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西安电子科技大学

计算机组织与体系结构 课程实验报告

实验名称 计算机组织与体系结构

计算机学院 1503013 班

成 绩 姓名陈宁 学号15030130043 同作者罗超

实验日期 2017 年 9 月24日 实验地点E-II-311实验批次第二批

指导教师评语：

指导教师： 年月日 实验报告内容基本要求及参考格式 一、实验目的

二、实验所用仪器（或实验环境） 三、实验基本原理及步骤（或方案设计及理论计算） 四、实验数据记录（或仿真及软件设计） 五、实验结果分析及回答问题（或测试环境及测试结果）

一．实验目的

1．深入理解基本模型计算机的功能、组成知识； 2．深入学习计算机各类典型指令的执行流程；

3．学习微程序控制器的设计过程和相关技术，掌握LPM_ROM的配置方法。

4．在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将单元电路组成系统，构造一台基本模型计算机。

5．定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握计算机整机概念。掌握微程序的设计方法，学会编写二进制微指令代码表。

6．通过熟悉较完整的计算机的设计，全面了解并掌握微程序控制方式计算机的设计方法。

二．实验原理

1．在部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本实验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定的功能。实验中，计算机数据通路的控制将由微过程控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期，全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

2．指令格式

本实验采用六条机器指令：SUB（二进制（1）指令格式

减法），CLR（数据清零），R0+1（自加一）、采用寄存器直接寻址方式，其格式如下：

位 功能 7654 3rs 2 1rd 0 OP-CODE CPL（取反）、OR(取或），R0-1（自减），其指令格式如下（最高4位二进制数为操作码）： 其中，OP-CODE为操作码，rs为源寄存器，rd为目的寄存器，并规定：

Rs或rd 00 01 10 助记符 IN ADD addr STA addr OUT addr JMP addr 选定的寄存器 R0 R1 R2 机器指令码 00H 1 0HXX H 2 0HXX H 3 0H XX H 4 0H XX H Addr地址码 功能说明 “INPUT”中的数据→R0 R0+[addr]->R0 R0 -> [addr] [addr] -> BUS addr→PC 1,存储器读操作（KRD）：下载实验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“0 0”时，可对RAM连续手动读入操作。

2,存储器写操作（KWE）：下载实验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“0 1”时，可对RAM连续手动写操作。

3、启动程序（RP）：下载实验程序后按总清除按键（CLR）后，控制台SWA、SWB为“1 1”时，即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令，启动程序运行。

图6-1 数据通路框图

SWB 0 0 1 SWA 0 1 1 控制台指令 读内存（KRD） 写内存（KWE） 启动程序（RP） 根据以上要求设计数据通路框图，如图5-1所示。

表6-1 24位微代码定义：

24 S3 23 S2 22 S1 21 S0 20 M 19 Cn 18 WE 17 A9 16 A8 151413 A 121110 B 987 C 6 uA5 5 uA4 4 uA3 3 uA2 2 uA1 1 uA0 表6-2 A、B、C各字段功能说明： 15 0 0 0 0 1 1 1 14 0 0 1 1 0 0 1 A字段 13 选择 0 1 LDRi 0 LDDR1 1 LDDR2 0 LDIR 1 LOAD 0 LDAR 12 0 0 0 0 1 1 1 11 0 0 1 1 0 0 1 B字段 10 选择 0 1 RS-B 0 1 0 1 ALU-B 0 PC-B 9 0 0 0 0 1 1 1 8 0 0 1 1 0 0 1 C字段 7 选择 0 1 P（1） 0 1 0 P（4） 1 LDAR 0 LDPC 24位微代码中各信号的功能

(1) uA5—uA0：微程序控制器的微地址输出信号，是下一条要执行的微指令的微地址。

(2) S3、S2、Sl、S0：由微程序控制器输出的ALU操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的某一种操作。

(3) M：微程序控制输出的ALU操作方式选择信号端。M＝0执行算术操作；M＝l执行逻辑操作。 (4) Cn：微程序控制器输出的进位标志信号，Cn＝0表示ALU运算时最低位有进位，Cn＝1则表示无进位。 (5)WE：微程序控制器输出的RAM控制信号。当/CE＝0时，如WE＝0为存储器读；如WE＝1为存储器写。 (6) A9、A8——译码后产生CS0、CS1、CS2信号，分别作为SW_B、RAM、LED的选通控制信号。 (7) A字段（15、14、13）——译码后产生与总线相连接的各单元的输入选通信号（见表6-1）。

(8) B字段（12、11、10）——译码后产生与总线相连接的各单元的输出选通信号。 (9) C字段（9、8、7） ——译码后产生分支判断测试信号P(1)~P(4)和LDPC信号。

系统涉及到的微程序流程见图6-2。当执行“取指令”微指令时，该微指令的判断测试字段为P(1)测试。由于“取