合肥工業大學計算機組成原理實驗報告.doc

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實驗一 基本運算器實驗一、實驗目的了解運算器的組成結構；掌握運算器的工作原理。二、實驗內容1、連線說明：ALU單元：S0..S3(JP18)——開關區單元：K20..K23(JP89)ALU單元：Wa、wB、rALU、CN_I(JP19)——開關區單元：K15..K12(JP92)ALU單元：ALU_D0..ALU_D7(JP25)——擴展區單元：JP62ALU單元：IN0..IN7(JP22)——開關區單元：K0..K7(JP97) 2、打開實驗儀電源，按CON單元的nRST按鍵，將ALU的A、B、FC、FZ、FS、I清零；如果EXEC鍵上方指示燈不亮，請按一次EXEC鍵，點亮指示燈，表示實驗儀在運行狀態。3、給暫存器A賦初值(1)撥動開關區單元的K7..K0開關，形成二進制數01011000(或其它值)；指示燈亮，表示該位是‘1’，滅為‘0’。(2)撥動開關區單元K15(wA)、K14(wB)、K13(rALU)、K12(CN_I)開關，賦wA=0(允許寫A)、wB=1(禁止寫B)、rALU=1(不允許ALU輸出)、CN_I=0，按CON單元的STEP按鍵一次,產生一個T1的下降沿，將二進制數01011000寫入暫存器A中，ALU單元的A_7…A_0LED上顯示A中的值 4、給暫存器B賦初值(1)撥動開關區單元的K7..K0開關，形成二進制數10101011(或其它值)。(2)賦wA=1(禁止寫A)、wB=0(允許寫B)、rALU=1(不允許ALU輸出)、CN_I=0，按CON單元的STEP按鍵一次,產生一個T2的下降沿，將二進制數10101011寫入暫存器B中，ALU單元的R_7…R_0LED上顯示B中的值5、賦wA=1(禁止寫A)、wB=1(禁止寫B)、rALU(K10)=0,按uSTEP鍵，進入T3節拍，節拍DS169DS168T1、T2、T3無效(T1=0、T2=0、T3=0)00T1(T1=1、T2=0、T3=0)01T2(T1=0、T2=1、T3=0)10T3(T1=0、T2=0、T3=1)11說明：1-亮；0-滅當rALU(K13)=0，如果S3S2S1S0的值是0000時，T2、T3節拍時，允許ALU結果輸出；S3S2S1S0的值是其它數值，T3節拍時，允許ALU結果輸出，顯示于擴展區的二位數碼管、DS94..DS101的LED上。6、根據后邊的“運算結果表”，改變K20(S0)、K21(S1)、K22(S2)、K23(S3)、K12(CN_I)的值，觀察并記錄運算器的輸出。例如：S0=0，S1=0，S2=0，S3=0，ALU的D7_D0 = 58H；FC、FZ、FS、I不變。注意：只有按CON單元的STEP按鍵一次，產生一個T3的下降沿，ALU才將標志位FC、FZ、FS、I寫入標志寄存器PSW中，才能在ALU單元的FZ、FC、FS、I指示燈上看到結果。如果實驗儀、PC聯機操作，則可通過軟件中的數據通路圖來觀測實驗結果，方法是：打開軟件，在星研軟件的工具條中選擇“運算器實驗”，打開運算器實驗的數據通路圖。進行上面的手動操作，點擊工具條上單節拍或單周期命令圖標，數據通路圖會反映當前運算器所做的操作。三、實驗結果及分析運算結果表運算類型ABS3 S2 S1 S0CN_I結果邏輯運算58AB00000ALU=(58) FC=(0 )FZ=(0 ) FS=(0 )58AB00001ALU=(AB) FC=(0 )FZ=( 0) FS=(0 )58AB0001XALU=(FB) FC=( 0)FZ=(0 ) FS=(0 )0010XALU=(08 ) FC=( 0)FZ=(0 ) FS=(0 )0011XALU=(F3 ) FC=( 0)FZ=(0 ) FS=(0 )0100XALU=( A7 ) FC=(0 )FZ=(0 ) FS=( 0)移位運算01010ALU=( 0B ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=( 0)01011ALU=( 2C ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=(0 )01100ALU=( 2C) FC=( 0)FZ=( 0) FS=(0 )0110(FC=0)1ALU=(2C ) FC=(0 )FZ=( 0) FS=( 0)0110(FC=1)ALU=(AC ) FC=( 0)FZ=( 0) FS=(0 )01110ALU=( B0 ) FC=( 1)FZ=( 