計算機組成原理實驗(NEW)

計算機組成原理實驗實驗指導：倪金龍信息樓401Tel：28008271nijl@前言實驗課注意事項一、實驗預習。二、實驗過程，不帶電連線和拆線，真實記錄實驗數(shù)據(jù)。三、實驗完畢后，清理實驗臺。四、實驗報告要求：1.實驗日期，同組者實驗等2.實驗目的3.實驗原理(簡明)4.實驗過程:(1)連線(2)操作過程(條理清晰)(3)實驗數(shù)據(jù)(真實)5.實驗結果和結論6.自己的看法或者疑問前言成績比例及考試方式平時成績50分實驗操作情況30實驗報告20期末考試成績50分實驗理論考試25實驗操作考試25課程性質(zhì)------技術基礎課------專業(yè)基礎課---專業(yè)課

本課程是專業(yè)基礎課，是一門承上啟下的課程。

課程的目的和任務計算機系統(tǒng)：硬件和軟件的綜合體。本課側重點：學習計算機單機系統(tǒng)組成結構；學習各組成部分的工作原理。學習目的：1）建立計算機系統(tǒng)的整機概念，理解軟硬件的關系和邏輯的等價性；2）深入了解計算機各部件的的組成原理、工作機制以及部件之間的相互關系；3）加強硬件分析和設計的基本技能和方法，培養(yǎng)和提高計算思維能力。課程內(nèi)容研究討論單臺計算機的完整硬件系統(tǒng)的基本組成原理與內(nèi)部運行機制。單臺：非多機系統(tǒng)完整：計算機整機、全部的硬件功能部件?；荆翰灰欢ㄊ亲罡咝阅堋⒆詈侠淼慕M成,而是最基礎的必要的組成部分。課程內(nèi)容高級語言`匯編語言`指令代碼`微指令代碼課程內(nèi)容輸入設備輸出設備總線外存設備主存儲器高速緩存控制器運算器輸入輸出接口教學進度安排(正常)周次實驗名稱實驗類型1實驗臺基本操作驗證2算術邏輯運算實驗驗證3進位與判零控制實驗(多位數(shù)運算)驗證4移位控制實驗驗證5存儲器讀寫實驗驗證6脫機方式下微代碼裝入與執(zhí)行實驗設計7簡單模型計算機實驗1設計8簡單模型計算機實驗2設計9帶移位模型計算機實驗1設計10帶移位模型計算機實驗2設計11機器指令設計實驗1設計12機器指令設計實驗2設計教學進度安排(信電)周次實驗名稱實驗類型1實驗臺基本操作驗證2算術邏輯運算實驗驗證3移位控制實驗驗證4存儲器讀寫實驗驗證5簡單模型計算機實驗1設計6簡單模型計算機實驗2設計7機器指令設計實驗1設計8機器指令設計實驗2設計實驗臺基本結構運算器ALUUNIT寄存器REGUNIT報警ALARMUNIT輸入/輸出INPUT/OUTPUTUNIT中斷INTUNIT主存儲器MEMUNIT總線BUSUNIT微程序控制器MAINCONTROLUNIT指令INSUNIT地址ADDRESSUNIT時鐘CLOCKUNIT手動開關控制器MANUALUNIT實驗一：實驗臺基本操作實驗要求:把輸入部件（INPUT）上的數(shù)據(jù)65送到總線(BUS)。INPUTBUS把總線(BUS)上的數(shù)據(jù)送到輸出部件(OUT)。BUSOUT數(shù)據(jù)變換操作（clock單元代替開關）,OUT單元的數(shù)據(jù)隨著INPUT單元的數(shù)據(jù)變化而變化（連續(xù)脈沖？）。實驗二：算術邏輯運算實驗實驗要求：把輸入部件（INPUT）的數(shù)據(jù)送到DA1和DA2INPUTDA1;INPUTDA2將運算器（ALU）運算結果輸出到總線指示燈顯示。填寫P44表2-2ALUBUS。驗證:S3-S0,M,CI=101001 101000 101101 101100四個運算結果數(shù)據(jù)65669A算術邏輯運算實驗BUSDA1(274)DA2(274)運算器(181)運算器(181)鎖存器(245)BUSD7-D0D7-D0D7-D0D7-D4D3-D0D3-D0D7-D4D3-D0D7-D4S3-S0M,CiS3-S0M,CiB-DA1B-DA2ALU-B實驗三：進位與判零控制實驗實驗要求：實驗步驟用時序流程圖表示。給定進位標志CY，判零標志CZ，規(guī)定操作方式。自己取數(shù)據(jù)，填寫P47表2-4。實驗要求：實現(xiàn)3465H和12A7H相加結果保存到兩個通用寄存器中并讀出。實現(xiàn)3465H和12A7H相減結果保存到兩個通用寄存器中并讀出。

