2024年計算機組織與體系結(jié)構(gòu)實驗探索

《計算機組織與體系構(gòu)造》

試驗匯報

團目錄

一基本運算器試驗............................................................2

1、試驗?zāi)康?................................................................

2

2、試驗設(shè)備................................................................2

3、試驗原理................................................................2

4、學(xué)號：XXX試驗

環(huán)姓名：XXX

班級：XXX

指導(dǎo)教師：XXX

時間：2023年01月

中國礦業(yè)大學(xué)計算機學(xué)院

節(jié)3

5、試驗成果.................................................................5

5、試驗體會..................................................................5

二微程序控制試驗.............................................................6

1、試驗?zāi)康?................................................................

6

2、試驗設(shè)備.................................................................6

3、試驗原理.................................................................

6

4、試驗環(huán)節(jié)...............................................................1

2

5、試驗體會.............................................................13

三CPU與簡樸模型機設(shè)計試驗..................................................

13

1、試驗?zāi)咳丈?................................................................13

2、試驗設(shè)備.................................................................1

3

3、試驗原理

13

4、試驗環(huán)節(jié).................................................................18

5、試驗流圖.................................................................21

6、試驗體會..................................................................2

5

試驗一基本運算器試驗

1.試驗?zāi)康?/p>

(1)理解運算器的構(gòu)成構(gòu)造。

(2)掌握運算器的工作原理。

2.試驗設(shè)備

PC機一臺，TD-CMA試驗系統(tǒng)一套。

3.試驗原理

本試驗的原理如下圖所示:

運算器內(nèi)部具有三個獨立運算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移位運算部件，要處理的數(shù)據(jù)

存于暫存器A和暫存器B,三個部件同步接受來自A和BH勺數(shù)據(jù)（有些處理器體系構(gòu)造把移位運

算器放于算術(shù)和邏輯運算部件之前，如ARM）,各部件對操作數(shù)進行何種運算由控制信號S3…

SO和CN來決定，任何時候、多路選擇開關(guān)只選擇三部件中一種部件的成果作為ALUI1勺輸出。

假如是影響進位的運算，還將置進位標(biāo)志FC,在運算成果輸出前，置ALU零標(biāo)志。ALI中所

有模塊集成在一片F(xiàn)PGA中，

邏輯運算部件由邏輯門構(gòu)成，較為簡樸，而背面又有專門歐I算術(shù)運算部件設(shè)計試驗，在

此對這兩個部件不再贅述，移位運算采用的是桶形移位器，一般采用交叉開關(guān)矩陣來實現(xiàn)，

交叉開關(guān)的原理如圖1-1-2所示。圖中顯示的是一種4X4的矩陣（系統(tǒng)中是一種8X8的矩陣）。

每一種輸入都通過開關(guān)與一種輸出相連，把沿對角線H勺開關(guān)導(dǎo)通，就可實現(xiàn)移位功能，即：

（1）對于邏輯左移或邏輯右移功能，將一條對角線H勺開關(guān)導(dǎo)通，這將所有的輸入位與

所使用的輸出分別相連,而沒有同任何輸入相連日勺則輸出連接0。

（2）對于循環(huán)右移功能,右移對角線同互補的左移對角線一起激活。例如,在4位矩陣

中使用'右1'和‘左3'對角線來實現(xiàn)右循環(huán)1位。

（3）對于未連接的輸出位，移位時使用符號擴展或是（）填充，詳細由對應(yīng)H勺指令控制。

使用此外的邏輯進行移位總量譯碼和符號鑒別。

運算類型S3S2SISOCN功能

0000XF=A（直通）

0001XF=B（直通）

邏輯運算0010XF=AB(FZ)

0011XF=A>D(FZ)

0100XF=/A(FZ)

0101XF=A不帶進位循環(huán)右移B（取低3位）位(FZ)

01100F=A邏輯右移一位(FZ)

移位運算1F=A希進位循環(huán)右移一位<FC.FZ)

01110F=A邏輯左移一位(FZ)

1F=A帶進位循環(huán)左移一位(FC.FZ)

1000X置FC=CN(FC)

1001XF=A加B(FC.FZ)

