计组原理课内实验报告.docx
- 文档编号:5113141
- 上传时间:2022-12-13
- 格式:DOCX
- 页数:22
- 大小:669.70KB
计组原理课内实验报告.docx
《计组原理课内实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计组原理课内实验报告.docx(22页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
计组原理课内实验报告
学生学号
实验课成绩
学生实验报告书
实验课程名称
计算机组成原理实验
开课学院
计算机科学与技术学院
指导教师姓名
学生姓名
学生专业班级
物联网3
2017
--
2018
学年
第
2
学期
实验课程名称:
计算机组成原理实验
实验项目名称
微程序控制器实验
报告成绩
实验者
专业班级
组别
同组者
完成日期
第一部分:
1.实验目的
(1)掌握微程序控制器的组成原理。
(2)掌握微程序的编制、写入,观察微程序的运行过程。
2.实验设备
PC机一台,TD-CMA实验系统一套。
3.实验原理
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工作的微命令序列,完成数据传送和各种处理操作。
它的执行方法就是将
控制各部件动作的微命令的集合进行编码,即将微命令的集合仿照机器指令一样,用数字代码
的形式表示,这种表示称为微指令。
这样就可以用一个微指令序列表示一条机器指令,这种微
指令序列称为微程序。
微程序存储在一种专用的存储器中,称为控制存储器。
微程序控制器的组成见图3-2-2,其中控制存储器采用3片2816的E2PROM,具有掉电保
护功能,微命令寄存器18位,用两片8D触发器(273)和一片4D(175)触发器组成。
微地址寄存器6位,用三片正沿触发的双D触发器(74)组成,它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下,T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。
当T4时刻进行测试判别时,转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态,完成地址修改。
在实验平台中设有一组编程控制开关KK3、KK4、KK5(位于时序与操作台单元),可实现
对存储器(包括存储器和控制存储器)的三种操作:
编程、校验、运行。
考虑到对于存储器(包
括存储器和控制存储器)的操作大多集中在一个地址连续的存储空间中,实验平台提供了便利
的手动操作方式。
以向00H单元中写入332211为例,对于控制存储器进行编辑的具体操作步骤
如下:
首先将KK1拨至‘停止’档、KK3拨至‘编程’档、KK4拨至‘控存’档、KK5拨至‘置数’档,由CON单元的SD05——SD00开关给出需要编辑的控存单元首(000000),
IN单元开关给出该控存单元数据的低8位(00010001)连续两次按动时序与操作台单元的开关,ST(第一次按动后MC单元低8位显示该单元以前存储的数据,第二次按动后显示当前改动的数据),此时MC单元的指示灯MA5——MA0显示当前地址(000000),M7——M0显示当前数据(00010001)然后将KK5拨至。
‘加1’IN单元开关给出该控存单元数据的中8位档,(00100010),连续两次按动开关ST,完成对该控存单元中8位数据的修改,此时MC单元的指示灯MA5—;再由IN单元开关给—MA0显示当前地址(000000),M15——M8显示当前数据(00100010)出该控存单元数据的高8(00110011),连续两次按动开关ST,完成对该控存单元高8位数据的修改此时MC单元的指示灯MA5——MA0显示当前地址(000000),M23——M16显示当前数据(00110011)。
此时被编辑的控存单元地址会自动加1(01H),由IN单元开关依次给出该控存单元数据的低8位、中8位和高8位配合每次开关ST的两次按动,即可完成对后续单元的编辑。
编辑完成后需进行校验,以确保编辑的正确。
以校验00H单元为例,对于控制存储器进行
校验的具体操作步骤如下:
首先将KK1拨至‘停止’档、KK3拨至‘校验’档、KK4拨至‘控存’档、KK5拨至‘置数’档。
