计算机组成原理实验报告四基本模型机设计和实现.doc

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计算机组成原理试验汇报学院:计算机科学和信息专业：班级：姓名学号试验组试验时间指导老师成绩试验项目名称试验四、基础模型机设计和实现试验目标 1. 在掌握部件单元电路试验基础上，深入将其组成系统地结构一台基础模型计算机。 2. 为其定义五条机器指令，并编写对应微程序，上机调试掌握整机概念。试验原理此次试验将在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令功效。这里，计算机数据通路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指令实施结束一个指令周期全部由微指令组成序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本试验采取五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式以下（前八位为操作码）：助记符机器指令码说明 IN R0，SW 0000 0000 "INPUT DEVICE" ADD R0,addr 0001 0000×××××××× R0+[addr]-->R0 STA addr,R0 0010 0000×××××××× R0-->[addr] OUT BUS,addr 0011 0000×××××××× [addr]-->BUS JMP addr 0100 0000×××××××× addr-->PC 其中IN为单字节（8位），其它为双字节指令，××××××××为addr对应二进制地址码。依据以上要求设计数据通路框图，系统包含到微程序步骤见下图，当确定“取指”微指令时，该微指令判别测试字段为P（1）测试。因为“取指”微指令是全部微程序全部使用公用微指令，所以P（1）测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器前四位（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成后，应将每条微指令代码化，试验书P63-64表（一）即为将下图微程序步骤图按微指令格式转化而成“二进制微代码表”。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数组成，为了实施任何给定指令，必需对操作码进行测试P（1），经过节拍脉冲T4控制方便识别所要求操作。“指令译码器”依据指令中操作码译码，强置微控器单元微地址，使下一条微指令指向对应微程序首地址。本系统有两种外部I/O设备，一个是二进制代码开关，它作为输入设备（INPUTDEVICE）；另一个是LED块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。本试验设计机器指令程序以下：地址（二进制）内容（二进制）助记符号说明 0000 0000 0000 IN R0，SW "INPUT DEVICE"-->R0 0001 0001 0000 ADD R0，09H R0+「09H」-->R0 0010 0000 1001 0011 0010 0000 STA 0BH，R0 R0-->「0BH」 0100 0000 1011 0101 0011 0000 OUT BUS ，0AH 「0AH」-->BUS 0110 0000 1010 0111 0100 0000 JMP 00H 00H-->PC 1000 0000 0000 1001 0101 0101 自定 1010 1010 1010 自定 1011 求和结果试验内容 1. 将机器程序和其对应微控制程序写入。 2. 统计①单步微程序②单步机器程序③程序运行和暂停三种方法下所得试验结果，其中“程序运行和暂停”方法，随机取其中5次运行结果进行统计即可。 3．依据以下给出机器指令助记符，结合“试验十基础模型机设计和实现”中机器程序及微程序代码，①写出和该机器指令助记符相对应机器程序及微程序代码，②并统计下在“单步机器程序”方法下运行结果。助记符号说明 IN R1，SW “INPUT DEVICE”àR1 SUB R1,09H R1-[09H]àR1 STA OAH,R1 R1à[0AH] OUT BUS,OCH [0CH]àBUS JMP 00H 00HàPC 其中由SW输入R1值为“8F”，09H单元值为“30”,0CH单元值为“22”。试验环境 DICE-CH增强型计算机组成原理试验仪一台 + 排线若干试验步骤 1. 将本试验所需连接信号：S3、S2、S1、S0、M，/CN，LOAD，/CE，WE，LDR0，LDDR1，LDDR2，LDIR，LDPC，LDAR，LDCZY，/PC-B，/ALU-B，/SW-B，LDR1，LDR2，/R0-B，/R1-B，/SR-B，CZ，LDARH，A8，A9，CS1→IOCS，G→E6（J1），G→EA（J2），Cn+4→Cn+4I，CZ1→CZ2，CZL→CZQ一一进行连接，检验无误后接通电源进入试验。 2. 机器程序和其对应微控制程序写入 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（即程序存放器读写键），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“P.”下，键入数字键“1”（基础模型机代号），然后再键入“装载”（LOAD）命令键，试验装置自动装载由数字键定义基础模型机对应微控制程序，装载完成自动返“P.”待令。