1010XF-A加B加FC<FC.FZ)

1011XF=A減B(FC.FZ)

算術(shù)運算

1100XF=A減1(FC,FZ)

1101XF=A加1(FC.FZ)

1110X（保留）

1111X（保留）

*表中“X”為任意態(tài)，下同

運算器邏輯功能表

4.試驗環(huán)節(jié)

（1）按圖所示連接試驗電路，并檢查無誤。

(2)將時序與操作臺單元的開關(guān)KK2置為‘單拍’檔，開關(guān)KK1、KK3置為‘運行’檔。

(3)打開電源開關(guān)，假如聽到有‘嘀'報警聲，闡明有總線競爭現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉電源，

重新檢查接線，直到錯誤排除。然后按動CON單元的CLR按鈕，將運算器曰勺A、B和FC、F

Z清零。

(4)用輸入開關(guān)向暫存器A置數(shù)。

①撥動CON單元的SD27…SD20數(shù)據(jù)開關(guān),形成二進制數(shù)01100101(或其他數(shù)值)，數(shù)據(jù)

顯示亮為‘1',滅為‘()'。

②置LDA=1,LDB=0,持綾按動時序單元的ST按鈕,產(chǎn)生一種T4上沿，則將二進制數(shù)0110

0101置入暫存器A中，暫存器AU勺值通過ALL單元的A7…A0八位LED燈顯示。

(5)用輸入開關(guān)向暫存器B置數(shù)。

①撥動CON單元的SD27-SD20數(shù)據(jù)開關(guān),形成二進制數(shù)10100111(或其他數(shù)值)。

②置LDA=O,LDB=1,持續(xù)按動時序單元的ST按鈕，產(chǎn)生一種T4上沿，則將二進制數(shù)10100111

置入暫存器B中，暫存器B的值通過ALU單元的口7-D0八位LED燈顯示。

(6)變化運算器的功能設(shè)置.，觀測運算器的輸出。置ALU_B=O、LDA=O、LDB=O,然后

按表1-1-1置S3、S2、SI、SO和Cn依J數(shù)值，并觀測數(shù)據(jù)總線LED顯示燈顯示日勺成果。

如置S3、S2、SI、SO為0010,運算器作邏輯與運算，置S3、S2、S1、S0為1001,

運算器作加法運算。

試驗箱和PC聯(lián)機操作，可通過軟件中的數(shù)據(jù)通路圖來觀測試驗成果,措施是:打開軟件,

選擇聯(lián)機軟件11勺“【試驗】一【運算器試驗T，打開運算器試驗的數(shù)據(jù)通路圖，如圖1-1-6

所示。進行上面U勺手動操作，每按動一次ST按鈕，數(shù)據(jù)通路圖會有數(shù)據(jù)II勺流動，反應(yīng)目前運

算器所做的操作，或在軟件中選擇"調(diào)試】一【單節(jié)拍】”，其作用相稱于將時序單元的狀態(tài)

開關(guān)KK2置為'單拍'檔后按動了一次ST按鈕，數(shù)據(jù)通路圖也會反應(yīng)目前運算器所做口勺操

作。

數(shù)據(jù)通路圖

5.試驗成果

運算類型ABS3S2S1SOCN成果

F=(65)FC=(0)FZ=

65A70000X

(o)

65A70001XF=(A7)FC=(0)FZ=(0)

邏輯成果65A70010XF=(25)FC=(0)FZ=(O)

65A70011XF=(E7)FC=(0)FZ=:0)

F=(9A)FC=(0)FZ=

65A70100X

(o)

65A70101XF=(CA)FC=(0)FZ=(0)

F=(32)FC=(0)

0

65A70110FZ=(0)

移位運算

1F=(B2)FC=(1)FZ=(0)

0F=(CA)FC=(1)FZ=(0)

65A70111

1F=(CA)FC=(O)FZ=(0)

65A71000XF=(65)FC=(1)FZ=(0)

65A71001XF=(OC)FC=(1)FZ=(0}

1010(FC=

XF=(0C)FC=(1)FZ=(O)

0)

65A7

1010(F

算術(shù)運算c=DXF=(0D)FC=(1)FZ=(0)