由CON单元的SD05——SD00开关给出需要校验的控存单元地址(000000),连续两次按动开关ST,MC单元指示灯M7——M0显示该单元低8位数据(00010001);KK5拨至‘加1’档,再连续两次按动开关ST,MC单元指示灯M15——M8显示该单元中8位数据(00100010);再连续两次按动开关ST,MC单元指示灯M23——M16显示该单元高8位数据(00110011)。
再连续两次按动开关ST,地址加1,MC单元指示灯M7——M0显示01H单元低8位数据。
如校验的微指令出错,则返回输入操作,修改该单元的数据后再进行校验,直至确认输入的微代码全部准确无误为止,完成对微指令的输入。
位于实验平台MC单元左上角一列三个指示灯MC2、MC1、MC0用来指示当前操作的微
程序字段,分别对应M23——M16、M15——M8、M7——M0。
实验平台提供了比较灵活的手动操作方式,比如在上述操作中在对地址置数后将开关KK4拨至‘减1’档,则每次随着开关ST的两次拨动操作,字节数依次从高8位到低8位递减,减至低8位后,再按动两次开关ST,微地址会自动减一,继续对下一个单元的操作。
微指令字长共24位,控制位顺序如表3-2-1:
其中MA5…MA0为6位的后续微地址,A、B、C为三个译码字段,分别由三个控制位译
码出多位。
C字段中的P<1>为测试字位。
其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码,使微程序转入相应的微地址入口,从而实现完成对指令的识别,并实现微程序的分支,本系统上的指令译码原理如图3-2-3所示,图中I7…I2为指令寄存器的第7…2位输出,SE5…SE0为微控器单元微地址锁存器的强置端输出,指令译码逻辑在IR单元的INS_DEC(GAL20V8)中实现。
从图3-2-2中也可以看出,微控器产生的控制信号比表3-2-1中的要多,这是因为实验的不同,所需的控制信号也不一样,本实验只用了部分的控制信号。
本实验除了用到指令寄存器(IR)和通用寄存器R0外,还要用到IN和OUT单元,从微控器出来的信号中只有IOM、WR和RD三个信号,所以对这两个单元的读写信号还应先经过译码,其译码原理如图3-2-4所示。
单元的原理图如图3-2-5所示,单元原理如图3-2-7所示,IRR0IN单元的原理图见图2-1-3所示,OUT单元的原理图见图3-2-6所示。
几条机器指令对应的参考微程序流程图如图3-2-9所示。
图中一个矩形方框表示一条微指令,方框中的内容为该指令执行的微操作,右上角的数字是该条指令的微地址,右下角的数字是该条指令的后续微地址,所有微地址均用16进制表示。
向下的箭头指出了下一条要执行的指令。
P<1>为测试字,根据条件使微程序产生分支。
将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码,可得到表3-2-2的二进制代码表。
第二部分:
实验过程记录(可加页)
1.实验步骤:
1.按图3-2-10所示连接实验线路,仔细查线无误后接通电源。
如果有‘滴’报警声,说明
总线有竞争现象,应关闭电源,检查接线,直到错误排除。
2.对微控器进行读写操作,分两种情况:
手动读写和联机读写。
1)手动读写
(1)手动对微控器进行编程(写)
①将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档,KK3置为‘编程’档,KK4置为‘控存’档,KK5置为‘置数’档。
②使用CON单元的SD05——SD00给出微地址,IN单元给出低8位应写入的数据,连续
两次按动时序与操作台的开关ST,将IN单元的数据写到该单元的低8位。
③将时序与操作台单元的开关KK5置为‘加1’档。
④IN单元给出中8位应写入的数据,连续两次按动时序与操作台的开关ST,IN单元的将数据写到该单元的中8位。
IN单元给出高8位应写入的数据,连续两次按动时序与操作台的开关ST,将IN单元的数据写到该单元的高8位。
⑤重复①、②、③、④四步,将表3-2-2的微代码写入2816芯片中。
(2)手动对微控器进行校验(读)
①将时序与操作台单元的开关KK1置为‘停止’档,KK3置为‘校验’档,KK4置为‘控存’档,KK5置为‘置数’档。
②使用CON单元的SD05——SD00给出微地址,连续两次按动时序与操作台的开关ST,MC单元的指数据指示灯M7——M0显示该单元的低8位。
③将时序与操作台单元的开关KK5置为‘加1’档。
④连续两次按动时序与操作台的开关ST,单元的指数据指示灯M15——M8显示该单MC元的中8位,MC单元的指数据指示灯M23——M16显示该单元的高8位。