0) FS=(0 )0111(FC=0)1ALU=( B0 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)0111(FC=1)ALU=( B1 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)算術運算10000ALU=( 03 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1000(FC=0)1ALU=( 03 ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1000(FC=1)ALU=( 04 ) FC=(1 )FZ=(0) FS=(0)10010ALU=( AD ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1001(FC=0)1ALU=( AD ) FC=(0)FZ=(0) FS=(0)1001(FC=1)ALU=( AC ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)10100ALU=( 59 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)1ALU=( 58 ) FC=( 1)FZ=(0) FS=(0)1011XALU=( 57 ) FC=(1 )FZ=(0) FS=(0)其它1100XFC=(1 )1101XEI=( 0)四、思考題１．本實驗系統中Ａ寄存器的寫入在什么時刻進行？Ｂ寄存器的寫入在什么時刻進行？　能否在一個機器周期內將Ａ、Ｂ寄存器寫入不同的數據？答：①按住STEP，CK由高變低，寄存器A的黃色燈亮，表明選擇A寄存器。放開STEP，CK由低變高，產生上升沿，數據55H被寫入A寄存器。②按住STEP，CK由高變低，寄存器B 的黃色燈亮，表明選擇B寄存器。放開STEP ，CK 由低變高，產生上升沿，數據33H 被寫入B 寄存器。③不允許在一個機器周期內將Ａ、Ｂ寄存器寫入不同的數據。２．本實驗系統中ＡＬＵ的求補功能與８０８６ＣＰＵ的求補指令功能是否相同？ 答：本實驗系統中ＡＬＵ可對8位位變量進行邏輯“AND”、“OR”、“XOR”循環、求補、清零等基本操作 ，還可以進行加、減、乘、除等基本運算。而8086處理器的邏輯運算是16位。實驗二 存儲器實驗1、 實驗目的1、?掌握簡單運算器的數據傳送。省略部分。DY-HP. 返回初始待命狀態【讀】DY-HP. 初始待命狀態,按【讀】鍵無效0DY-H0 按數字鍵0,從0區域0地址開始【讀】Cn0000XX 按【讀】命令鍵,進入微程序讀狀態,左邊第3位 起顯示00(區域號)、00(微地址)、XX(該微程 序單元的內容),光標閃動移至第7位55Cn000055 按55鍵,將內容寫入00區域00H單元【增址】Cn0001XX 按【增址】命令鍵,讀出00區域下一個單元 01H,光標重新移至第7位AACn0001AA 按AA鍵,將內容寫入00區域01H單元【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態1DY-H1 再按數字鍵1,從1區域0地址開始【讀】Cn0100XX 按【讀】命令鍵,進入微程序讀狀態,左邊第3位 起顯示01(區域號)、00(微地址)、XX(該微程 序單元的內容),光標閃動移至第7位55Cn010055 按55鍵,將內容寫入01區域00H單元【增址】Cn0101XX 按【增址】命令鍵,讀出01區域下一個單元 01H,光標重新移至第7位AACn0101AA 按AA鍵,將內容寫入01區域01H單元【返回】DY-HP. 按【返回】退出存儲操作返回初始狀態按以上所說明的操作規程，通過鍵盤在微地址00H單元所對應的四個區域地址分別輸入55H，在微地址01H單元所對應的四個區域地址分別輸入0AAH。(二)手動方式下的微地址打入操作微程序控制器的組成見圖7-7-1，其中微命令寄存器32位，用三片8D觸發器(273)和一片4D(175)觸發器組成。它們的清零端由CLR來控制微控制器的清零。它們的觸發端CK接T2，在時序節拍的T2時刻將微程序的內容打入微控制寄存器(含下一條微指令地址)。⑴ 微地址控制原理圖7-7-4 微地址控制原理圖⑵ 微地址控制單元的實驗連接　　　圖7-7-5 實驗連線示意圖按圖7-7-5所示，連接實驗電路：① 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖7-7-5中所有標明“”或“”圖案的總線接口。