101

65A7XF=(BE)FC=(O)FZ=(O)

1

65A71100XF=(64)FC=(0)FZ=(0}

65A71101XF=(66)FC=(O)FZ=(0)

6.試驗體會

這個試驗是我們笫一次接觸這個試驗箱，剛開始還是有些陌生，不過好在本次試驗比較

簡樸，在弄懂原理之后根據(jù)試驗連線圖很快的就把線連接好了。

在試驗中，我通過和同學(xué)的探討，弄懂了各個運算的I實現(xiàn)原理和環(huán)節(jié)，懂得每個數(shù)據(jù)的使

用措施。在試驗中還是碰到了某些小問題，那就是帶進位循環(huán)移位和不帶進位循環(huán)移位，通

過和同學(xué)探討還是處理了這一問題。

通過本次試驗過程，我理解了計算機的重要日勺功能就是處理多種算數(shù)和邏輯運算，而這

個功能是由CPU的運算器來完畢。雖然我們計算機組織與體系構(gòu)造這門課已經(jīng)結(jié)束,但這愈

加加深了我對計算機內(nèi)部構(gòu)造歐I理解,對此后H勺學(xué)習(xí)和生活有很大H勺協(xié)助。

試驗二微程序控制器試驗

1、試驗?zāi)康?/p>

(1)掌握微程序控制器日勺構(gòu)成原理。

(2)掌握微程序的編制、寫入，觀測微程序的I運行過程。

2、試驗設(shè)備

PC機一臺,TD-CUA試驗系統(tǒng)一套。

3、試驗原理

微程序控制器的基本任務(wù)是完畢目前指令的翻譯和執(zhí)行，即將目前指令的功能轉(zhuǎn)換成可

以控制的硬件邏輯部件工作的微命令序列，完畢數(shù)據(jù)傳送和多種處理操作。它的執(zhí)行措施就

是將控制各部件動作依J微命令口勺集合進行編碼,即將微命令口勺集合仿照機器指令同樣，用數(shù)

字代碼的形式體現(xiàn),這種體現(xiàn)稱為微指令。這樣就可以用一種微指令序列體現(xiàn)一條機器指令,

這種微指令序列稱為微程序。微程序存儲在一種專用口勺存儲器中，稱為控制存儲器,微程序

控制器原理框圖如圖3-2-1所示。

圖3-2-1微程序控制器組成原理框圖

控制器是嚴格按照系統(tǒng)時序來工作日勺，因而時序控制對丁控制器日勺設(shè)”是非常重要日勺，

從前面的試驗可以很清晰地理解時序電路的工作原理，本試驗所用的時序由時序單元來提供,

分為四拍TS1、TS2、TS3、TS4,,

微程序控制器日勺構(gòu)成見圖3—2-2,其中控制存儲器采用3片2816WETR0M,具有掉電

保護功能，微命令寄存器18位,用兩片8D觸發(fā)器(273)和一片41)(175)觸發(fā)器構(gòu)成.

微地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器(74)構(gòu)成，它們帶有清“0”端和預(yù)置端。

在不鑒別測試"勺狀況下,T2時刻打入微地址寄存器"勺內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時刻

進行測試鑒別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出口勺負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，

完畢地址修改。

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在試驗平臺中設(shè)有一組編程控制開關(guān)KK3、KK4、K：《5（位于時序與操作臺單元），可實