⑤重复①、②、③、④四步,完成对微代码的校验。
如果校验出微代码写入错误,重新写
入、校验,直至确认微指令的输入无误为止。
2)联机读写
(1)将微程序写入文件
联机软件提供了微程序下载功能,以代替手动读写微控器,但微程序得以指定的格式写入
到以TXT为后缀的文件中,微程序的格式如下:
如$M1F112233,表示微指令的地址为1FH,微指令值为11H(高)、22H(中)、33H(低),
本次实验的微程序如下,其中分号‘;’为注释符,分号后面的内容在下载时将被忽略掉。
(2)写入微程序
用联机软件的“【转储】—【装载】”功能将该格式(*.TXT)文件装载入实验系统。
装入过
程中,在软件的输出区的‘结果’栏会显示装载信息,如当前正在装载的是机器指令还是微指
令,还剩多少条指令等。
(3)校验微程序
选择联机软件的“【转储】—【刷新指令区】”可以读出下位机所有的机器指令和微指令,
并在指令区显示。
检查微控器相应地址单元的数据是否和表3-2-2中的十六进制数据相同,如果不同,则说明写入操作失败,应重新写入,可以通过联机软件单独修改某个单元的微指令,先用鼠标左键单击指令区的‘微存’TAB按钮,然后再单击需修改单元的数据,此时该单元变为编辑框,输入6位数据并回车,编辑框消失,并以红色显示写入的数据。
3.运行微程序
运行时也分两种情况:
本机运行和联机运行。
1)本机运行
①将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档,按动CON单元的CLR按钮,将微地址寄存器(MAR)清零,同时也将指令寄存器(IR)、ALU单元的暂存器A和暂存器B清零。
②将时序与操作台单元的开关KK2置为‘单拍’档,然后按动ST按钮,体会系统在T1、T2、T3、T4节拍中各做的工作。
T2节拍微控器将后续微地址(下条执行的微指令的地址)打入微地址寄存器,当前微指令打入微指令寄存器,并产生执行部件相应的控制信号;T3、T4节拍根据T2节拍产生的控制信号做出相应的执行动作,如果测试位有效,还要根据机器指令及当前微地址寄存器中的内容进行译码,使微程序转入相应的微地址入口,实现微程序的分支。
③按动CON单元的CLR按钮,清微地址寄存器(MAR)等,并将时序与单元的开关KK2置为‘单步’档。
④置IN单元数据为00100011,按动ST按钮,当MC单元后续微地址显示为000001时,在CON单元的SD27…SD20模拟给出IN指令00100000并继续单步执行,MC单元后续微地当址显示为000001时,说明当前指令已执行完;在CON单元的SD27…SD20给出ADD指令00000000,该指令将会在下个T3被打入指令寄存器(IR),它将R0中的数据和其自身相加后送R0;接下来在CON单元的SD27…SD20给出OUT指令00110000并继续单步执行,在MC单元后续微地址显示为000001时,观查OUT单元的显示值是否为01000110。
2)联机运行
联机运行时,进入软件界面,在菜单上选择【实验】-【微控器实验】,打开本实验的数据通路图,也可以通过工具栏上的下拉框打开数据通路图,数据通路图如图3-2-8所示。
将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档,按动CON单元的总清开关后,
按动软件中单节拍按钮,当后续微地址(通路图中的MAR)为000001时,置CON单元
SD27…SD20,产生相应的机器指令,该指令将会在下个T3被打入指令寄存器(IR),在后面的节拍中将执行这条机器指令。
仔细观察每条机器指令的执行过程,体会后续微地址被强置转换的过程,这是计算机识别和执行指令的根基。
也可以打开微程序流程图,跟踪显示每条机器指令的执行过程。
按本机运行的顺序给出数据和指令,观查最后的运算结果是否正确。
2.实验结果:
实验所得最终结果为46
第三部分结果与讨论(可加页)
一、实验结果分析(包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等)
实验涉及的微控器实验指令文件是多组数字微指令,其功能是输出一个16进制数46。
微程序控制器完成当前指令的翻译和执行,将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列,完成数据传送和各种处理操作。
因此该实验结果为46.
