2022年CPU与简单模型机设计实验报告 .pdf
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1、计算机科学与技术系实 验 报 告专业名称计算机科学与技术课程名称计算机组成与结构项目名称 CPU 与简单模型机设计实验班级学号姓名同组人员无实验日期 2015-11-15 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 10 页 - - - - - - - - - 一、实验目的1.掌握一个简单 CPU 的组成原理;2.在掌握部件单元电路的基础上,进一步将其构造一台基本模型计算机;3. 为其定义五条机器指令, 编写相应的微程序, 并上机调试掌握整机概念。二
2、、实验逻辑原理图与分析2.1 实验逻辑原理图及分析本实验要实现一个简单的CPU,并且在此 CPU 的基础上,继续构建一个简单的模型计算机。 CPU 由运算器( ALU ) 、微程序控制器( MC) 、通用寄存器(RO) 、指令寄存器( IR) 、程序计数器( PC)和地址寄存器( AR)组成,如图下图所示。这个 CPU 在写入相应的微指令后,就具备了执行机器指令的功能,但是机器指令一般存放在主存当中,CPU 必须和贮存挂接后,才有实际的意义,所以还需要在该 CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件,以构成一个简单的模型计算机。基本 CPU 构成原理图系统的程序计数器( PC)和地址寄存
3、器( AR)集成在一片 CPLD 芯片中。CLR 连接至 CON 单元的纵情断 CLR,按下 CLR 按钮,将是 PC清零,LDPC 和T3 相与后作为计数器的计数时钟, 当 LOAD 为低时,计数时钟到来后将CPU 内总线的数据打入 PC。程序计数器 (PC)原理图名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 10 页 - - - - - - - - - 2.2 逻辑原理图分析本模型机;和前面微程序控制器实验相比,新增加一条跳转指令JMP,供有五条指
4、令: IN(输入) 、ADD (二进制加法)、OUT(输出) 、JMP(无条件转移) 、HLT(停机) 、其指令格式瑞霞(高4 为为操作码):助记符机器指令码说明IN 0010 0000 IN-RO ADD 0000 0000 RO+RO-RO OUT 0011 0000 RO-OUT JMP addr 1110 0000 * addr-PC HLT 0101 0000 停机其中 JMP 为双字节指令,其余均为单字节指令,*为 addr对应的二进制地址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的,现在要求CPU 自动从存储器读取指令并执行。系统涉及到的微程序流程如下图所示,当拟定“取指”微指令时
5、,该微指令的判别测试字段为P测试。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的测试结果出现多分支。本机用指令寄存器的高6 位( IR7IR2)作为测试条件,出现5 路分支,占用 5 个固定为地址单元,剩下的其他地方就可以一条微指令占用控制一个微地址单元随意填写,微程序流程图上的但愿地址为 16 进制。当全部为程序设计完毕后, 应将每条微指令代码化, 下表即为将下图的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。简单模型机微程序流程图名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -精心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - -
6、 - - - - - - - - 第 3 页,共 10 页 - - - - - - - - - 二进制微代码表地址十六进制高五位S3S0 A 字段B 字段C字段MA5-MA0 00 00 00 01 00000 0000 000 000 000 000001 01 00 6D 43 00000 0000 110 110 101 000011 03 10 70 70 00010 0000 111 000 001 110000 04 00 24 05 00000 0000 010 010 000 000101 05 04 B2 01 00000 1001 011 001 000 000001 1D
7、 10 51 41 00010 0000 101 000 101 000001 30 00 14 04 00000 0000 001 010 000 000100 32 18 30 01 00000 0000 011 000 000 000001 33 28 04 01 00000 0000 000 010 000 000001 35 00 00 35 00000 0000 000 000 000 110101 3C 00 6D 5D 00000 0000 110 110 101 011101 三、 数据通路图及分析(画出数据通路图并作出分析)数据通路图四、实验数据和结果分析4.1 实验结果数
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