現(xiàn)對存儲器（包括存儲器和控制存儲器）的三種操作：編程、校驗、運行?？紤]到對于存儲

器（包括存儲器和控制存儲器）H勺操作大多集中在一種地址持續(xù)的存儲空間中，試驗平臺提供

了便利的手動操作方式。以向00H單元中寫入332211為例，對于控制存儲器進行編輯口勺

詳細操作環(huán)節(jié)如下：首先將KK1撥至'停止'檔、KK3撥至'編程'檔、KK4撥至'控

存'檔、KK5撥至'置數(shù)'檔，由CON單元的SD05——SD00開關(guān)給出需要編輯的控存單

元首地址（000000）,IN單元開關(guān)給出該控存單元數(shù)據(jù)的低8位（00010001）,持續(xù)兩次

按動時序與操作臺單元的開關(guān)ST(第一次按動后MC單元低8位顯示該單元此前存儲的數(shù)據(jù),

第二次按動后顯示目前改動日勺數(shù)據(jù))，此時MC單元的指示燈MA5一一MAO顯示目前地址(0

00000),M7一一M0顯示目前數(shù)據(jù)(00010001)。然后將KK5撥至，力口1'檔，IN單元

開關(guān)給出該控存單元數(shù)據(jù)的中8位(()01()0()1()),持續(xù)兩次按動開關(guān)ST,完畢對該控存單

元中8位數(shù)據(jù)H勺修改，此時MC單元的指示燈MA5——MA0顯示目前地址(000000),

M15——U8顯示目前數(shù)據(jù)(00100010);再由IN單元開關(guān)給出該控存單元數(shù)據(jù)的高8位

(00110011),持續(xù)兩次按動開關(guān)ST,完畢對該控存單元高8位數(shù)據(jù)的修改此時MC單元的

指示燈MA5——MA0顯示目前地址(000000),M23——M16顯示目前數(shù)據(jù)(001100ll)o

此時被編輯H勺控存單元地址會自動加1(01H)，由IN單元開關(guān)依次給出該控存單元數(shù)據(jù)

的低8位、中8位和高8位配合每次開關(guān)ST的J兩次按動,即可完畢對后續(xù)單元日勺編輯。

編輯完畢后需進行校驗，以保證編輯的對口勺。以校驗00H單元為例，而于控制存儲器進

行校驗的詳細操作環(huán)節(jié)如下：首先將KK1撥至'停止'檔、KK3撥至'校驗'檔、KK4撥

至'控存'檔、KK5撥至'置數(shù)'檔。由C0N單元的JSD05一—SD00開關(guān)給出需要校驗的

控存單元地址(000000),持續(xù)兩次按動開關(guān)ST,MC單元指示燈M7——M0顯示該單元低

8位數(shù)據(jù)(00010001);KK5撥至'加1'檔,再持續(xù)兩次按動開關(guān)ST,MC單元指示燈M

15一一M8顯示該單元中8位數(shù)據(jù)(00100010)；再持續(xù)兩次按動開關(guān)ST.MC單元指示燈

M23一一M16顯示該單元高8位數(shù)據(jù)(00110011).再持續(xù)兩次按動開關(guān)ST,地址加1,M

C單元指示燈M7一—M0顯示()1H單元低8位數(shù)據(jù)。如校驗的微指令出錯，則返回輸入操

作，修改該單元H勺數(shù)據(jù)后再進行校驗，直至確認輸入H勺微代碼所有精確無誤為止，完畢對微

指令的輸入。

位于試驗平臺MC單元左上角一列三個指示燈MC2、UCl、MC0用來指示目前操作的微程

序字段,分別對應(yīng)M23——\116、M15——M8、M7——M0。試驗平臺提供了比較靈活的手動

操作方式,例如在上述操作中在對地址置數(shù)后將開關(guān)KK4撥至，減1'檔，則每次伴隨開關(guān)ST

時兩次撥動操作，字節(jié)數(shù)依次從高8位到低8位遞減，減至低8位后，再按動兩次開關(guān)ST,微

地址會自動減一，繼續(xù)對下一種單元的操作。

微指令字長共24位,控制位次序如表3-2-1:

表3-2-1微指令格式

232221201918-1514-1211-98-65-0

M23M22WRRDI0MS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0

A字段B字段C字段

141312選擇11109選擇876選擇

000NOP000NOP000NOP

001LDA001ALU_B001P<1>

010LDB010ROB010保留

011LDRO011保留011保留

100保留100保留100保留

101保留101保留101保留

110保留110保留110保留

111LDIR111保留111保留

其中MA5…MAO為6位日勺后續(xù)微地址，A、B、C為三個譯碼字段，分別由三個控制位

譯碼出多位。C字段中0<]P<1>為測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及對應(yīng)微代碼進行譯碼，

使微程序轉(zhuǎn)入對應(yīng)時微地址入II,從而實現(xiàn)完畢對指令的識別，并實現(xiàn)微程序口勺分支,本系統(tǒng)