二、小结、建议及体会
通过本次实验,我对微程序控制器的组成原理有了进一步的了解,同时也加深了对对微程序编制、写入、运行过程的理解,同时也增强了自己的动手实践能力.
实验课程名称:
计算机组成原理实验
实验项目名称
系统总线和具有基本输入输出功能的总线接口实验
报告成绩
实验者
专业班级
组别
同组者
完成日期
2018年5月23日
第一部分:
1.实验目的
1.理解总线的概念及其特性。
2.掌握控制总线的功能和应用。
2.实验设备
PC机一台,TD-CMA实验系统一套。
3.实验原理
由于存储器和输入、输出设备最终是要挂接到外部总线上,所以需要外部总线提供数据信
号、地址信号以及控制信号。
在该实验平台中,外部总线分为数据总线、地址总线、和控制总
线,分别为外设提供上述信号。
外部总线和CPU内总线之间通过三态门连接,同时实现了内外总线的分离和对于数据流向的控制。
地址总线可以为外部设备提供地址信号和片选信号。
由地址总线的高位进行译码,系统的I/O地址译码原理见图4-1-1(在地址总线单元)。
由于使用A6、A7进行译码,I/O地址空间被分为四个区,如表4-1-1所示:
为了实现对于MEM和外设的读写操作,还需要一个读写控制逻辑,使得CPU能控制MEM和I/O设备的读写,实验中的读写控制逻辑如图4-1-2所示,由于T3的参与,可以保证写脉宽与T3一致,T3由时序单元的TS3给出(时序单元的介绍见附录2)。
IOM用来选择是对I/O设备还是对MEM进行读写操作,IOM=1时对I/O设备进行读写操作,IOM=0时对MEM进行读写操作。
RD=1时为读,WR=1时为写。
在理解读写控制逻辑的基础上我们设计一个总线传输的实验。
实验所用总线传输实验框图
如图4-1-3所示,它将几种不同的设备挂至总线上,有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。
这些设备都需要有三态输出控制,按照传输要求恰当有序的控制它们,就可实现总线信息传输。
第二部分:
实验过程记录(可加页)(包括实验原始数据记录,实验现象记录,实验过程发现的问题等)
1.实验步骤:
1.读写控制逻辑设计实验。
(1)按照图4-1-4实验接线图进行连线。
(2)具体操作步骤图示如下:
首先将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档,开关KK2置为‘单拍’档,
按动CON单元的总清按钮CLR,并执行下述操作。
①对MEM进行读操作(WR=0,RD=1,IOM=0),此时E0灭,表示存储器读功能信号有效。
②对MEM进行写操作(WR=1,RD=0,IOM=0),连续按动开关ST,观察扩展单元数据指示灯,指示灯显示为T3时刻时,E1灭,表示存储器写功能信号有效。
③对I/O进行读操作(WR=0,RD=1,IOM=1),此时E2灭,表示I/O读功能信号有效。
④对I/O进行写操作(WR=1,RD=0,IOM=1),连续按动开关ST,观察扩展单元数据指示灯,指示灯显示为T3时刻时,E3灭,表示I/O写功能信号有效。
2.基本输入输出功能的总线接口实验。
(1)根据挂在总线上的几个基本部件,设计一个简单的流程:
①输入设备将一个数打入R0寄存器。
②输入设备将另一个数打入地址寄存器。
③将R0寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。
④将当前地址的存储器中的数用LED数码管显示。
(2)按照图4-1-5实验接线图进行连线。
(3)具体操作步骤图示如下:
进入软件界面,选择菜单命令“【实验】—【简单模型机】,打开简单模型机实验数据通路”
图。
将时序与操作台单元的开关KK1、KK3置为‘运行’档,开关KK2置为‘单拍’档,CON
单元所有开关置0(由于总线有总线竞争报警功能,在操作中应当先关闭应关闭的输出开关,再打开应打开的输出开关,否则可能由于总线竞争导致实验出错)按动CON单元的总清按钮,CLR,然后通过运行程序,在数据通路图中观测程序的执行过程。