微操作 控制信號INPUTDA1

IO-R#,B-DA1INPUTDA2

IO-R#,B-DA2ALU(加)RO

ALU-B#,S3-S0,M,CI=100101,B-R0判斷cyCYCN#或CYNCN#,T4INPUTDA1

IO-R#,B-DA1INPUTDA2

IO-R#,B-DA2ALU(加)

R1

CYCN#,ALU-B#,S3-S0,M,CI=100101,B-R1R1OUT R1-B#,IO-WR0OUT R0-B#,IO-W實驗四：移位控制實驗實驗內(nèi)容：FOH*3/4OUT

實驗步驟

IN(F0H)DA1 IN(F0H)299 299(右移2次)DA2 ALU（減）OUT對應控制信號IO-R#，B-DA1IO-R#，S1,S0=11，T4299-B#，S1,S0=10，T4，T4，B-DA2ALU-B#，S3~S0,M,CI=011000，IO-W我的結果是：10110100實驗五

存儲器實驗實驗內(nèi)容：1、地址分別為01、02的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)相加后，寫入到地址為03的內(nèi)存中。并在OUT單元讀出。2、地址分別為01、02的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)為地址的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)相加后，寫入到地址為03的內(nèi)存中的數(shù)據(jù)為地址的內(nèi)存單元中。并在OUT單元讀出。(地址為40H、80H的內(nèi)存預置數(shù)據(jù)10H、01H)要求：寫出每步微操作，及每步微操作所需控制信號。IN(01)ARMEMDA1IN(02)ARMEMDA2IN(03)ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMR0R0ARMEMDA1IN(02)ARMEMR0R0ARMEMDA2IN(03)ARMEMR0R0ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMDA1IN(02)ARMEMDA2IN(03)ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARMEMR0R0ARMEMDA1IN(02)ARMEMR0MEMDA2IN(03)ARMEMR0R0ARALU(加)MEMMEMOUTIN(01)ARIN(80)MEMIN(02)ARIN(40)MEMIN(03)ARIN(20)MEM……IN(01)ARMEMBUS(讀操作)IN(02)ARMEMBUS(讀操作)IN(03)ARMEMBUS(讀操作)……T1T2T3T4時序信號BTO OTB FUNC FS S3~S0,M,CI N 微代碼指令譯碼器 微代碼指令寄存器17位微代碼控制存儲器地址寄存器7位微代碼控制存儲器128單元×24位機器指令譯碼器微代碼控制存儲器地址緩沖器7位24位微代碼顯示器微地址顯示器微代碼控制存儲器地址寄存器微代碼讀寫控制電路24位微代碼開關24位微代碼緩沖器7位微地址開關簡單模型機1、根據(jù)簡單模型機已經(jīng)定義的5條指令，編程實現(xiàn)以下功能： 輸入單元（20H）加上內(nèi)存[20H]，存放到地址為20H的內(nèi)存中，并在OUT顯示。循環(huán)累加。2、在已有的簡單模型機的5條指令的基礎上，再自己定義一條減法指令：SUBROADDR（[ADDR]-R0RO），編程實現(xiàn)以下功能： 內(nèi)存[20H]減去輸入單元（20H），存放到地址為20H的內(nèi)存中，并在OUT顯示。循環(huán)累減。注：[20H]中數(shù)據(jù)預置為80H。軟件下載地址：FTP：///113SUBADDR（[ADDR]-R0RO）

