计算机组成原理实验报告材料四基本模型机设计与实现

1、计算机组成原理实验报告学院:计算机科学与信息专业:班级:姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称实验四、基本模型机设计与实现实 验 目 的IN RO, SW0000 0000"INPUT DEVICE"理ADD R0,addr0001 0000 xxxxxxxx1. 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机。2. 为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌握整机概念。本次实验将在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成， CPU从内存中取出一条 机器指令到

2、指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成， 即一条机器 指令对应一个微程序。本实验采用五条机器指令：IN （输入）、ADD （二进制加法）、STA （存数）、OUT（输出）、JMP （无条件转移），其指令格式如下（前八位为操作码）：助记符机器指令码说明R0+addr->R0STA addr,R0R0->addrOUT BUS,addrJMP addraddr->BUS addr->PC0010 0000 xxxxxxxx0011 0000 xxxxxxxx0100 0000 xxxxxxxx其中IN为单字节（8位），其余为双字节指令，xxxxxxxx为ad

3、dr对应的二进 制地址码。根据以上要求设计数据通路框图，系统涉及到的微程序流程见下图，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。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前四位（IR7-IR4 ）作为测试条件，出现 5路分支，占用5个固定微地址单元，最多可 出现16路分支。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，实验书P63-64表（一）即为将下图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”。01PC-酒 Rpg十i02BUS 亠 IRi 2UABDFC-SrFC十1| 03KAM-ifilE

4、| 04应血BUSBUS 亠 DURD-DRlSTApcSarPC+11 07RAlS一出 LbBUS丄 AROUT1C->ARFC-bl109IMPJiAM-xBUSBUS*BUS->AR指令划分为操作码和地址码字段,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，强置微控器单元的微地址， 使下一条微指令指向相 应的微程序首地址。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（INPUTDEVICE）；另一种是 LED 块，它作为输出设备（ OUTPUT

5、 DEVICE）。本实验设计机器指令程序如下:地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明00000000 0000IN R0 , SW"INPUT DEVICE"->R000010001 0000ADD R0 , 09HR0+ 09H->R000100000 100100110010 0000STA 0BH,R0R0->0BH01000000 101101010011 0000OUT BUS ,0AH0AH->BUS01100000 101001110100 0000JMP00H00H->PC10000000 000010010101 0101自

6、定101010101010自定1011求和结果1. 将机器程序和其对应的微控制程序写入。2. 记录单步微程序单步机器程序程序运行与暂停三种方式下所得的实验结果,其中“程序运行与暂停”方式，随机取其中5次运行结果进行记录即可。3 根据如下给出的机器指令助记符，结合“实验十基本模型机设计与实现”中的机器程序及微程序的代码，写出与该机器指令助记符相对应的机器程序及微程序的代码，并记录下在“单步机器程序”方式下的运行结果。容助记符号IN R1 , SWSUB R1,09HSTA 0AH,R1说明“INPUT DEVICE ” R1R1-09H R1R1 0AHOUT BUS,OCHOCHBUSJMP

7、OOHOOH PC其中由SW输入R1的值为“ 8F”，O9H单元的值为“ 3O” ,OCH单元的值为“ 22 ”。实 验 环 境DICE-CH2OOO增强型计算机组成原理实验仪一台+排线若干实 验 步 骤1. 将本实验所需连接信号：S3、S2、S1、SO、M，/CN，LOAD，/CE，WE，LDRO，LDDR1，LDDR2，LDIR，LDPC，LDAR，LDCZY，/PC-B，/ALU-B ，/SW-B , LDR1 , LDR2 , /RO-B , /R1-B , /SR-B , CZ , LDARH , A8 , A9 , CS1 IOCS , Gt E6 (J1) , G t EA (J

8、2), Cn+4 Cn+41 , CZ1 CZ2 , CZL CZQ 进行连 接，检查无误后接通电源进入实验。2. 机器程序和其对应的微控制程序的写入1 )用按键输入法手动写入机器程序，即在“P态”按起始地址 00H，然后再按下“主存(ME )”命令键(即程序存储器读写键)，将程序手动写入。2)用“装载” (LOAD )命令键快捷完成，其操作方法是：在闪动的“P.”下，键入数字键“ 1 ”(基本模型机代号)，然后再键入“装载”(LOAD )命令键，实验装置自动装载由数字键定义的基本模型机对应的微控制程序，装载完毕自动返“P.”待令。程序：P00 00机器指令格式说明：P01 10P探探P02