①输入设备将11H打入R0寄存器。
将IN单元置00010001,K7置为1,关闭R0寄存器的输出;K6置为1,打开R0寄存器的输入;WR、RD、IOM分别置为0、1、1,对IN单元进行读操作;LDAR置为0,不将数据总线的数打入地址寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭(运行
一个机器周期),观察图形界面,在T4时刻完成对寄存器R0的写入操作。
②将R0中的数据11H打入存储器01H单元。
将IN单元置00000001(或其他数值)。
K7置为1,关闭R0寄存器的输出;K6置为0,
关闭R0寄存器的输入;WR、RD、IOM分别置为0、1、1,对IN单元进行读操作;LDAR
置为1,将数据总线的数打入地址寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭,观察图形界面,在T3时刻完成对地址寄存器的写入操作。
先将WR、RD、IOM分别置为1、0、0,对存储器进行写操作;再把K7置为0,打开
R0寄存器的输出;K6置为0,关闭R0寄存器的输入;LDAR置为0,不将数据总线的数
打入地址寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭,观察图形界面,在T3
时刻完成对存储器的写入操作。
③将当前地址的存储器中的数写入到R0寄存器中。
将IN单元置00000001(或其他数值)K7置为1,关闭R0寄存器的输出;K6置为0,关闭R0寄存器的输入;WR、RD、IOM分别置为0、1,IN单元进行读操作;1、对LDAR置为1,不将数据总线的数打入地址寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭,观察图形界面,在T3时刻完成对地址寄存器的写入操作。
将K7置为1,关闭R0寄存器的输出;K6置为1,打开R0寄存器的输入;WR、RD、
IOM分别置为0、1、0,对存储器进行读操作;LDAR置为0,不将数据总线的数打入地址
寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭,观察图形界面,在T3时刻完成
对寄存器R0的写入操作。
注:
由于采用简单模型机的数据通路图,为了不让悬空的信号引脚影响通路图的显示结果,将
这些引脚置为无效。
在接线时为了方便,可将管脚接到CON单元闲置的开关上,若开关打到‘1’,等效于接到‘VCC’;若开关打到‘0’,等效于接到‘GND’。
④将R0寄存器中的数用LED数码管显示。
先将WR、RD、IOM分别置为1、0、1,对OUT单元进行写操作;再将K7置为0,
打开R0寄存器的输出;K6置为0,关闭R0寄存器的输入;LDAR置为0,不将数据总线的数打入地址寄存器。
连续四次点击图形界面上的“单节拍运行”按扭,观察图形界面,在
T3时刻完成对OUT单元的写入操作。
2.实验结果
输入学号最后两位12作为地址,其反码作为数据,所得结果为:
ED
第三部分结果与讨论(可加页)
一、实验结果分析(包括数据处理、实验现象分析、影响因素讨论、综合分析和结论等)
在该试验中,数据地址12通过地址总线输入,数据通过数据总线输入,控制信号通过控制总线输入,经过一系列的流程,得到结果ED。
证明了总线的基本的输入输出功能。
二、小结、建议及体会
通过本次实验,我理解了总线的特性,掌握了控制总线的功能。
总线是计算机中连接各个功能部件的纽带,是计算机各部件之间进行信息传输的公共通路,它总线具有分时和共享两大特征。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 原理 实验 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)