惠州学院-计算机组成原理实验四 含流程图

计算机科学系实验报告

课程名称计算机组成原理班级14软件工程一班

实验名称组合逻辑控制器实验教导教师麦山

姓名魏树杰学号1414080902132 日期2016年06月11日

一、实验目的

1、深入理解计算机控制器的功能和组成；

2、学习和掌握计算机各类典型指令的执行流程；

3、学习组合逻辑控制器的控制原理和相关技术。

二、实验说明

1、TEC-XP+计算机的指令分类

TEC-2000指令系统按指令的功能和执行步骤可划分为A、B、C、D四组：

A组：主要完成通用寄存器之间的数据传送或运算，以及少数特殊操作，在取指后一步完成。

基本指令：ADD，SUB，AND，OR，XOR，CMP，TEST，MVRR，INC，DEC，SHR，SHL，JR，JRC，JRNC，JRZ，JRNZ

扩展指令：ADC，SBB，NOT，RCL，RCR，ASR，STC，CLC，EI，DI，JRS，JRNS，JMPR B组：需完成一次主存读/写操作，或IO读/写操作，在取指后二步完成。第一步向地址寄存器送入16位（或8位的I/O端口）地址，第二步完成读、写操作。

基本指令：LDRR，STRR，PUSH，POP，PSHF，POPF，MVRD，IN，OUT，JMPA，RET C组：完成两次主存读/写操作（间址操作），在取指令后三步完成。第一次读出的数据是操作数的地址，读出后直接（或经过一次加法运算）将其送入地址寄存器，省掉第二次内存读/写操

作的地址传送步骤。CALR指令先用第2步保存PC内容到堆栈，第3步把寄存器中的子程

序入口地址传送到程序计数器PC中。

扩展指令：CALR，LDRA，STRA，LDRX，STRX

D组：完成两次内存的读、写操作，在取指之后四步完成。

基本指令：CALA

扩展指令：TRET

8位指令操作码（记作“IR15–IR8”）的特殊含义：

①IR15–IR14用于区分指令组，0X表示A组，10表示B组，11表示C、D组；

②IR11用于区分C、D组，IR11=0为C组，IR11=1为D组；

③IR13用于区分基本指令和扩展指令，基本指令为0，扩展指令为1。

④IR12用于简化控制器实现，暂定为0。

⑤IR10–IR8用于区分同一指令组的不同指令。

TEC-XP+的基本指令已全部实现，扩展指令只完成了指令格式和执行流程的设计，控制信号的逻辑尚未实现，可由用户扩展实现。

2、TEC-XP+计算机的指令执行流程

TEC-2000计算机指令的执行流程由节拍发生器（即时序产生器）控制，节拍（即机器周期或CPU 周期）用T4T3T2T1T0来编码，其中，在组合逻辑控制器中T4恒为0（T4=0）。下图为TEC-2000的指令执行流程图，方框表示1个节拍（即机器周期），左上角为节拍的编码（用T3T2T1T0表示）。

3、TEC-XP+计算机组合逻辑控制器的主要控制信号

TEC-2000计算机组合逻辑控制器涉及到大量的控制信号，此处仅对输出的控制信号进行简要介绍。

1）运算器控制信号

与运算器有关的控制信号有I8～I0、A3～A0、B3～B0、SCI、SSH1～SSH0、SST2～SST0，这些信号的含义在脱机运算器实验中已作了介绍。

2）存储器、I/O端口读写控制信号

与存储器、I/O端口读写有关的控制信号/MIO、REQ、/WE，这3个控制信号通过译码后产生6个控制信号。

3）总线操作、中断控制信号

与总线操作、中断有关的控制信号有DC13～DC10、DC23～DC20。

DC12～DC10通过3-8译码器74LS138产生8个控制信号。DC13在组合逻辑控制器中未使用。

DC22～DC20通过3-8译码器74LS138产生8个控制信号。DC23直接送到中断逻辑，DC23=1表示下一拍操作为取指令，否则DC23=0。

三、实验内容和步骤

在单步方式下观察TEC-2000计算机典型的基本指令执行的节拍流程以及控制信号。

1、基本指令的执行节拍流程

将TEC-XP+教学机运行控制开关置为111100（单步、手动置指令、组合逻辑、联机），然后按RESET 键，通过16位数据开关SWH、SWL置入指令操作码，在单步方式下，通过指示灯观察每组典型基本指令的节拍流程。

A组指令：ADD R0，R1

⑴置SW=00000000 00000001

⑵按RESET键，节拍指示灯T4～T0显示01000；（本拍在复位后才会出现）

⑶按START键，节拍指示灯T4～T0显示00000；（本拍在手动情况下无意义）

⑷按START键，节拍指示灯T4～T0显示00010；（执行IR←指令编码）

⑸按START键，节拍指示灯T4～T0显示00011；（执行本指令）

B组指令：PUSH R0

⑴置SW=10000100 00000000

⑵按RESET键，节拍指示灯T4～T0显示01000；（本拍在复位后才会出现）

⑶按START键，节拍指示灯T4～T0显示00000；（本拍在手动情况下无意义）

⑷按START键，节拍指示灯T4～T0显示00010；（执行IR←指令编码）

⑸按START键，节拍指示灯T4～T0显示00110；（执行本指令的第一步）

⑹按START键，节拍指示灯T4～T0显示00100；（执行本指令的第二步）

D组指令：CALA addr （调用地址为addr的子程序,CALA指令比较特殊）

⑴置SW=11001110 00000000

⑵按RESET键，节拍指示灯T4～T0显示01000；（本拍在复位后才会出现）

⑶按START键，节拍指示灯T4～T0显示00000；（本拍在手动情况下无意义）

⑷按START键，节拍指示灯T4～T0显示00010；（执行IR←指令编码）

⑸按START键，节拍指示灯T4～T0显示00110；（执行本指令的第一步）

⑹按START键，节拍指示灯T4～T0显示00100；（执行本指令的第二步）

⑺按START键，节拍指示灯T4～T0显示00111；（执行本指令的第三步）