计算机组成原理大型实验任务书.docx
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计算机组成原理大型实验任务书
计算机组成原理大型实验任务书
一、实验目的:
(1)通过微程序的编制、装入、执行,验证微程序控制器控制的工作方法。
观察微程序的运行过程,为进行简单模型计算机实验做准备。
(2)通过实验分析简单模型机结构,了解计算机工作原理。
掌握计算机微程序控制器的控制方法,掌握计算机指令执行过程。
(3)深入了解计算机各种指令的执行过程,以及控制器的组成,指令系统微程序设计的具体知识,通过在简单模型计算机基础上设计新的5条机器指令,以提高学生对计算机机器指令理解,锻炼学生自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
二、实验说明:
(答辩问题)
要进行这项大型实验,必须清楚地懂得:
(1)模型机的功能部件及其连接关系;
(2)模型机每个功能部件的功能与具体组成;
(3)模型机支持的指令格式;
(4)模型机的微指令格式;
(5)已实现的典型指令的执行实例,即相应的微指令与其执行次序的安排与衔接;
三、实验内容:
(1)认真复习并整理脱机方式下微代码装入与执行实验相关内容。
(2)认真复习并整理完成简单模型计算机实验相关内容,并用仿真软件完成该实验。
(3)完成新机器指令设计实验(重点)。
一、设计目的:
(1)通过微程序的编制、装入、执行,验证微程序控制器控制的工作方法。
观察微程序的运行过程,为进行简单模型计算机实验做准备。
(2)通过实验分析简单模型机结构,了解计算机工作原理。
掌握计算机微程序控制器的控制方法,掌握计算机指令执行过程。
(3)深入了解计算机各种指令的执行过程,以及控制器的组成,指令系统微程序设计的具体知识,通过在简单模型计算机基础上设计新的5条机器指令,以提高学生对计算机机器指令理解,锻炼学生自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
二、实验内容和与之相关的逻辑结构分析图
1、认真复习并整理脱机方式下微代码装入与执行实验相关内容。
2、认真复习并整理完成简单模型计算机实验相关内容,并用仿真软件完成该实验。
3.程序流程图如下:
三、微程序设计
指令格式如下:
M23M22M21
M20M19M18
M17M16M15
M14
M13
M12
Mll
M10
M9
M8
M7
M6M5M4M3M2M1M0
BTO(3)
OTB(3)
FUNC(3)
FS
S3
S2
Sl
S0
M
Ci
空
MA6--MA0(7)
字段排列及编码
指令字段编码表:
编码十译码
BTO
OTB
FS=1
FS=0
FUNC
FUNC
000
PC+1(t4)
001
B—DAl(t4)
ALU-B#
Jl#
M-W#(t3)
010
B—DA2(t4)
299一B#
J2#
M-R#
011
B—IR(t3)
SR—B#
J3#
I/O—W#(t3)
100
B—DR(t4)
DR—B#
J4#
I/O--R#
101
B—SP(t4)
SI—B#
J5#
INT—R#
110
B—AR(t3)
SP—B#
CyCn#
INT-E#(t3)
111
B—PC#
PC—B#
CyNCn#
微
BTO功能段译码表
BTO
微码段
功能译码结果
说明:
DAl:
运算器第一数据寄存器
DA2:
运算器第二数据寄存器
IR:
指令寄存器
DR:
R0--R3通用寄存器
SP:
堆栈寄存器
AR:
地址寄存器
PC:
指令地址寄存器
000
001
BUS>DA1#(t4)
010
BUS>DA2#(T4)
011
BUS>IR#(T3)
100
BUS>DR#(T4)
101
BUS>SP#(T4)
110
BUS>AR#(T3)
111
BUS>PC#
OTB功能段译码表
OTB
微码段
功能译码结果
说明:
SR:
源寄存器
SI:
变址寄存器
000
001
ALU>BUB#
010
299>BUS#
011
SR>BUS#
100
DR>BUS#
101
SI>BUS#
110
SP>BUS#
111
PC>BUS#
FUNC、FS功能段译码表
FUNC
微码段
译码结果
FS=1
FS=0
000
PC+1(T4)
001
J
(1)
M—W#(T3)
0l0
J
(2)
M—R#(T2)
011
J(3)
I/O—W#(T3)
10()
j(4)
I/O—R#(T2)
101
J(5)
INT—R#(T2)
110
CyCn#
INT—E#(T3)
111
CyNCn#
四、微代码设计
(1)无错位减
微指令流程
BTO
OTB
FUNC
Fs
S3—S0,M,Ci
N
NEXT
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1000000
RAM->IR
011
000
010
0
000000
0
1000001
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1000010
RAM->AR
100
000
010
0
000000
0
1000011
RAM->DA1
001
100
000
0
000000
0
1000100
DR->DA2
010
100
000
0
000000
0
1000101
DA1-DA2->DR
100
001
000
0
011000
0
