計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)-基本模型機(jī).ppt

1、2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,1,計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn)課件,教師：武俊鵬 程旭輝 孫建國 付小晶 單位：計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,圖1 計(jì)算機(jī)組成,機(jī)器語言程序 01010110 10101011 11000100 10101011 ,匯編語言程序 ADD MOV JMP ,高級(jí)語言程序 1+1=？ while ,編譯,編譯,計(jì)算機(jī)硬件實(shí)驗(yàn),2020/10/11,3,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將單元電路組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī) 定義五條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，上機(jī)調(diào)試，掌握計(jì)算機(jī)整機(jī)概念 通過熟悉較完

2、整的計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，全面了解并掌握微程序控制方式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)方法,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,理論基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)的組成部件 計(jì)算機(jī)的5大部件中，如圖1所示。運(yùn)算器和控制器是信息處理的中心部件，所以它們合稱為“中央處理單元”（CPU：Central Processing Unit）。存儲(chǔ)器、運(yùn)算器和控制器在信息處理操作中起主要作用，是計(jì)算機(jī)硬件的主體部分，通常被稱為“主機(jī)”。而輸入設(shè)備和輸出設(shè)備統(tǒng)稱為“外部設(shè)備”，簡稱為外設(shè)或I/O設(shè)備。,理論基礎(chǔ),圖1 計(jì)算機(jī)的組成部件,輸出設(shè)備,輸入設(shè)備,運(yùn)算器,控制器,存儲(chǔ)器,2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)

3、學(xué)院 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,6,基本模型機(jī)數(shù)據(jù)通路,圖4 基本模型機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖,2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,7,返回,2020/10/11,8,基本模型機(jī)邏輯電路,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,9,基本模型機(jī)邏輯電路,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,10,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),實(shí)驗(yàn)原理（一） 基本模型機(jī)的核心部分就是微處理器。微處理器主要由控制器和運(yùn)算器組成。 控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布

4、命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的操作。 控制器的主要功能有： 1、從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置； 2、對(duì)指令進(jìn)行譯碼，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以啟動(dòng)相應(yīng)的操作； 3、指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入/輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,11,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),實(shí)驗(yàn)原理（二） 相對(duì)控制器而言，運(yùn)算器接受控制器的命令而進(jìn)行動(dòng)作，即運(yùn)算器所進(jìn)行的全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的。 CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期，全部由微指令組成的序列來完成，即一

5、條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,12,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),控制臺(tái)命令設(shè)計(jì) 為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)操作微程序，如表3所示。 （1）存儲(chǔ)器讀操作（KRD）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SWB、SWA為“00”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。 存儲(chǔ)器寫操作（KWE）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)（2）SWB、SWA為“01”時(shí)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。 （3）啟動(dòng)程序（RP）：下載實(shí)驗(yàn)程序后按總清除按鍵（CLR）后，控制臺(tái)SW

6、B、SWA為“11”時(shí)，即可轉(zhuǎn)入到01號(hào)“取址”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。,表3 控制臺(tái)命令,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,13,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),基本模型機(jī)機(jī)器指令設(shè)計(jì) 采用五條機(jī)器指令：IN（輸入）、ADD（二進(jìn)制加法）、STA（存數(shù)）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移），其指令格式如表所示（前4位為操作碼）：其中IN為單字長（8位），其余為雙字長指令，XXXX XXXX 為addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。,2020/10/11,13,圖11 簡單模型機(jī)機(jī)器指令,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,1

7、4,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),微代碼定義,表4 微代碼定義,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,15,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),微程序設(shè)計(jì),圖12 微程序流程圖,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,16,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),二進(jìn)制微代碼設(shè)計(jì),表5 二進(jìn)制微代碼表,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,17,基本模型機(jī)設(shè)計(jì),舉例：ADD指令 1、數(shù)據(jù)通路流程 2、微程序流程 01 PC-AR,PC+1 02 RAM-BUS,BUS-IR 10 P(1)分支測試 11 PC-AR,PC+1 03 RAM-BUS,BUS-AR 04 RAM-BUS,BUS-DR2 05 R0-DR1 06 (DR1)+(DR2)-R0,2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,18,基本模型機(jī)設(shè)計(jì),2020/10/11,19,實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī),程序代碼,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,2020/10/11,哈爾濱工程大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,20,基本模型機(jī)仿真圖（仿