操作碼D4PCARPC+1RAMARRAMDA1DA1-DA2DRDRDA23540414243實驗名稱:帶移位模型機的設計與實現(xiàn)簡單模型機基礎上定義四條指令RR,RL,RRC,RLC操作碼自己定義(書上p89,定義的微地址有沖突)例如RR操作碼為11010100,則入口地址為35H.RR(功能：DR循環(huán)右移DR)改變RR指令功能如下之一RRaddr(功能：[addr]循環(huán)右移DR)RRaddr1,addr2(功能：[addr1]循環(huán)右移[addr2])編程序實現(xiàn)輸出指示燈”00000001”(來源于input單元)從左往右或從右往左循環(huán)移動。編程實現(xiàn)輸出指示燈從右往左的燈逐個亮起來。

1，定義指令RR（DR右移DR）指令格式：D4299循環(huán)右移DR299299DR35H40H41HDR-B#，S1,S0=11299-B#，S1,S0,M=100R299-B#，B-DRPCARPC+1RAMIRJ（1）定義指令過程：1、先確定RR的操作碼，如11010100。2、根據(jù)操作碼，可知微指令入口地址為35H（參考J(1)散轉規(guī)則）。3、畫微操作流程圖（如左圖）。4、將微操作轉化為微指令寫入微存儲器思考：再定義一條乘5指令：Five（功能：DR*5DR）編程序實現(xiàn)輸出指示燈”00000001”(來源于input單元)循環(huán)乘5輸出。

PCARPC+1RAMIRJ（1）DRDA1DR299299循環(huán)左移36H40H41HFIVE指令格式：D8功能：DR*5DRFIVEADDR指令格式：D8addr功能：[addr]*5DR299循環(huán)左移299DA2DA1+DA2DRRAMDA1RAM299299循環(huán)左移299循環(huán)左移299DA2DA1+DA2DRPCAR,PC=PC+1RAMAR36H程序指令程序助記符：INdr(INDR)

P1:RRdr(DR右DR)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP1(PC=P1)地址內(nèi)容00C0010002D403C8042005CC0620070008D00902RAM:機器指令設計實驗在簡單模型機定義的五條指令（IN,ADD,STA,OUT,JMP）的基礎之上，自己設計以下指令：

SUBdr,addr ([addr]-drdr) ADDCdr,addr ([addr]+dr+cydr)

JMPCaddr (若cy=1，addrpc) INCdr (dr+1dr) LDAdr,addr ([addr]dr)運用以上定義的指令，編寫指令程序實現(xiàn)以下功能：地址為20H的內(nèi)存單元中的數(shù)據(jù)（初始值為0），加上開關中的一個數(shù)據(jù)（50H）,存放到20H內(nèi)存單元，并輸出到OUT單元顯示，并循環(huán)累加，當數(shù)據(jù)即將溢出時，轉做減法操作，當減到即將溢出時，又做加法操作，如此循環(huán)。指令程序：P1:INdr(INDR)ADDdr20([20]+DRDR)JMPCP2(若cy=1,PC=P2)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP1(PC=P1)P2:INdr(INDR)SUBdr20([20]-DRDR)JMPCP1(若cy=1,PC=P1)STAdr20(DR[20])OUT20([20]OUT)JMPP2(PC=P2)PCARPC+1RAMIRJ（1）PCAR,PC=PC+1RAMDA1J(4)37CY=1DA1PC0101414045CY=04547JMPC(DC)SUB(D4)PCAR