上的指令譯碼原理如圖3-2-3所示，圖中17-12為指令寄存器H勺第7-2位輸出，SE5-SE0

為微控器單元微地址鎖存器的強置端輸出，指令譯碼邏輯在IR單元的INSJ)EC(GAL20V8)

中實現(xiàn)。

本試驗除了用到指令存存器(IR)和通用寄存器R0外，還要用到IN和OUT單元,從微控

器出來的信號中只有10M、WR和RD三個信號，因此對這兩個單元的讀寫信號還應(yīng)先通過譯

碼,其譯碼原理如圖3-2-4所示。IR單元的原理圖如圖3-2-5所示,R0單元原理如圖3-

2-7所示，IN單元的原理務(wù)見圖2-1-3所示,OUT單元II勺原理圖見圖3-2-6所示。

SEI

指令譯碼原理圖

圖3-2-4讀寫控制邏輯圖3-2-5IR單元原理圖

ROB

LDRO

T4

圖3-2-6OUT單元原理圖圖3-2-7R0原理圖

本試驗安排了四條機器指令，分別為ADD(00000000).IN(00100000).OUT(0011

0000)和IILT(01010000),括號中為各指令的二進制代碼，指令格式如下:

助記符機器指令碼說明

IN00100000IN-R0

ADD00000000RO+RO3RO

OUT00110000ROfOUT

HLT01010000停機

試驗中機器指令由CON單元的二進制開關(guān)手動給出，其他單元的控制信號均由微程序

控制器自動產(chǎn)生,為此可以設(shè)計出對應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，見圖3-2-8所示。

幾條機器指令對應(yīng)的參照微程序流程圖如圖3—2—9所示。圖中一種矩形方框體現(xiàn)?

條微令,方框中的內(nèi)容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角日勺數(shù)字是該條指令的微地址，右下角日勺

數(shù)字是該條指令日勺后續(xù)微地址，所有微地址均用16進制體現(xiàn)。向下H勺箭頭指出了下一條要

執(zhí)行的指令。P<1>為測試字,根據(jù)條件使微程序產(chǎn)生分支。

圖3-2-8數(shù)據(jù)通路圖

00

圖3-2-9微程序流程圖

將所有微程序按微指令格式變成二進制微代碼,可得到表3-2-2的二進制代碼表。

表3-2-2二進制微代碼表

地址十六進制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0

00000001000000000000000000000001

01007070000000000111000001110000

04002405000000000010010000000101

0504B201000001001011001000000001

30001404000000000001010000000100

32183001000110000011000000000001

33280401001010000000010000000001

35000035000000000000000000110101

4、試驗環(huán)節(jié)

1.按圖3-2—10所示連接試驗線路，仔細查線無誤后接通電源。假如有‘滴'報警

聲，闡明總線有競爭現(xiàn)象應(yīng)關(guān)閉電源,檢查接線,直到錯誤排除。

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圖3-2TO實驗接線圖

2.對微控器進行讀寫操作，手動讀寫。

(1)手動對微控器進行編程(寫)

①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止'檔，KK3置為'編程'檔,KK4置為‘控存'

檔，KK5置為'置數(shù)'檔。

②使用CON單元的S1)05——SD00給出微地址，IN單元給出低8位應(yīng)寫入H勺數(shù)據(jù)，持續(xù)兩

次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元H勺低8位。

③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為'加1'檔。

?IN單元給出中8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù)，持續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,將IN單元日勺數(shù)

據(jù)寫到該單元H勺中8位。IN單元給出高8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),持續(xù)兩次按動時序與操作臺H勺開關(guān)

ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的高8位。

⑤反復(fù)①、②、③、④四步，將表3-2-2的微代碼寫入2816芯片中。

（2）手動對微控器進行校檢（讀）

①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為‘停止'檔，KK3置為'校驗'檔,KK4置為'控

存'檔，KK5置為'置數(shù)'檔。

②使用CON單元的SD05——SD00給出微地址，持續(xù)兩次按動時序與操作臺口勺開關(guān)ST,

UC單元的指數(shù)據(jù)指示燈M7一一M0顯示該單元的低8位。

③將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為'加檔。

?持續(xù)兩次按動時序與慢作臺R勺開關(guān)ST,MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈\I15—-M8顯示該單

