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  • 2021-07-16 02:57:56

    计算机科学与技术系

    实 验 报 告

    专业名称 计算机科学与技术 课程名称 计算机组成原理 项目名称 CPU 与简单模型机设计实验

    班 级

    学 号 姓 名

    同组人员 无

    实验日期 2016.6

    一、实验目的与要求

    (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。

    分析:

    1. 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。 2. 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。

    微指令:PC->AR,PC加1,MEM->IR,P

    微指令:R0->A,R0->B,A加B->R0

    四、实验数据和结果分析

    实验数据:

    结果分析: 00 000001: NOP

    通过给定的微地址00,根据实验数据选择对应的微指令NOP ,实现停机操作。 01 006D43:PC->AR,PC加1

    通过给定的微地址01,根据实验数据选择对应的微指令PC->AR,PC加1,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDIR 、PC_B和P,实现此次的微指令操作。

    03 107070:MEM->IR,P

    通过给定的微地址03,根据实验数据选择对应的微指令MEM->IR,P,比较A 、B 、C 三个译码字段的值以及高五位地址,选择相应的微命令LDAR 、CS 和LDPC ,实现此次的微指令操作。 04 002405:R0->B

    通过给定的微地址04,根据实验数据选择对应的微指令R0->B,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDB 和R0_B,实现此次的微指令操作。 05 04B201:A 加B->R0

    通过给定的微地址05,根据实验数据选择对应的微指令A 加B->R0,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDR0和ALU_B,实现此次的微指令操作。

    1D 105141:MEM->PC

    通过给定的微地址1D ,根据实验数据选择对应的微指令MEM->PC,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令L0AD 和LDPC ,实现此次的微指令操作。

    30 001404:R0->A

    通过给定的微地址30,根据实验数据选择对应的微指令R0->A,比较A 、B 、

    C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDA 和R0_B,实现此次的微指令操作。 32 183001:IN->R0

    通过给定的微地址32,根据实验数据选择对应的微指令IN->R0,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDR0和IOR ,实现此次的微指令操作。 33 280401:R0->OUT

    通过给定的微地址33,根据实验数据选择对应的微指令R0->OUT,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令IOW 和R0_B,实现此次的微指令操作。

    35 000035:NOP

    通过给定的微地址35,根据实验数据选择对应的微指令NOP ,实现停机操作。 3C 006D5D:PC->AR,PC加1

    通过给定的微地址3C ,根据实验数据选择对应的微指令PC->AR,PC加1,比较A 、B 、C 三个译码字段的值,选择相应的微命令LDAR 、LDPC 和PC_B,实现此次的微指令操作。

    五、实验问题分析、思考题与小结

    实验问题分析:

    本次实验并没有遇到什么问题,和实验四类似的操作,但是就是相关知识没有巩固,所以不能解决老师所提的问题。 思考题:

    1. 当前的数据通路是由哪条微指令实现的? 答:R0->B。

    2. 当前微指令有几个微命令有效?

    答:两个微命令有效,分别是R0_B#和LDB 。 3. 当前微指令的微地址? 答:04。

    4. 当前微指令是解释执行哪条机器指令的? 答:ADD 。

    5. 当前的微程序有几条微指令? 答:三条。

    6. 基本模型机实验执行了几个微程序?实现了哪些功能?

    答:五个,实现了IN->R0,R0+R0->R0,R0->OUT,addr->PC、停机等功能。 小结:

    操作时得到的实验值和对微指令推断得到的理论值是一致的。说明在实验中没有误操作出现。通过对实验仪的操作与观察,熟悉了微程序控制器对模型机

    数据通道的控制,也掌握了4条移位指令的使用。

    得分(百分制)

    实验报告分析评价

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    一、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。

    二、实验原理

    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,如图所示。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。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    三、实验步骤

    1.按下图连接实验线路
    在这里插入图片描述
    2.用联机软件【转储】-【装载】功能将格式文件载入实验系统
    3.运行微程序并观看实验图

    四、实验结论

    通过本次实验,较好的掌握了一个简单CPU的组成原理,并且在掌握部件单元电路的基础上,进一步将其构造一台基本模型计算机
    。不仅提高了自己的理论知识,还提升了自己的实践动手能力,有了不小的收获。

    展开全文
  • 5.1 CPU与简单模型机设计实验5.1.1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...

