計算機組成原理課程設計--實驗報告抑或運算

1、<p><b>　　計算機組成原理</b></p><p><b>　　實驗報告</b></p><p>　　專業(yè) 計算機科學與技術</p><p><b>　　班級 </b></p><p><b>　　學號 </b></p

2、><p><b>　　姓名 </b></p><p><b>　　2015年12月</b></p><p><b>　　創(chuàng)新實驗</b></p><p><b>　　一.課程設計目的</b></p><p>　　在試驗六和實驗八的基

3、礎上，設計新的功能，并設計新的微代碼表實現(xiàn)此功能。</p><p>　　熟悉掌握24位微代碼的含義</p><p><b>　　二. 實驗設備：</b></p><p>　　EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。</p><p><b>　　三.模型機結構：</b></p&g

4、t;<p>　　圖1 模型機結構框圖</p><p>　　圖1中運算器ALU由U7—U10四片74LS181構成，暫存器1由U3、U4兩片74LS273構成，暫存器2由U5、U6兩片74LS273構成。微控器部分控存由U13—U15三片2816構成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理見系統(tǒng)介紹部分）。</p><p>　　存儲器部分由兩片6116構成16

5、位存儲器，地址總線只有低八位有效，因而其存儲空間為00H—FFH。</p><p>　　輸出設備由底板上的四個LED數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動電路構成，當D-G和W/R均為低電平時將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開關方式下，輸入設備由16位電平開關及兩個三態(tài)傳輸芯片74LS244構成，當DIJ-G為低電平時將16位開關狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線。在鍵盤方式或聯(lián)機方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或串口輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線，因

6、而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用。</p><p>　　注：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線為16位，指令、地址和程序計數(shù)器均為8位。當數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器、地址寄存器和程序計數(shù)器時，只有低8位有效。</p><p><b>　　四.工作原理：</b></p><p><b>　　1．數(shù)據(jù)格式</b></p><

7、p>　　本實驗計算機采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，字長為16位，其格式如下：</p><p>　　其中第16位為符號位，數(shù)值表示范圍是：-32768≤X≤32767。</p><p><b>　　2．指令格式</b></p><p><b>　　算術邏輯指令</b></p><p>　　設計9條

8、單字長算術邏輯指令，尋址方式采用寄存器直接尋址。其格式如下：</p><p>　　其中OP-CODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：</p><p>　　9條算術邏輯指令的名稱、功能和具體格式見表1。</p><p><b>　　4．設計微代碼</b></p><p>　　微程序設計的關鍵技術之一是處

9、理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址。</p><p>　　圖2 斷定方式微程序控制部件示圖</p><p>　　每條微指令由24位組成，</p><p><b>　　其控制位順序如下：</b></p><p><b>　　.<

10、;/b></p><p>　　MS24—MS16對應于微指令的第24—16位，S3S2S1S0MCn為運算器的方式控制， WE為外部器件的讀寫信號，‘1’表示寫，‘0’表示讀；控制總線上的WR為外部讀寫控制電路的輸出，其控制電路為：</p><p>　　1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。（注：Y3被系統(tǒng)占用，

11、用于輸入中斷，Y0Y1Y2能被用戶使用）。I/O控制電路由一片74LS139構成，用于為外部器件提供選通信號。其原理和邏輯關系如下圖所示：</p><p>　　圖6 I/O控制電路</p><p>　　微指令中的uA5-uA0為6位的后續(xù)微地址。</p><p>　?。疲?、Ｆ２、Ｆ３三個字段的編碼方案如表2：</p><p>　　表2 Ｆ１

12、、Ｆ２、Ｆ３編碼方案</p><p>　　功能由S1、S0、M控制，具體功能如下表： </p><p>　　圖5中MS9—MS7對應于微指令中的F3，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位測試字，其功能是對機器指令進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支和循環(huán)運行

13、；AR為運算器的進位輸出控制；LPC為程序計數(shù)器的時鐘控制。以上信號均為‘1’有效。</p><p>　　這次實驗我們創(chuàng)新加入抑或運算這一功能，所以微代碼表如下：</p><p>　　設計三個控制操作微程序：</p><p>　　存儲器讀操作（MRD）：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“00”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)讀

14、操作。</p><p>　　存儲器寫操作（MWE）：撥動清零開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“10”時，按“單步”鍵，可對RAM連續(xù)寫操作。</p><p>　　啟動程序（RUN）：撥動開關CLR對地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入CA1、CA2為“11”時，按“單步”鍵，即可轉入到第01號“取指”微指令，啟動程序運行。</p><p&

15、gt;　　注：CA1、CA2由控制總線的E4、E5給出。鍵盤操作方式時由監(jiān)控程序直接對E4、E5賦值，無需接線。開關方式時可將E4、E5接至控制開關CA1、CA2，由開關來控制。</p><p>　　系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖9（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標號為該條微指令所處的八進制微地址）?？刂撇僮鳛镻4測試，它以CA1、CA2作為測試條件，出現(xiàn)了寫機器指令、讀機器指令和運行機器指令3路分支，占

16、用3個固定微地址單元。當分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。</p><p>　　圖8 指令譯 </p><p>　　圖9 微程序流程圖（1）</p><p>　　機器指令的執(zhí)行過程如下：首先將指令在外存儲器的地址送上地址總線，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，

17、這就是“取指”過程。之后必須對操作碼進行P1測試，根據(jù)指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強制置位，使下一條微指令指向相應的微程序首地址，這就是“譯碼”過程（其原理見圖8）。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過程。</p><p>　　在所有機器指令的執(zhí)行過程中，“取指”和“譯碼”是必不可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相同的，這些微指令稱為公用微指令，對應于圖9中01、02、75地址（8進制）的微指令。75

18、地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測試，測試結果出現(xiàn)多路分支。本實驗用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測試條件，出現(xiàn)12路分支，占用12個固定微地址單元。如I7—I4相同，則還需進行P2測試，以指令寄存器的I3、I2位作為測試條件，以區(qū)分不同的指令，如MOV指令和IN、OUT指令。</p><p><b>　　實驗結果</b></p><p>　　計算

19、53H抑或21H</p><p><b>　　機器指令：</b></p><p>　　運算結果為72與計算結果一致，實驗成功</p><p><b>　　六.心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設計，我體會到自己所學的東西太少了，很多都不知道。雖然這次設計的只是一個小程序，但是這其間我

20、還是學到了不少東西。在這次課程設計的過程，有些很基本的知識出現(xiàn)記混淆的現(xiàn)象，通過查書及詢問同學，最終明白了。 </p><p>　　本次課程設計我們要設計一臺微程序控制的模型機，以對計算機能有一個整機的概念,完成對計算機組成原理這門課程的綜合應用，達到學習本書的作用。作為一個計算機系學生這是必需掌握的，使我們對數(shù)據(jù)選擇器，移位器，加法器，運算器，存儲器和微程序控制器，有了比較透徹的認識。 &l

21、t;/p><p>　　由于計算機設計的部件較多，結構原理較復雜，對于我們這樣的初設計者來說感到無從下手，所以我們在整個過程中采取由淺入深，由簡單到復雜的放法，通過這次設計，使我們能清楚的了解計算機的基本組成，基本原理和設計步驟，設計思路和調(diào)試步驟，最終能清晰的建立起整機概念，為獨立完成計算機設計奠定了基礎。 </p><p>　　課程設計結束了，從中我們也學到了不少知識。雖然計算機組