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計算機組成原理

課程設計報告

學院： 計算機學院

專業：計算機科學與技術

目 錄

1．實驗目的 ……………………………………… 3

2．實驗原理電路圖 ……………………………… 3

3．機器指令與微程序 …………………………… 5

4．實驗設備 ……………………………………… 8

5．實驗任務 ……………………………………… 8

6．實驗結果 …………………………………… 10

7．實驗總結 ……………………………………… 11

一、實驗目的

1．掌握時序產生器的組成原理

2．掌握微程序控制器的組成原理

3．掌握微指令格式的化簡和歸并

4．將微程序控制器同執行部件(整個數據通路)聯機，組成一臺計算機

5．用微程序控制器控制模型機的數據通路

6．通過CPU運行九條機器指令(排除有關中斷的指令)組成的簡單程序，掌握機器指令與微指令的關系，牢固建立計算機整機概念

二、實驗原理電路圖

1．時序發生器

TEC-4計算機組成原理實驗的時序電路如圖所示，電路采用2片GAL22V10(U6,U7),可產生兩級等間隔時序新號T1-T4和W1-W4。其中一個W由一輪T1-T4循環組成，相當于一個微指令周期；而一輪W1-W4循環可供硬聯線控制器執行一條機器指令。

-= 時序信號發生器 =-

本次實驗不涉及硬聯線控制器，因此時許產生器中的相關內容也可以根據需要放到硬聯線控制器實驗中進行。

CLR#為復位新號，低電位有效。試驗儀處于任何狀態下令CLR#=0，都會使時序發生器和微程序控制器復位；CLR#=0時，則可以正常運行。

TJ是停機新號，是控制器的輸出新號之一。連續運行時，如果控制信號停機=1，會使機器停機，停止發送時序脈沖,從而暫停程序。QD是啟動脈沖信號。

DP，DZ，DB是來自控制臺的開關信號。DP表示單拍，當DP=1時，每次只執行一條微指令；DZ表示單指，當DZ=1時，每次只執行一條機器指令；當DP，DB，DZ都為0時，機器連續運行。

2．數據通路

微程序控制器是根據數據通路和指令系統來設計的。這里采用的數據通路是在綜合前面各實驗模塊的基礎上，又增加程序計數器PC(U18)、地址加法器ALU2(U17)、地址緩沖寄存器R4(U25/U26)和中斷地址寄存器IAR(U19)，PC和ALU2各采用一片GAL22V10，兩者配合使用，可完成程序地址的儲存、增1和加偏移量的功能。R4由兩片74HC298組成，帶二選一輸入端。IAR是一片74HC734，用于中斷時保存斷點地址。

3．微指令格式與微程序控制器電路

根據給定的12條機器指令功能和數據通路總體圖的控制信號，采用的微指令格式見圖。微指令字長共35位。其中順序控制部分10位后繼微地址6位，判別字段4位，操作控制字段25位，各位進行直接控制。微指令格式中，信號名帶有后綴“#”的信號為低有效信號，不帶有后綴“#”的信號為高有效信號。對應微指令格式，微程序控制器的組成圖控制存儲器采用5片28C64(U8，U，U，U，U12)。微地址寄存器6位，用一片6D觸發器74HC74(U1)組成，帶有清零端。兩級與門或門構成微地址轉移邏輯，用于產生下一微指令的地址。在每個T上升沿時刻，新的微指令地址會打入微地址寄存器中，控制存儲器隨即輸出相應的微命令代碼。微地址轉移邏輯生成下一地址，等下一個T上升沿時打入微地址寄存器。跳轉開關JUMP(J)是一組6個跳線開關。當用短路子將它們連通時，微地址寄存器μAR從本實驗系統提供的微程序地址譯碼電路得到新的微程序地址μDμD5。當被斷開時，用戶提供自已的新微程序地址μDμD5。這樣用戶能夠使用自己設計的微程序地址譯碼電路。5片的地址A6(引腳4)直接與控制臺開關SWC連接，當SWC = 1時，微地址大于或者等于40H，當SWC = 時，微地址SWC主要用于實現讀寄存器堆的功能。

微地址轉移邏輯的多個輸入信號中，INTQ是中斷請求，本實驗中可以不理會。SWASWB是控制臺的兩個二進制開關信號，實驗臺上線已接好。C是進位信號，IR7IR4是機器指令代碼，由于本次實驗不連接數據通路，這些信號都接到二進制開關K—Kl5上。為了簡單明，本實驗儀使用12條機器指令，均為單字長(8位)指令。指令的高4位提供給微程序控制器，低4位提供給數據通路。名? 稱助記符功?? 能指? 令? 格? 式7 IR6?IR5 IR4IR3 ???IR2? IR1??? IR0加法ADD Rd, RsRd+Rs->Rd? 0??? 0??? 0?? 0??RS1?? RS0? RD1?? RD0減法SUB Rd, RsRd-Rs->Rd

總結

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