计算机组成原理实验完整版

河南农业大学

计算机组成原理实验报告

题目简单机模型实验

学院信息与管理科学学院

专业班级计算机科学与技术2010级1班

学生姓名张子坡（1010101029）

指导教师郭玉峰

撰写日期：二○一二年六月五日

一、实验目的：

1.在掌握各部件的功能基础上，组成一个简单的计算机系统模型机；

2．了解微程序控制器是如何控制模型机运行的，掌握整机动态工作过程；

3定义五条机器指令，编写相应微程序并具体上机调试。

二、实验要求：

1.复习计算机组成的基本原理；

2.预习本实验的相关知识和内容

三、实验设备：

EL-JY-II型计算机组成原理试验系统一套，排线若干。

四、模型机结构及工作原理：

模型机结构框图见实验书56页图6-1.

输出设备由底板上上的四个LED数码管及其译码、驱动电路构成，当D-G和W/R均为低电平时将数据结构的数据送入数据管显示注：本系统的数据总线为16位，指令、地址和程序计数器均为8位。当数据总线上的数据打入指令寄存器、地址寄存器和程序寄存器时，只有低8位有效。

在本实验我们学习读、写机器指令和运行机器指令的完整过程。在机器指令的执行过程中，CPU从内存中取出一条机器指令到执行结束为一个指令周期，指令由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一段微程序。另外，读、写机器指令分别由相应的微程序段来完成。

为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，必须设计三个控制操作微程序。

存储器读操作（MRD）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“00”时，按“单步”键，可对RAM连续读操作。

存储器写操作（MWE）：拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。

启动程序（RUN）：拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码器输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入第01号“取指”微指令，启动程序运行。

注：CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。键盘操作方式有监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关控制。

五、实验内容、分析及参考代码：

生成的下一条微地址

UA5 UA0

MS5 MS0

微地址

41221404

2231511

621

731

4P CA P I P I SA P CA P I P I SA P I SA P I SA SA ⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅=⋅=⋅==

进行P1测试时，P1为0，其他都为1。

进行P4测试时，P4为0，其他都为1。

当SA4-SA0为0时，对应的UA4-UA0被置1，否则UA 保持MS 原值不变。

1. 根据上面的逻辑表达式，分析56页图6-2的P1测试和P4测试

两条微指令的微地址转移方向。

P1测试时SA4=1、SA3=1、SA2=1、SA1=0、SA0=1，表明SA1对应位置1生成的下一条微地址001010，进入12号单元，12号单元的F3字段为101不是任何测试，所以就进入07号单元，把01H 送入BX ，07号单元的F3字段为111无操作，回到01号单元的取指阶段。同理，可得ADD 指令的地址转移方向。

P4测试时，它以CA1、CA2作为测试条件，出现读写机器指

令、直接运行机器指令三路分支，占用三个固定的地址元。 P4测试是对内存读、写或者直接运行程序，此时可得到SA4=1，

SA3=SA2=1，当CA1、CA2为“00”时SA1=SA0=1，全1则原样输出既010000，进入20号单元。20单元的F3字段为101,LPC 不是任何测试, 所以,下址字段为010010，既进入22号单元。22单元的F3字段为111无操作，下址字段为010111，进入27号单元，而27单元的F3字段为111，无操作下址字段为010000，所以又回到20号单元，开始循环。同理，当CA1、CA2为“10”时可得到SA1=0，SA0=1，则把SA0对应位置1，既010001进入微地址21，按照

“010001”、“010100”、“011000”方式循环。当CA1、CA2为“11”时可得到SA1=SA0=0对应置1，生成下一条微地址为010011

既23号单元，23单元的F3字段为111无操作生成的下址字段为000001，进入到取指阶段01号单元开始程序运行。

2.分析实验六中的五条机器指令的执行过程

引用以下代码及机器指令再分析

0000 0000 0000 0000 IN AX,KIN 数据输入电路->AＸ0000 0001 0010 0001 MOV BX,01H 0001H->BX

0000 0010 0000 0001

0000 0011 0001 0000 ADD AX,BX AX+BX->AX

0000 0100 0001 0000 OUTDISP AX AX->输出显示电路0000 0101 0100 0000 JMP 00H 00H->PC

0000 0110 0000 0000

表6-1机器指令表：

关于上面五条机器指令的执行过程。首先，进入取指阶段，PC 中机器指令的地址送AR,然后PC值加1,RAM中的数上数据总线，指令寄存器的门打开接收数据，操作码进行P1测试经译码后，对于IN AX,KIN取机器指令的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0，判断

后得到下址字段，既进入10号单元完成把输入的数据给AX。然后，又回到“取指”阶段，“译码”进行P1测试取MOV BX,01H的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0，判断后进入12号单元，执行当前PC中的值送AR,PC值加1，进入07号单元执行RAM中的数01H 上数据总线，寄存器BX接收数据。回到公用微指令“取指”，“译码”阶段，进行P1测试再取ADD AX,BX取出它的高四位对SA4、SA3、SA2、SA1、SA0判断进入11号单元寄存器AX的内容送数据总线LT1接收数据，进入03单元BX的内容上数据总线LT2接收进入06号单元LT1与LT2数据之和送给AX，最后回到取指阶段继续执行译码后取OUT DISP,AX ,P1测试后进入13号单元把寄存器AX的内容输出显示，然后回到取指阶段。最后执行JMP指令经P1测试进入14号单元，当前PC值送AR,然后加1，进入15号单元RAM中的数据上数据总线，把跳转地址送给PC,最后转向取指阶段。

3.修改MOV指令，使送入BX中的值为02H。

把02H送给BX,达到修改01H，MOV BX，01H为双字长第二个字为操作数01H。把操作数改成0000 0010即可。

4.设计一条机器指令，IN BX , KIN 数据输入电路->BX,微程序入口地址为16。将原程序中的MOV指令替换，再运行，写出执行过程和结果。

机器指令助记符说明

0110 0001 IN BX,KIN 数据输入电路->BX

机器指令执行，在取指阶段01号单元PC送AR，PC值加1，进入02单元RAM数据上数据总线指令寄存器门打开接收数据，P1

测试译码后，进入16号单元把数据送入BX,回到取指阶段译码。回到01号单元的取指阶段。

5.设计一条机器指令,SUB AX,BX AX-BX->AX ,微程序入口地址为17。将原程序中的ADD指令替换，再运行，写出执行过程和结果。