簡單模型機試驗報告

1、評語：課中檢查完成的題號及題數:課后完成的題號與題數:成績：自評成績：實驗報告實驗名稱：簡單模型機實驗報告日期：班級：學號：姓名：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根底上,進一步將其構造一臺根本模型計算機.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(xiàn)一個簡單的CPU并且在此CPU的根底上,繼續(xù)構建一個簡單的模型計算機.CPU由運算器ALU、微程序限制器MC、通用存放器R.,指令存放器IR、程序計數器PC和地址存放器AR組成,如圖2-1-1所示.這個CPU在寫入相應的微指令后,就具備了執(zhí)行機器指令的功能,但是

2、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的根底上增加一個主存和根本的輸入輸出部件,以構成一個簡單的模型計算機.圖1-4-1根本CPU構成原理圖除了程序計數器P.,其余部件在前面的實驗中都已用到,在此不再討論.系統(tǒng)的程序計數器PQ由兩片74LS161和一片74LS245構成,其原理如圖1-4-2所示.PC_B為三態(tài)門的輸出使能端,CLR連接至CON單元的總清端CLR按下CLR按鈕,將使PC清零,LDPC和T2相與后作為計數器的計數時鐘,當LOAD為低時,計數時鐘到來后將CPU內總線上的數據打入PGLDPCT2CLRLOAD說明IN-R0R0+R0-

3、R0R0-OUTJMPaddrHLT11000000*01010000addr-PC停機圖1-4-2程序計數器PC原理圖本模型機和前面微程序限制器實驗相比,新增加一條跳轉指令JMP共有五條指令:IN輸入、ADD二進制加法、OUT輸出、JMP無條件"$移,HLT停機,其指令格式如下高4位為操作碼：助記符機器指令碼IN00100000ADD00000000OUT00110000其中JMP為雙字節(jié)指令,其余均為單字節(jié)指令,*為addr對應的二進制地址碼.微程序限制器實驗的指令是通過手動給出的,現(xiàn)在要求CPU自動從存儲器讀取指令并執(zhí)行.根據以上要求,設計數據通路圖,如圖1-4-3所示.本實驗

4、在前一個實驗的根底上增加了三個部件,一是PC程序計數器,另一個是AR地址存放器,還有就是MEM主存.因而在微指令中應增加相應的限制位,其微指令格式如表1-4-1所示.圖1-4-3數據通路圖系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖1-4-4所示,當擬定“取指微指令時,該微指令的判別測試字段為P<1>M試.指令譯碼原理見圖1-3-3所示,由于“取指微指令是所有微程序都使用的公用微指令,因此P<1>的測試結果出現(xiàn)多路分支.本機用指令存放器的高6位IR7IR2作為測試條件,出現(xiàn)5路分支,占用5個固定微地址單元,剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫,微程序流程圖上的單元

5、地址為16進制.當全部微程序設計完畢后,應將每條微指令代碼化,表1-4-2即為將圖1-4-2的微程序流程圖按微指令格式轉化而成的“二進制微代碼表NOP00圖1-4-4簡單模型機微程序流程圖表1-4-2二進制微代碼表地址十六進制局五位S3-S0A?段邸段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D4300000000011011010100001103107070000100000111000001110000040024050000000000100100000001010504B2010000010010110010000000011D10

6、5141000100000101000101000001300014040000000000010100000001003218300100011000001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013C006D5D000000000110110101011101設計一段機器程序,要求從IN單元讀入一個數據,存于R0,將R0和自身相加,結果存于R0,再將R0的值送OUT單元顯示.根據要求可以得到如下程序,地址和內容均為二進制數.地址00000000000000010000001000

7、0000110000010000000101內容001000000000000000110000111000000000000001010000助記符START:INR0ADDR0,R0OUTR0JMPSTART說明從IN單元讀入數據送R0R0和自身相加,結果送R0R0的值送OUT單元顯示跳轉至00H地址停機三、工程要求及分析：1.試修改現(xiàn)有的指令系統(tǒng),將加法指令的功能修改為R0勺內容和某個存儲單元的內容相加；增加存數、取數和減法三條機器指令,指令助記符分別為STA、LAD和SUB指令操作碼分別為十六進制的60、70和80.四、具體實現(xiàn):微程序流程圖:INORQ01&1STAIAD5U

8、BA-6-1R001OUTRO-XJUT2301二進制代碼表地址十六進制局五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D43000000000110110101000011031070720001000001110000011100100420600500100000011000000000010105200401001000000000010000000001062060070010000001100000000001110710300100010000001100000000000108006D7900000000

9、01101101010920600A0010000001100000000A10300B0001000000110000000B00240C00000000001001000032183001000110000011000000332804010010100000000100003500003500000000000000000036006D8400000000011011010137006D86000000000110110101380014080000000000010100000C05B202100001011011001000微程序：地址內容說明0000000000100000;從IN

10、單元讀入數據送R00000000100100000；先讀地址再讀數據,存入主存0000001001100000；取出存入主存的數據0000001100000000;R0的值送OUT單元顯示0000010000110000;從IN單元讀入數據送R00000010111100000；進行減法運算0000011000100000;R0的值送OUTI元顯示0000011100000000;0000100001100000;HLT停機編寫微程序：機器指令：$P0020;從IN單元讀入數據送R0$P0160;先讀地址再讀數據,存入主存$P0270;取出存入主存的數據$P0330;R0的值送OUTI元顯示$

11、P0420;從IN單元讀入數據送R0$P0580;進行減法運算$P0630;R0的值送OUTI元顯示$P0700;$P0850;HLT停機微指令：$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC力口1$M03107072;MEM->IR,P<1>$M32183001;IN->R0$M36006D84;PC->AR,PC力口1$M04206005;AR->MEM$M05200401;R0->MEM$M37006D86;PC->AR,PC力口111100100101000101100110000000100000111010

12、1000100000110001000000001;PC->AR,PC加1$M06206007$M07103001$M33280401$M01006D43$M03107072$M32183001$M38001408$M08006D79$M0920600A$M0A10300B$M0B00240C$M0C05B201$M33280401$M00000001AR->MEMMEM->R0R0->OUTMEM->IRIN->R0R0->A;PC->AR,PC;AR->MEM;MEM->R0;R0->B;A-B->R0;R0->

13、OUT;NOP六、所遇問題及解決方法：(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,假設全為零,那么正確,假設不全為零,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(tǒng)第三行的“單步微指令圖標即可.(3)在每次單步執(zhí)行一條微指令的過程中,都要觀察屏幕動態(tài)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.假設不一致,必須檢查原因.七、實驗總結：通過本次實驗收獲豐富,在做這次實驗之前,通過深入的預習,理解了實驗原理、明確了實驗的目的,按部就班地連線,逐步完成了實驗的要求.在實驗過程中,我認真進行實驗操作和思考實驗有關的內容,把自己不太明白的問題通過實驗理解清楚,取得了較好的實驗結果.通過這次實驗懂得了根本模型機設計與實現(xiàn)的根本操作,加深了對書本