9、09P03 20P04 OBP05 30P06 0AP07 40P08 00P09 55P0A AAM00 00 00 00 80M01 00 60 06 40M02 80 10 08 04M03 80 40 00 20M04 80 08 00 A0M05 00 04 01 60M06 29 82 02 80M07 80 40 00 10M08 80 01 01 80M09 80 40 00 50M0A 80 00 00 80M0B C0 20 00 80M0C 08 00 07 B0M20 00 02 04 80M21 00 60 06 C0M22 00 60 06 E0地址机器代码P 探

10、卡机器代码程序地址机器指令M探 地址微指令代码M探'32位微控制代码k微程序地址（偏移地址） 微指令M23 00 60 06 90M24 00 60 06 DO注意：控存实际地址=段地址+偏移地址，四个控存的段地址为00, 40H , 80H ,C0H，这在键盘输入微程序时要注意控存实际地址计算。SW输入值为F0，0B单元存储内容为FF。 单步微程序键入数字键00 （ PC地址从00H开始），然后每按动一次“单步”（STEP）命令键,运行一条微指令。其运行结果见实验结果部分。 单步机器程序键入数字键00H （ PC地址），然后每按动一次“宏单”（SCAL ）命令键，运行 条机器指令。其

11、运行结果见实验结果部分。 程序运行与暂停键入数字键00H （ PC地址），然后按动“运行”（EXEC）命令键使模型机进入实时运行状态；在实时运行状态按动“PAUSE ”键（暂停键）执行暂停命令，使模型机 进入停机状态。其运行结果见实验结果部分。4 .根据如下给出的机器指令助记符，写出与该机器指令助记符相对应的机器程序及微 程序的代码，并记录下在“单步机器程序”方式下的运行结果。说明助记符号IN R1 , SW“INPUT DEVICE ” R1SUB R1,09HR1-09H R1STA OAH,R1R1 0AHOUT BUS,OCH0CH BUSJMP 00H00H PC其中由SW输入R1的

12、值为“ 8F”，09H单元的值为“ 30” ,0CH单元的值为“ 22 ”。下“主存（ME ） ”1）用按键输入法手动写入机器程序，即在“P态”按起始地址 00H，然后再按命令键（即程序存储器读写键），将程序手动写入。程序如下:P00 00机器指令格式说明:P01 10P04OA地址机器代码P060CP0740即应吧原先存在 机器中的微程序进程序地址手动修改。机器指令操作类似。M00 00 00 00 80M01 00 60 06 40M02 80 10 08 04M03 80 40 00 20M04 80 08 00 A02 ）用按键输入法手动写入微程序。以下以向C0H单元输入数据80H为例

13、，其它M探地址微指令代码M 探 探32位微控制代码 微程序地址（偏移地址）微指令修改后的微程序为：M2000001480M0500041160M0606801280M0880010580M00042160M06161880M0BC02000805.运行程序单步机器程序运行：键入数字键OOH （ PC地址），然后每按动一次“宏单”（SCAL ）命令键，运行一条机器指令。其运行结果见实验结果部分。1.原实验代码单步微程序运行结果：（填入具体实验结果）iiA （微地址）PC地址存储器地址当前总线内容01000AFF0201000120010000010100000202010221020110实03

14、03020304030955验05030955结060309FF果0103095502040304220403200105040508050600010506FF0206050623060530090706070A070AAA01070AAA02080708240807400B0908090100080002010001200100002.原实验代码机器程序运行结果:3 （微地址）PC地址存储器地址当前总线内容02010001060309FF2204032009070607010008003. 原实验代码“程序运行与暂停”方式运行结果：（随机五条）4. 修改要求后实验代码机器程序运行结果：iiA （微地址）PC地址存储器地址当前总线内容01010001010359060105065601070AAA01000800iiA （微地址）PC地址存储器地址当前总线内容0101008F020201020705048F0105062201000800系统在全速运行状态下按单步，宏单步命令下，所显示格式是：最左边一、二位实