入数据，控制信号，用发光二极管、数码管显示输出结果

6、，实现手动操作方式的输入/输出和机器调试。连机自动：通过PC机（或实验箱上的键盘及液晶显示器），直接输入、编译、装载用户程序，实现微程序控制运行。4.支持两种控制器微程序控制器组合逻辑控制器5.提供集成调试环境支持RS-232C串行通讯，将实验箱与PC机连接起来。集成调试环境自带编译器，支持符合该系统的汇编语言程序的编辑、编译、调试，使调试过程形象生动。6.开放性设计可采用EDA技术，用VHDL语言编程设计扩充运算器的运算功能。可设计自己的指令/微指令系统。六各模块实验：实验一寄存器模块实验1．A，W寄存器写实验²实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。²实验原理图

7、：图1-1寄存器A、W原理图图1-2寄存器A，W写工作波形²实验任务及接线：用CPTH实验箱上的K16..K23开关做为数据输入，其它开关做为控制信号，将数据写入累加器寄存器A，工作寄存器W。2根连线将55H写入A寄存器；将66H写入W寄存器；²实验结果填表：实验任务K23--K16WENAEN结果将55H写入A寄存器将33H写入W寄存器²实验步骤：（1）系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进