0000001
(2)带进位加
微指令流程
BTO
OTB
FUNC
Fs
S3—S0,M,Ci
N
NEXT
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1000110
RAM->IR
011
000
010
0
000000
0
1000111
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1001000
RAM->AR
100
000
010
0
000000
0
1001001
RAM->DA1
001
100
000
0
000000
0
1001010
DR->DA2
010
100
000
0
000000
0
1001011
DA1+DA2+Cy->DR
100
001
110
1
100101
0
0000001
(3)C条件转移
微指令流程
BTO
OTB
FUNC
Fs
S3—S0,M,Ci
N
NEXT
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1001100
RAM->IR
011
000
010
0
000000
0
1001101
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1001110
RAM->AR
100
000
010
0
000000
0
1001111
RAM->DA1
001
100
000
0
000000
0
1010000
J4(若Cy=1)DA1->PC
111
000
100
1
000001
0
0000001
(4)寄存器内容+1
微指令流程
BTO
OTB
FUNC
Fs
S3—S0,M,Ci
N
NEXT
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1010001
RAM->IR
011
000
010
0
000000
0
1010010
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
0
1010011
DR->DA1
001
100
000
0
000000
0
1010100
DA1+1->DR
100
001
111
1
000000
0000001
(5)存储器内容送通用寄存器
微指令流程
BTO
OTB
FUNC
Fs
S3—S0,M,Ci
N
NEXT
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
110
1010101
RAM->IR
011
000
010
0
000000
011
1010110
PC->AR,PC+1->PC
110
111
000
1
000000
110
1010111
RAM->AR
100
000
010
0
000000
100
1011000
RAM->DA1
001
100
000
0
000000
001
1011001
DA1->DR
100
000
000
0
000000
000
0000001
主存储器地址
机器指令码
助记符
机器指令功能
00H
C0
IN,R0,[PORTAR]
端口地址PORTAR=00H
IN-->R0(输入)
01H
00
02H
C8
STA,R0,[40H]
直接地址=40H
R0-->40H(数据传送)
03H
40
04H
C1
IN,R1,[PORTAR]
端口地址PORTAR=00H
IN-->R1(输入)
05H
00
06H
D9
ADDCDR,[ADDR]
端口地址ADDR=35H
DA1+DA2-->DR,CyCn
(带进位加)
07H
40
08H
C9
STA,R1,[40H]
直接地址=40H
R1-->40H(数据传送)
09H
40
0AH
DC
JMPC,[0EH]
直接地址=0EH
DA1-->PC(J4散转)
0BH
0E
0CH
D0
JMP04H
直接地址=04H
04H-->PC(转移)
0DH
04
0EH
C2
IN,R2,[PORTAR]
端口地址PORTAR=00H
IN-->R2(输入)
0FH
00
10H
D6
SUBDR,[ADDR]
端口地址ADDR=40H
DA1—DA2-->DR,CyNCn
(无借位减)
11H
40
12H
CA
STA,R2,[40H]
直接地址=40H
R2-->40H(数据传送)
13H
40
14H
DC
JMPC,[0EH]
直接地址=04H
DA1-->PC(J4散转)
15H
04
16H
D0
JMP0EH
直接地址=0EH
0EH-->PC(转移)
17H
0E
五、实验结果
六、实验心得总结
通过此次课程设计,我们对这学期计算机组成原理所学有了更深的认识。
我们根据以前实验数据,实现了微程序的编制、装入、执行,并且验证微程序控制器控制的工作方法。
通过实验分析简单模型机结构,了解计算机工作原理。
在实验中我们明了了计算机各种指令的执行过程,以及控制器的组成,指令系统微程序设计,通过在简单模型计算机基础上设计新的5条机器指令,提高本身对计算机机器指令理解,锻炼了自己动手设计模型计算机机器指令的能力。
评分表
到课率
设计能力
实验报告
总成绩
教师签名:
指导教师:
李俊松、张芳2011年12月19日
- 配套讲稿:
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