[VIP专享]计算机组成原理实验报告五

广东工业大学
广东工业大学实验报告
计算机学院计算机科学与技术专业班成绩评定
学号姓名（合作者号）教师签名
预习情况是操作情况正常考勤情况是数据处理情况正常
实验五题目带移位运算模型机的设计与实现
一、实验目的与要求：
1、熟悉由微程序控制器控制模型机的数据通道。

2、掌握4条移位指令使用和编程。

3、学习设计与调试计算机的基本步骤及方法。

二、实验方案
1、本实验是在基本模型机的基础上搭接移位控制电路，实现移位控制运算。

2、试验新增4条单字长（8位）一位运算指令，其格式如下：
助记符机器指令码说明
RR01010000将R0寄存器的数据循环右移一位。

RRC01100000将R0寄存器的数据带进位循环右移一位，即R0寄存器
中数据右边第一位移入进位，而进位位移至R0的最左
边。

RL01110000将R0寄存器的数据循环左移。

RLC10000000将R0寄存器的数据带进位循环左移一位，即R0寄存器
中数据左边第一位移入进位，而进位位移至R0的最右
边。

3、微指令格式
表4.1
24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321 S3S2S1S0M Cn WE A9A8A B C UA5UA4UA3UA2UA1UA0
A字段
151413选择000
001LDRi 010LDDR1 011LDDR2 100LDIR 101LOAD 110LDAR B字段
121110选择
000
001RS-B
010RD-B
011RI-B
100299-B
101ALU-B
110PC-B
C字段
987选择
000
001P(1)
010P(2)
011P(3)
100P(4)
101AR
110LDPC
其中A8、A9是2：4译码器（74LS139）的输入端，Y0、Y1、Y2、Y3是译码器输出端，其电路结构如下：
74LS139 Y0 Y1 Y2 Y3A9=0 A8=0 选中Y0
A9=0 A8=1 选中Y1
A9=1 A8=0 选中Y2
A9=1 A8=1 选中Y3
Y0、Y1、Y2、Y3均为低电平有效
其中Y0为SW-B，Y1为CE，Y2为LED-B，Y3为空。

注意事项：
（1）详细的联机操作请参看附录1联机软件使用说明。

（2）把串行通讯电缆分别插在实验仪及PC微机的串口，即可实现实验仪与PC的联机操作。

（3）本实验用的程序文件名为EX2。

（4）运行程序时，要把编程开关MJ20置为RUN(运行)状态，SWA、SWB、CLR 开关一定要处于为1、1、1状态。

实验仪上“STATE UNIT”中的STEP开关置为“STEP”状态，STOP开关置为“RUN”状态。

（5）每次运行前，都要拨动CLR开关清零（1-0-1）。

清零后，微地址显示灯（实验仪上UA5-UA0）应为000000。

（6）实验仪的微程序控制器单元中的微地址显示灯（UA5-UA0）显示的是后继微地址的二进制控制信息。

（7）在屏幕下部显示相关微指令的详细表中，第三行第一列显示的是微地址，程序运行时默认显示为下一条微地址（八进制），括号里用N表示，这时表中24~1各字段所显示的是下一条微指令的控制信息的二进制代码，最后一列显示微指令执行中主要的有效控制信号。

（8）可以通过键盘上的功能键F10来改变微地址显示的状态，程序运行时，按一下F10键，屏幕下方的微指令详细信息表中第三行第一列显示的是当前运行时的微地址（八进制），括号里用L表示，这时表中24~1各字段所显示的是当前微指令的控制信息的二进制代码。

A8 A9
（9）程序运行中需要输入的数据都是通过实验仪上8位数据开关D7~D0(在“INPUT DEVICE”中)来输入。

（10）移位器功能表如表5.3所示：
表5.3
299-B S1S0M功能
000任意保持
0100循环右移
0101带进位循环右移
0010循环左移
0011带进位循环左移
任意11任意装数
4、实验程序
例子：
地址内容助记符说明
0000IN R0，20H
20H→R0，数据20H从实验仪左下方“INPUT DEVI中
的8位数据开关D7～D0输入。