元的中8位，MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈M23——M16顯示該單元H勺高8位。

⑤反復(fù)①、②、③、④四步，完畢對微代碼H勺校驗。假如校驗出微代碼寫入錯誤，重新寫

入、校驗，直至確認微指令H勺輸入無誤為止。

3.運行微程序

①將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1、KK3置為'運行'檔，按動CON單元的CLR按鈕，將微

地址寄存器WAR）清零，同步也將指令寄存器（IR）、ALU單元的暫存器A和暫存器B清零。

②將時序與操作臺單元的開關(guān)KK2置為‘單拍'檔，然后按動ST按鈕，體會系統(tǒng)在Tl、T

2、T3、T4節(jié)拍中各做的工作。T2節(jié)拍微控器將后續(xù)微地址（下條執(zhí)行的微指令日勺地址）

打入微地址寄存器，目前微指令打入微指令寄存器，并產(chǎn)生執(zhí)行部件對應(yīng)的控制信號；T3、

T4節(jié)拍根據(jù)T2節(jié)拍產(chǎn)生的控制信號做出對應(yīng)的執(zhí)行動作，假如測試位有效，還要根據(jù)機器指

令及目前微地址寄存器中的內(nèi)容進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入對應(yīng)的微地址入口，實現(xiàn)微程序H勺

分支。

③按動CON單元的CLR按鈕，清微地址寄存器（UAR）等，并將時序與單元H勺開關(guān)KK2置為

‘單步’檔。

@置IN單元數(shù)據(jù)為00100D11,按動ST按鈕，當(dāng)MC單元后續(xù)微地址顯示為000001時，在C

ON單元的SD27…SD20模擬給出IN指令00100000并繼續(xù)單步執(zhí)行，當(dāng)MC單元后續(xù)微地址顯

示為000001時，闡明目前指令已執(zhí)行完;在CON單元日勺SD27…SD20給出ADD指令0000000

0,該指令將會在下個T3被打入指令寄存器（IR）,它將R0中日勺數(shù)據(jù)和其自身相加后送R0;

接下來在CON單元日勺SD27-SD20給出OUT指令00110000并繼續(xù)單步執(zhí)行，在UC單元后續(xù)

微地址顯示為000001時,觀查OUT單元口勺顯示值與否為01000110。

5、試驗體會

在試驗開始的時候老師就給我們說這個試驗比較發(fā)雜，讓我們在做的時候耐心點,當(dāng)時

還沒怎么有感覺，在讀原理的時候也沒怎么發(fā)現(xiàn)復(fù)雜。在做手動讀寫的時候沒怎么發(fā)現(xiàn)難，

順利時將一種數(shù)謝了進去，也讀了出來，在運行微程序的時候困難來了，這才發(fā)現(xiàn)本來對試

驗原理的理解并不透徹。之后又把試驗原理好好看了一遍。后來老師在一種同學(xué)的機器上給

我們演示了一下，深入11勺給我們講解了一遍,我發(fā)現(xiàn)我理解U勺并不透徹,在老師演示后再次自

己驗證，終于在五點多的時候成功了。

通過試驗我懂得了我對微程序控制器歐I理解還不透徹，尚有諸多欠缺,能在試驗中發(fā)現(xiàn)

這一點我很欣慰，要是在考試是才發(fā)現(xiàn)自己對微程序控制器的理解不深刻恐怕一切都晚了。

試驗三CPU與簡樸模型機設(shè)計試驗

1、試驗?zāi)康?/p>

（1）掌握一種簡樸CPU的構(gòu)成原理。

（2）在掌握部件單元電路H勺基礎(chǔ)上，深入將其構(gòu)造一臺基本模型計算機。

（3）為其定義五條機器指令，編寫對應(yīng)的微程序，并上機調(diào)減掌握整機概念.