程序： P00 00 机器指令格式说明： P01 10 P※※ ※※ P02 09 地址机器代码 P03 20 P ※※ ※※ P04 0B 机器代码 P05 30 程序地址 P06 0A 机器指令 P07 40 P08 00 P09 55 P0A AA M00 00 00 00 80 M※※※※※※※※※※ M01 00 60 06 40 地址微指令代码 M02 80 10 08 04 M ※※ ※※※※※※※※ M03 80 40 00 20 32位微控制代码 M04 80 08 00 A0 微程序地址(偏移地址) M05 00 04 01 60 微指令 M06 29 82 02 80 M07 80 40 00 10 M08 80 01 01 80 M09 80 40 00 50 M0A 80 00 00 80 M0B C0 20 00 80 M0C 08 00 07 B0 M20 00 02 04 80 M21 00 60 06 C0 M22 00 60 06 E0 M23 00 60 06 90 M24 00 60 06 D0 注意：控存实际地址＝段地址＋偏移地址，四个控存段地址为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单元存放内容为FF。 3．运行程序 ①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。其运行结果见试验结果部分。 ②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，运行一条机器指令。其运行结果见试验结果部分。 ③程序运行和暂停键入数字键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）实施暂停命令，使模型机进入停机状态。其运行结果见试验结果部分。 4．依据以下给出机器指令助记符，写出和该机器指令助记符相对应机器程序及微程序代码，并统计下在“单步机器程序”方法下运行结果。助记符号说明 IN R1，SW “INPUT DEVICE”àR1 SUB R1,09H R1-[09H]àR1 STA OAH,R1 R1à[0AH] OUT BUS,OCH [0CH]àBUS JMP 00H 00HàPC 其中由SW输入R1值为“8F”，09H单元值为“30”,0CH单元值为“22”。 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（即程序存放器读写键），将程序手动写入。程序以下： P00 00 机器指令格式说明： P01 10 P※※ ※※ P04OA 地址机器代码 P060C P ※※ ※※ P0740 机器代码即应吧原先存在机器中微程序进手动修改。程序地址机器指令 2）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，其它操作类似。 M00 00 00 00 80 M※※※※※※※※※※ M01 00 60 06 40 地址微指令代码 M02 80 10 08 04 M ※※ ※※※※※※※※ M03 80 40 00 20 32位微控制代码 M04 80 08 00 A0 微程序地址(偏移地址) 微指令修改后微程序为：M M M M M00042160 M06161880 M0BC080 5. 运行程序单步机器程序运行：键入数字键00H（PC地址），然后每按动一次“宏单”（SCAL）命令键，运行一条机器指令。其运行结果见试验结果部分。试验结果 1．原试验代码单步微程序运行结果：（填入具体试验结果） μA（微地址） PC地址存放器地址目前总线内容 01 00 0A FF 02 01 00 01 20 01 00 00 01 01 00 00 02 02 01 02 21 02 01 10 03 03 02 03 04 03 09 55 05 03 09 55 06 03 09 FF 01 03 09 55 02 04 03 04 22 04 03 20 01 05 04 05 08 05 06 00 01 05 06 FF 02 06 05 06 23 06 05 30 09 07 06 07 0A 07 0A AA 01 07 0A AA 02 08 07 08 24 08 07 40 0B 09 08 09 01 00 08 00 02 01 00 01 20 01 00 00 2．原试验代码机器程序运行结果： μA（微地址） PC地址存放器地址目前总线内容 02 01 00 01 06 03 09 FF 22 04 03 20 09 07 06 07 01 00 08 00 3．原试验代码“程序运行和暂停”方法运行结果：（随机五条） 4．修改要求后试验代码机器程序运行结果： μA（微地址） PC地址存放器地址目前总线内容 01 01 00 01 01 03 59 06 01 05 06 56 01 07 0A AA 01 00 08 00 μA（微地址） PC地址存放器地址目前总线内容 01 01 00 8F 02 02 01 02 07 05 04 8F 01 05 06 22 01 00 08 00 试验总结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、二位显示下一条微地址；左边第三、四位显示是PC指针指；第五、六位显示存放器地址（地址总线内容）；第七八位显示模型机目前总线内容。在单步及其程序运行后结果中，总共只有五组数据，查表10-1后得出，这五组数据分别对应为程序步骤图中五种操作。如：M表示是ADD操作。而“单步微程序”方法下运行结果，是事先输入机器指令由及其产生相对应微程序。其结果可依据微程序步骤图和微指令表理论推得。指导老师意见署名：年月日

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