0110ADD R0，(0D)R0的内容与存储器0D 地址单元的内容相加，结果送
R0。

020D即（R0）+(0D) →R0
0380RLC R0寄存器的内容带进位循环左移一次，结果送R0。

0400IN R0,81H
81H→R0,81H从实验仪左下方“INPUT DEVICE”　中
的8位数据开关D7~D0输入。

0530RRC R0寄存器的内容带进位循环右移一次，结果送R0。

0670RL R0寄存器的内容循环左移一次，结果送R0。

0720STA(0E),R0R0寄存器的内容送存储器0E地址单元。

080E送R0→（0E）
0930OUT BUS,(0E)通过总线输出存储器0E地址单元内容。

0A0E即（0E）→BUS
0B40JMP 00无条件转移到地址为00开始的指令
0C00即00→PC
0D40存数器0D地址单元数据，可自定。

0E存数地址单元
微指令的微代码如下：（内容是十六进制）
十六进制地址八进制地址内容十六进制地址八进制地址内容0000088101132399ED01
010182ED0114249CED01
020250C00015251D8231
030304E00016261F8231
040405B0001727218231
050506A2011830238231
0606019A9519311AE000
07070FE0001A321BA000
08108AED011B33010A07
09118CED011C3481D100
0A120EA0001D351E8821
0B130180011E36019801
0C140D20001F37208829
0D15098A062040019801
0E16080A072141228811
0F170182022242019801
10200110002343248819
112183ED012444019801
122287ED01
三、实验结果和数据处理
1、程序运行前必须对微地址清零。

拨动实验仪右下角清零开关CLR（1→0→1）后，观看实验仪右上方的微地址显示灯（UA0-UA5）是否全为零，若全为零，则正确，
若不全为零，说明有问题，要检查。

2、使用单步微指令运行程序，单击该系统第三行的“单步微指令”图标即可。

3、观察屏幕的动态流线并结合实验程序，分析每一条机器指令所对应的微指令的执
行过程，按下面的提问回答并记录程序运行过程中的数据和结果，并填入括号里。

A、执行每一条指令时，都要观察实验仪上微程序控制单元中的微地址显示灯（UA0-UA5）和屏幕下面显示的微地址（Addr）是否与带移位运算模型机流程图一致，分析指令的执行过程正确否？
一致，所有指令的执行过程正确。

B、执行第一条输入指令，在微地址Addr＝（02（N））时，在实验仪左下方
“INPUT DEVICE”中的8位数据开关D1～D7输入数据，并记录输入数据＝（04H）。

C、执行带进位循环左移（RLC）指令时，记录：
a．移位前实验仪上的进位灯CY＝（1）。

（注：灯亮为“1”，灯灭为“0”）
b．移位前数据＝（04H）。

c．在微地址＝（43（N））时，记录此时移位控制信号S1、S0、M＝（0、1、1）。

对照移位器功能表5.3，分析这些移位控制信号是不是表示带进位循环左移操作？
这些控制信号是表示带进位循环左移操作。

d．移位后实验仪上的进位灯CY＝（1）。

e．移位后数据＝（09H）。

结果送入哪个寄存器。

（RN）
D、执行第二条输入指令，在微地址Addr＝（02（N））时，记录输入数据＝（81H）。

E、执行带进位循环右移（RRC）指令时，记录：
a．移位前实验仪上的进位灯CY＝（1）。

b．移位前数据＝（24H）。

c．在微地址＝（37（N））时，记录此时移位控制信号S1、S0、M＝（1、0、1）。

对照移位器功能表5.3，分析这些移位控制信号是不是表示带进位循环右移操作？
这些控制信号是表示带进位循环右移操作。

d．移位后实验仪上的进位灯CY＝（0）。

e．移位后数据＝（40H）。

结果送入哪个寄存器。

（R0）
F、执行循环左移（RL）指令时，要求：
a．记录移位前数据＝（92H）。

b．在微地址＝（41（N））时，记录此时移位控制信号S1、S0、M＝（0、1、0）。

对照移位器功能表5.3，分析这些移位控制信号是不是表示循环左移操作？
这些控制信号是表示循环左移操作。

c．移位后数据＝（09H）。

结果送哪个寄存器。

（R0）
d．回答该条移位指令与进位位有没有关系？为什么？
该条指令会影响到进位位，而进位位的状态不会影响该条指令的执行结果。

对于新的指令系统，按照以上思路及步骤完成实验，并利用指令验证得正确。

四、实验心得
操作时得到的实验值和对微指令推断得到的理论值是一致的。

说明在实验中没有误操作出现。

通过对实验仪的操作与观察，熟悉了微程序控制器对模型机数据通道的控制，也掌握了4条移位指令的使用。