第三章 计算机组成原理实验指导书Word格式.docx
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W与
A+W+C带进位加
A-W-C带进位减
~AA取反
A输出A
四、实验内容及步骤
1.实验连线如表3-2所示。
表3-2运算器实验连线表
连线
信号孔
接入孔
作用
有效电平
J1
J3
将K23-K16接入DBUS[7:
0]
2
K0
运算器功能选择
3
K1
4
K2
5
AEN
K3
选通A
低电平有效
6
WEN
K4
选通W
7
CyIN
K5
运算器进位输入
8
ALUCK
CLOCK
ALU工作脉冲
上升沿打入
2.将55H写入A寄存器
拨设置开关K23-K16,使其为数据55H。
置控制信号为:
按住CLOCK脉冲键,CLOCK由高变低,这是寄存器A的黄色选择指示灯亮,表明选择A寄存器。
放开CLOCK键,CLOCK由低变高,产生一个上升沿,数据55H被写入A寄存器。
3.将33H写入W寄存器
拨设置开关K23-K16,使其为数据33H。
按住CLOCK脉冲键,CLOCK由高变低,这是寄存器W的黄色选择指示灯亮,表明选择W寄存器。
放开CLOCK键,CLOCK由低变高,产生一个上升沿,数据55H被写入W寄存器。
4.置表3-3的控制信号,实验得出结果并验证运算。
表3-3运算器实验结果记录表
结果(直通门D)
运算
验证运算
X
加运算
减运算
或运算
与运算
带进位加运算
带进位减运算
取反运算
输出A
五、实验报告要求
1.完成实验并记载数据。
2.验证运算,此项填写正确或错误。
3.按实验报告上要求,完成实验报告。
六、思考题
运算器如何完成乘除法?
1.掌握静态存储器RAM的工作特性和使用方法。
2.了解存储器读取数据的过程。
存储器实验电路由RAM(6166)和2片74HC145组成,RAM的数据输出通过74HC245与数据总线相连,RAM的地址线与地址总线相连,可选择由PC或MAR提供地址。
RAM的数据输出直接接到指令总线IBUS上,指令总线的数据还可以由1片74HC245提供。
1.实验连线如表3-4所示。
表3-4存储器实验连线表
J2
IREN
K6
IR,uPC写允许
PCOE
PC输出地址
MAROE
MAR输出地址
MAREN
MAR写允许
EMEN
存储器与数据总线相连
EMRD
存储器读允许
EMWR
存储器写允许
9
PCCK
PC工作脉冲
10
MARCK
MAR工作脉冲
11
EMCK
写脉冲
12
IRCK
IR,uPC工作脉冲
2.PC/MAR输出地址选择的控制信号设置如表3-5所示。
表3-5地址选择控制信号表
地址总线
红色地址输出指示灯
PC地址输出指示灯亮
MAR地址输出指示灯亮
地址总线浮空
错误,PC及MAR同时输出
PC及MAR地址输出指示灯亮
3.以下存储器地址由MAR提供,如表3-6、表3-7、表3-8所示。
表3-6存储器EM写实验
操作
K23-K16
地址0写入MAR
00000000
√
数据11H写入EM[0]
00010001
地址1写入MAR
00000001
数据22H写入EM[1]
00100010
表3-7存储器EM读实验
读EM[0]
读EM[1]
表3-8存储器打入IR指令寄存器/uPC实验
读EM[0],写入IR及uPC
读EM[1],写入IR及uPC
1.观察上面实验结果,并验证结果的正确性。
2.按实验报告上要求,完成实验报告。
结合信号的有效电平说明读数据需要按CLOCK这个脉冲?
1.了解运算模块与存储器模块如何连接;
2.了解各寄存器控制信号作用;
3.掌握数据通路实验的设计方法。
数据通路实验是将前面进行过的运算器实验模块和存储器实验模块两部分电路连在一起组成的。
数据通路指CPU中各个寄存器之间信息传递的通路,建立数据通路的方法,例如:
寄存器X输出控制信号有效,寄存器Y输入控制信号有效,就建立了X—>
Y的数据通路。
1.自行设计一个数据通路实验,并且完成。
2.下面给出一个例子。
完成R1+R2=R0的实验。
填写表3-9。
表3-9数据通路实验结果记录表
步骤
K15,K14
K11,K10
K7-K5
K4,K3
K2-K0
12H->
R1
34H->
R2
R1->
A
R2->
W
A+W->
R0
1.自己设计例子或使用上面的例子,写在实验报告上。
说明将运算结果存入寄存器A的方法?
1.了解微程序控制器的组成和工作原理。
2.掌握微程序编制及微指令格式。
微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行,即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件的微命令序列,完成数据传送和各种处理操作。
控制存储器由三片6116组成,在实验仪每次开机时,将固化在8位MCUW78E58B的Flash存储器中的微程序存入6116RAM中。
三片6116输出的24位操作控制信号送入控制芯片。
实验用单步的方式,将微指令一条一条读出。
1.连线及设置。
连接J1—J2;
控制开关拨到微程序控制方向。
2.用实验仪的小键盘完成如表3-10所示的实验代码。
表3-10微程序控制器实验代码表
程序地址
机器码
反汇编指令
指令说明
00
7C12
MOVA,#12
立即数12H送到累加器A
02
70
MOVA,R0
寄存器R0送到累加器A
03
74
MOVA,@R0
R0间址的存储器内容送累加器A
04
7801
MOVA,01
存储器01单元内容送到累加器A
06
C0
IN
端口IN内容输入到累加器
07
C4
OUT
累加器A内容输出到端口OUT
具体步骤:
(1)输入机器码
按TAB键,选择EM
顺序输入机器码:
7C1270747801C0C4
输完机器码后,按RST复位
(2)单步执行微程序
按RST复位键后,PC=0,uPC=0
uM输出24位微程序:
CBFFFF此微指令为取指指令
第一条微指令:
按下(按住不放)CLOCK时钟键,此时:
PC地址输出红灯亮:
表明EM地址由PC提供
EM读红灯亮:
表明EM输出数据
IR打入黄灯:
表明取出的指令将被写入IRuPC
放开CLOCK时钟键,完成一个时钟,此时:
PC值01(时钟上升沿PC+1)
IR值为7C,uPC值为7C(指令码)
uM输出为:
C7FFF7(EM值送A)
(3)重复“按下CLOCK时钟键”和“放开CLOCK时钟键”完成所有的代码,并把相关的数据及功能记录在表3-11中。
表3-11微程序控制器实验结果记录表
微指令
PC
IR
uPC
1.把记录结果,写在实验报告上。
对比微程序控制器和硬布线控制器的不同。
1.在简单的模型机上运行由各类指令组成的简单程序。
2.掌握机器指令与微指令的关系。
CPU组成与指令周期实验是最复杂的一个整机实验,是将微程序控制器模块,运算器模块,存储器模块组合在一起,联成一台简单的计算机。
这次实验,数据通路的控制信号全由微程序控制器自动完成。
1.编写一个小程序段,要求包括输入、输出、算术或逻辑运算、存储器操作和控制转移等五种功能的指令,将程序写入存储器,再在实验箱上运行并观察结果。
2.给出一个例子:
根据X值计算Y,(X值要求由IN端口输入,Y值要求由OUT端口输出),X,Y的函数如下:
Y=
3.COP2000实验仪指令系统见附录1。
1.把各个步骤的观察结果,写在实验报告上。
如何使用COP2000实验仪指令系统完成:
X/16向下取整,再乘以16的运算?
附录COP2000指令和微指令表
表3-12模型机指令表
表3-12模型机指令表(续)
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