    5.1 CPU与简单模型机设计实验

    5.1.1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。

    5.1.2实验设备

    PC机一台,TD-CMA 实验系统一套。

    5.1.3实验原理

    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,如图5-1-1所示。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。

    I1AR

    /ALU'

    图5-1-1 基本CPU构成原理图

    除了程序计数器(PC),其余部件在前面的实验中都已用到,在此不再讨论。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。

    LDPCT3CLRLOAD

    LDPC

    T3

    CLR

    LOAD

    图5-1-2程序计数器(PC)原理图

    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 (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

    IN

    0010 0000

    IN -R0

    ADD

    0000 0000

    R0 + R0 -^R0

    OUT

    0011 0000

    R0 TOUT

    JMP addr

    1110 0000 ********

    addr tpc

    HLT

    0101 0000

    停机

    ******** 为addr对应的二进制地址码。其余均为单字节指令,

    ******** 为addr对应的二进制地址码。

    其余均为单字节指令,

    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。

    根据以上要求,设计数据通路图,如图5-1-3所示。

    本实验在前一个实验的基础上增加了三个部件,一是PC (程序计数器),另一个是AR

    (地址寄存器),还有就是MEM (主存)。因而在微指令中应增加相应的控制位,其微指令 格式如表5-1-1所示。

    图5-1-3

    图5-1-3数据通路图

    141312选择00

    14

    13

    12

    选择

    0

    0

    0

    NOP

    0

    0

    1

    LDA

    0

    1

    0

    LDB

    0

    1

    1

    LDR0

    1

    0

    0

    保留

    1

    0

    1

    LOAD

    1

    1

    0

    LDAR

    1

    1

    1

    LDIR

    11

    10

    9

    选择

    0

    0

    0

    NOP

    0

    0

    1

    ALU B

    0

    1

    0

    R0 B

    0

    1

    1

    保留

    1

    0

    0

    保留

    1

    0

    1

    保留

    1

    1

    0

    PC B

    1

    1

    1

    保留

    8

    7

    6

    选择

    0

    0

    0

    NOP

    0

    0

    1

    P<1>

    0

    1

    0

    保留

    0

    1

    1

    保留

    1

    0

    0

    保留

    1

    0

    1

    LDPC

    1

    1

    0

    保留

    1

    1

    1

    保留

    23

    22

    21

    20

    19

    18-15

    14-12

    11-9

    8-6

    5-0

    M23

    M22

    WR

    RD

    IOM

    S3-S0

    A字段

    B字段

    c字段

    MA5-MA0

    A字段B字段C字段

    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<1>测试。指令译码原理见图3-2-3所示,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

    00

    图5-1-4简单模型机微程序流程图

    图5-1-4简单模型机微程序流程图

    当全部微程序设计完毕后,应将每条微指令代码化,表5-1-2即为将图5-1-4的微程序流程

    图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。

    表5-1-2 二进制微代码表

    地址

    十八进制

    咼五位

    S3-S0

    A字段

    B字段

    C字段

    MA5-MA0

    00

    00 00 01

    00000

    0000

    000

    000

    000

    000001

    01

    00 6D 43

    00000

    0000

    110

    110

    101

    000011

    03

    10 7

    展开全文
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    CPU与简单模型机设计实验,(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。

    池州学院数学计算机科学系实验报告

    专业: 计算机科学与技术 班级: 实验课程: 计算机组成原理 姓名: 学号: 实验室: 硬件实验室 同组同学:

    实验时间: 2013年5月29日 指导教师签字: 成绩:

    CPU与简单模型机设计实验

    一 实验目的和要求

    (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。

    二 实验环境

    PC机一台,TD-CMA 实验系统一套

    三 实验步骤及实验记录

    按图连接电路

    1-249-png_6_0_0_148_761_522_280_892.979_1262.879-464-0-70-464.jpg

    2. 写入实验程序,并进行校验,分两种方式,手动写入和联机写入。

    1) 手动写入和校验

    (1) 手动写入微程序

    ① 将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档,KK3置为‘编程’档,

    展开全文
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