计组实验报告-4控制器实验

综合实验报告

( 2010 -- 2011 年度第一学期)

名称：计算机组成原理综合实验题目：控制器实验

院系：计算机系

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数：一周

成绩：

日期：年月

一、目的与要求

1.熟悉教学计算机的指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能等内容；

2.熟悉教学计算机的总体组成和各个部件的运行原理，理解控制器部件在计算机系统

中的作用。

3.理解和熟悉指令执行步骤的划分方案；

4.对微程序控制器：

1)熟悉教学计算机的微指令格式和各个字段的控制功能，理解微指令下地址字段

的作用，并学会使用这个字段解决微指令之间的接续关系。

2)熟悉教学计算机的微程序控制器的组成和运行原理，学习设计微程序控制器的

过程和方法。

5.对组合逻辑控制器：

1)熟悉教学组合逻辑控制器的各个控制字段的组成及其控制功能，理解节拍发生

器线路设计和控制作用，并学会依照指令内容和节拍状态信号写出每一位控制

信号的逻辑表达式。

2)熟悉教学计算机的微程序控制器的组成和运行原理，学习设计组合逻辑控制器

的过程和方法。

二、实验正文

1．扩展指令怎样写到存储单元中，怎样执行测试？

答：A命令只支持基本指令，扩展指令应用E命令将指令代码写入到相应的存储

单元中；不能用T、P命令单步调试扩展指令，只能用G命令执行有扩展指令的程

序

2．进行指令的扩展时，在指令格式、功能、执行流程设计过程中必须遵从哪些约束条件？

答：为了完成自己设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确的实验内容，具体过程包括：

1)确定指令格式和功能，要受到教学机已有硬件的约束，应尽量与已实现指令

的格式和分类办法保持一致；

2)划分指令执行步骤并设计每一步的执行功能，设计节拍状态的取值，应参照

已实现指令的处理办法来完成，特别要注意的是，读取指令的节拍只能用原

来已实现的，其他节拍的节拍状态也应尽可能地与原用节拍的状态保持一致

和相近；

3)在指令流程表中填写每一个控制信号的状态值，基本上是个查表填数的过程，

应该特别仔细，并有意识地体会这些信号的控制作用；

4)在给出的mach的源文件中添加扩展指令的控制信号的逻辑表达式，编译适配

后下载到MACH器件中；

5)写一个包含你设计的指令的程序，通过运行该程序检查执行结果的正确性，

初步判断你的设计是否正确；如果有问题，通过几种办法查出错误并改正，（比

如手动置指令，单步调试每个节拍对应的控制信号）继续调试，直到完全正

确。

3．组合逻辑控制器指令为什么划分成A、B、C、D共4组。画出各自的流程。

教学计算机全部指令按其应完成的功能和执行步骤情况，划分成A 、B 、C 、D 共4组。给出四组的指令执行流程图。

前面已经讲到，把教学计算机全部指令按其应完成的功能和执行步骤情况，划分成A 、B 、C 、D 共4组。从指令流程图上可以看到，在完成读取指令之后，即已经得知指令操作码的前提下，节拍发生器就按这4类指令的划分情况，分别进入到各自不同的节拍序列。

其中状态编码为1000的节拍完成把0值送到程序计数器PC ，为启动监控程序做好准备，只在教学计算机系统加电启动时被执行一次，在教学计算机正常运行的过

程中不会进入状态编码为0000和0010的两个节拍完成读取指令的功能，公用于所有指令，是每一条指令开始执行时必须首先完成的两个操作步骤。图中用虚线菱形框表示的“响应与处理中断请求”的动作，在相邻两条指令进行切换的时刻，即前一条指令已经结束、下一条指令尚未开始的时刻，完成检查有无中断请求的功能，这个检查步骤也公用于所有指令，并依据检查结果进行不同的处理，无中断请求时，就开始下一条指令的执行过程，有中断请求时则进入中断响应和处理的过程，处理起来略显复杂，等到讲解中断的时候再详细说明。 其他节拍用于不同指令，具体说明如下。

A 组指令将进入标记为0011状态的节拍，用1步完成寄存器之间的数据运算或传送；

B 组指令将进入标记为0110状态的节拍，再经过标记为0100的节拍，用2步完成1次对主存储器或IO 设备的读写操作；

C 组指令将进入标记为0110状态的节拍，再经过标记为0111的节拍、0101的节拍，用3步完成2次内存储器的读写操作，前2个节拍完成读主存储器的同时，还把读出内容传送到地址寄存器，第3个节拍直接使用该地址完成第二次对主存储器的读写操作；CALR 指令是一次内存写操作和一次寄存器之间的数据传送操作，也是3个步骤完成。

读 取 指 令

1000 按RESET 键

D组指令，将进入标记为0110状态的节拍，再经过标记为0100的节拍、0111的

节拍、0101的节拍，用4步完成2次内存储器的读写操作，每一次内存储器的读

写操作各自用2步完成。

4．组合逻辑控制器实验中，单步方式下，通过指示灯观察上面扩展的几条扩展指令的控制信号是否与设计的一致。

1）观察A组指令中的ADC指令：

<1>置拨动开关SW=00100000 00010000；

<2>先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如

下表：

2）观察A组指令中的STC指令：

<1>置拨动开关SW=01101101 00000000；

<2>先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如

同样的方法给出其他扩展指令的控制信号。