② 時鐘信號“”連接：用雙頭實驗導線連接圖7-7-5中所有標明“”圖案的插孔(注：Dais-CMH的時鐘信號已作內部連接)。⑶ 微地址的打入操作在“L”狀態下，首先置SW-B=0，然后向數據開關置數，再按【單步】鍵，在機器周期的T2時刻把數據開關的內容打入微地址鎖存器。實驗步驟如下：注:【單步】鍵的功能是啟動時序電路產生T1~T4四拍單周期脈沖⑷ 微地址的修改與轉移按圖7-7-4所示，微地址鎖存器的置位端R受SE5~SE0控制，當測試信號SE5~SE0輸出負脈沖時，通過鎖存器置位端R將某一鎖存器的輸出端強行置“1”，實現微地址的修改與轉移。按微程序流程圖7-7-3所示的微控制流程，對指令譯碼寄存器IR分別打入微控制流程定義的操作碼20H、40H、60H、80H、0A0H，然后打入流程圖定義的基地址08H，按【單步】鍵，在機器周期T4節拍按微控制流程對IR指令寄存器的內容進行測試和判別，使后續微地址轉向與操作碼相對應的微程序入口地址。舉例操作如下：① 當IR寄存器為20H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為09H。② 當IR寄存器為60H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為0BH。注:【單步】鍵的功能是啟動時序電路產生T1~T4四拍單周期脈沖3、 實驗結果及分析四、思考題１．試解釋控制存儲器００Ｈ號單元中微指令的功能(微指令中有效控制信號的功能)。 答：微指令有跳轉和尋址的功能作用。２．若將你學號的后兩位當成十六進制數，并將其作為機器指令代碼，則根據本系統的譯碼規則得到的微地址是什么？ 答：62H實驗六 CPU與簡單模型機設計實驗一、實驗目的1. 掌握一個簡單CPU的組成原理。2. 在掌握部件單元電路的基礎上，進一步將其構造一臺基本模型計算機。3. 為其定義五條機器指令，編寫相應的微程序，并上機調試掌握整機概念。二、實驗內容本實驗要實現一個簡單的CPU，并且在此CPU的基礎上，繼續構建一個簡單的模型計算機。CPU由運算器(ALU)、微程序控制器(MC)、通用寄存器(RO)、指令寄存器(IR)、程序計數器(PC)和地址寄存器(AR)組成，如圖5-1-1所示。這個CPU在寫入相應的微指令后，就具備了執行機器指令的功能，但是機器指令一般存放在主存當中，CPU必須和主存掛接后，才有實際的意義，所以還需要在該CPU的基礎上增加一個主存和基本的輸入輸出部件，以構成一個簡單的模型計算機。AR控制器PCIRABROALU圖5-1-1 基本CPU構成原理圖本模型機和前面微程序控制器實驗相比,共有5條指令：IN(輸入)、ADD(二進制加法)、OUT(輸出)、JMP(無條件轉移)、HLT(停機)，其指令格式如下：助記符 機器指令碼 說明IN 0010 0000 IN->ROADD 0000 0000 RO+RO->ROOUT 0011 0000 RO->OUTHLT 0101 0000 停機均為單字節指令，********為addr對應的二進制地址碼。微程序控制器實驗的指令是通過手動給出的，現在要求CPU自動從存儲器讀取指令并執行。3、 實驗結果及分析(1)程序運行前必須對微地址清零。撥動實驗儀右下角清零開關CLR(1→0→1)后，觀看實驗儀右上方的微地址顯示燈(UA0-UA5)是否全為零，若全為零，則正確，若不全為零，說明有問題，要檢查。(2)使用單步微指令運行程序，單擊該系統第三行的“單步微指令”圖標即可。(3)在每次單步執行一條微指令的過程中，都要觀察屏幕動態流線顯示的運行結果，根據屏幕顯示的結果分析與該條微指令的格式和功能是否一致。若不一致，必須檢查原因。(4)上面程序的運行中，每執行完一條機器指令，微地址都要返回到01，是應為為取下一條指令作準備。(5)在每一條機器指令的執行過程中，第一個CPU周期，取指令階段是由下列微指令組成：01??02。它們完成的操作是：PC AR，M DR，DR IR，PC+1。四、思考題１．使用本實驗系統中提供的微程序，加法指令ＡＤＤ執行階段需要幾個機器周期？能否修改加法指令ＡＤＤ執行階段的微程序，使其執行速度加快？如果可以，請給出修改方案。修改后用幾個機器周期？ 答：因為加法指令ＡＤＤ執行階段需要1個機器周期，所以不能執行加速。 關?鍵?詞： 組成 實驗 工業大學 原理 計算機 合肥 報告

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總結

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