2、試驗設(shè)備

PC機一臺,TD-CMA試驗系統(tǒng)一套。

3、試驗原理

本試驗要實現(xiàn)一種簡樸口勺CPU,并且在此CPU的基礎(chǔ)上，繼續(xù)構(gòu)建一種簡樸的模

型計算機。CPU由運算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（RO）,指令寄存器1IR）、

程序計數(shù)器（PC）和地址寄存器（AR）構(gòu)成，如圖5-1-1所示。這個CPU在寫入對應(yīng)

的微指令后，就具有了執(zhí)行機器指令的功能,不過機器指令般寄存在主存當(dāng)中，CPU必須

和主存掛接后，才有實際U勺意義，因此還需要在該CPU的基礎(chǔ)上增長一種主存和基本U勺

輸入輸出部件，以構(gòu)成一種簡樸的模型計算機。

AR

圖5-1-1基本CPU構(gòu)成原理圖

除了程序計數(shù)器(PC),其他部件在前面H勺試驗中都已用至ij,在此不再討論。系統(tǒng)H勺程序計

數(shù)器(PC)和地址寄存器(AR)集成在一片F(xiàn)PGA芯片中.CLR連接至CON單元的

總清端CLR,按下CLR按鈕，將使PC清零,LDPC和T3相與后作為計數(shù)器的計數(shù)時鐘,

當(dāng)LOAD為低時，計數(shù)時鐘到來后將CPU內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)打入PC。

LDPC

T3

CLR

LOAD

圖5-1-2程序計數(shù)器（PC）原理圖

本模型機和前面微程序控制淵試驗相比,新增長一條跳轉(zhuǎn)指令JMP,共有五條指令:IN

（輸入）、ADD（二進制加法）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），HLT（停機），其指令格式

如下（高4位為操作碼）：

助記符機器指令碼說明

IN00100000IN->RO

ADD00000000RO+R0TR0

OUT00110000R0-?OUT

JMPaddr11100000********addr->I，

HLT01010000停機

其中JMP為雙字節(jié)指令，其他均為單字節(jié)指令,********為addr對應(yīng)的I二進制地

址碼。微程序控制器試驗的指令是通過手動給出的，目前規(guī)定CPU自動從存儲器讀取指

令并執(zhí)行。根據(jù)以上規(guī)定，設(shè)計數(shù)據(jù)通路圖，如圖5-1-3所示。

本試驗在前一種試驗的基礎(chǔ)上增長了三個部件，一是PC（程序計數(shù)器），另一種是AR（地

址寄存器），尚有就是MEM（主存）。因而在微指令中應(yīng)增長對應(yīng)艮|控制位，其微指令格式如

表5-1-1所示。

圖5-1-3數(shù)據(jù)通路圖

表5-1-1微指令格式

232221201918-1514-1211-98-65-0

M23M22RDI0MS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0

A字段B字段C字段

141312選擇11109選擇876選擇

000NOP000NOP000NOP

001LDA001ALU_B001P<1>

010LDB010RO_B010保留

保而

011LDRO011011保留

100保留100保留100保留

101LOAD101保留101LDPC

110LDAR110PC_B110保留

保向

111LDIR111111保留

系統(tǒng)波及到H勺微程序流程見圖5-1-4所示,當(dāng)確定“取指”微指令時，該微指令的鑒別

測試字段為P<1>測試。指令譯碼原理見圖3-2-3所示，目于“取指”微指令是所有微程序都

使用日勺公用微指令，因此P<1>口勺測試成果出現(xiàn)多路分支。本機用指令寄存器的J高6位（I

R7-1R2）作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元,剩余的其他地方就可

以一條微指令占用控存一種微地址單元隨意填寫，微程序流程圖上日勺單元地址16進制。

()0

圖5-1-4簡單模型機微程序流程圖

當(dāng)所有微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表5—1?2即為將圖5-1-4的微

程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進制微代碼表，

表5-1-2二進制微代碼表

地址十六進制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA0

00000001000000000000000000000001

01006D43000000000110110101000011

03107070000100000111000001110000

04002405000000000010010000000101

0504B201000001001011001000000001

1D105141000100000101000101000001

30001404000000000001010000000100

32183001000110000011000000000001

33280401001010000000010000000001

35000035000000000000000000110101

3C006D5D00000000011011