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计算机组成原理 ——课程设计报告 学 院： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 2013年1月5日 目录 一、实验目的 3 二、实验设备 3 三、实验原理 3 1. 微程序控制电路 3 2、微指令格式 4 3、三条机器指令 5 4、微程序流程图 6 四、实验步骤 7 1、连接实验线路 7 2、根据指令系统编写程序 8 3、运行程序 9 五、心得体会 10 一、实验目的 掌握微程序控制器的组成原理。 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。 在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。 根据定义的五条机器指令，编写相应的微程序，并运行，形成整机概念。 实验设备 EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。 实验原理 1.微程序控制电路 图中运算器ALU由U7—U10四片74LS181构成，暂存器1由U3、U4两片74LS273构成，暂存器2由U5、U6两片74LS273构成。微控器部分控存由U13—U15三片2816构成。除此之外，CPU的其它部分都由EP1K10集成（其原理见系统介绍部分）。 存储器部分由两片6116构成16位存储器，地址总线只有低八位有效，因而其存储空间为00H—FFH。 输出设备由底板上的四个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总线的数据送入数码管显示。在开关方式下，输入设备由16位电平开关及两个三态缓冲芯片74LS244构成，当DIJ-G为低电平时将16位开关状态送上数据总线。在键盘方式或联机方式下，数据可由键盘或上位机输入，然后由监控程序直接送上数据总线，因而外加的数据输入电路可以不用 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、地址寄存器和程序计数器时，只有低8位有效。 图1.微程序控制电路 微指令格式 本系统设计的微程序字长共24位，其控制位顺序如下： 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE 1A 1B F1 F2 F3 uA5 uA4 uA3 uA2 uA1 uA0 Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案如表1： F1字段 F2字段 F3字段 15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择 0 0 0 LDRi 0 0 0 RAG 0 0 0 P1 0 0 1 LOAD 0 0 1 ALU-G 0 0 1 AR 0 1 0 LDR2 0 1 0 RCG 0 1 0 P3 0 1 1 自定义 0 1 1 自定义 0 1 1 自定义 1 0 0 LDR1 1 0 0 RBG 1 0 0 P2 1 0 1 LAR 1 0 1 PC-G 1 0 1 LPC 1 1 0 LDIR 1 1 0 299-G 1 1 0 P 4 1 1 1 无操作 1 1 1 无操作 1 1 1 无操作 表1 系统涉及到的微程序流程见图8-2（图中各方框内为微指令所执行的操作，方框外的标号为该条微指令所处的八进制微地址）。控制操作为P4测试，它以CA1、CA2作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和运行机器指令3路分支，占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。 机器指令的执行过程如下：首先将指令在外存储器的地址送上地址总线，然后将该地址上的指令传送至指令寄存器，这就是“取指”过程。之后必须对操作码进行P1测试，根据指令的译码将后续微地址中的某几位强制置位，使下一条微指令指向相应的微程序首地址，这就是“译码”过程。然后才顺序执行该段微程序，这是真正的指令执行过程。 在所有机器指令的执行过程中，“取指”和“译码”是必不可少的，而且微指令执行的操作也是相同的，这些微指令称为公用微指令，对应于图1中01、02、75地址的微指令。75地址为“译码”微指令，该微指令的操作为P（1）测试，测试结果出现多路分支。本实验用指令寄存器的前4位（I7-I4）