计算机组成原理实验报告.docx
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1、郑州航空工业管理学院计算机科学与应用系实验报告课 程 名:计算机组成原理学 号:姓 名:指导教师:成 绩;计算机科学与应用系实验三存储器实验1、实验目的了解计算机中半导体存储器RAM和EPROM和E2PROM的功能和区别。掌握存储器字扩展、位扩展的方法。理解并掌握半导体存储器芯片的扩展和验证方式。能够进一步深入的了解及熟悉所做的实验内容。2、实验要求在开始实验前,应该先复习存储器字扩展、位扩展的方法。在实验过程中,应该小心使用TEC-XP教学机,避免造成不必要的损坏。能够熟练的完成本次实验内容。3、实验原理TEC-XP教学机的存储系统中,2000H-27FFH的2K空间是由6116RAM芯 片
2、构成的。随机存储器的读写特性是:在不断电的情况下,CPU可以对该存储 器的任何单眼进行随机读写操作,其中内容可以长期保存,但该存储器是易失性 存储器,一旦断电,其中的数据均被清空。本次实验要在监控状态下,分别使用不同的监控命令对该RAM存储芯片的 读写特性进行验证。由于是联机测试,需要将TEC-XP的功能开关先置为00110。在断电后重新启动教学机,使用D命令再次查看所修改单元的内容,实验 中每次要改动芯片连接时,应该先断电再进行,在实验完成后,取下扩展芯片等, 需要注意的是在实验过程中,不要随意改动其他芯片的位置或连接。4、实验步骤该实验是联机实验,在开始实验前,先进行联机测试,需将TEC-
3、XP教学 机的功能开关设置为00110o再进行联机操作,在计算机上安装并打开软件大板可编程器件下的Pecel6,选择接口 1,按“RESET”和“START”按键,再按回车即可往里面输 入命令。先将e2prom的芯片插入扩展插槽位置,需要注意的是芯片插入时,应 将带有半圆形缺口的一方朝左插入,一旦插反会导致芯片烧毁。然后进行数据地址线连接,读写控制总线连接和片选信号的连接。进行扩展容量的读写特性的验证扩展用的E2PROM芯片,其读操作和RAM一样,而其写操作,由于要先擦 除信息再写入,因此需要一定的延迟时间,大约为1毫秒。子啊对E2PROM进 行写操作时,应加入一段延时子程序的调用,以完成正确
4、的读写。a.用E修改扩展单元的内容,并用D查看结果假设扩展连接采用的是默认地址4000H5FFFH,使用E命令修改该地址范 围内的某几个单元,再用D命令查看数据的修改情况。b.控制程序实验使用的E2PROM芯片不能直接用A命令输入程序,单字节的指令可能 会写进去,双字节指令的低位会出错。因此,可以将程序放到RAM (6116)中, 使用程序读写扩展空间5000H500FH单元。从2000H单元开始输入主程序:(2000) MVRD R0,0030MVRD R2,0010MVRD R2,0010R2记录循环次数MVRD R3,5000MVRD R3,5000R3的内容为16位内存地址(2006)
5、 STRR R3,R0CALA 2200(2006) STRR R3,R0CALA 2200将RO寄存器的内容放到R3给出的内存单元中调用程序地址为2200的延时子程序INC RO R0 力口 1INCINCR3R3 力口 1DECR2R2减1JRNZ2006R2不为0跳转到2006HRETc.延时子程序从2200H单元开始输入延时子程序(2002) PUSH R3MVRD R3,0001(2203) DEC R3JRNZ 2203POP R3RETd.运行程序,查看结果在命令提示符下输入:G 2000,按回车,运行程序。使用D命令查看 5000H500FH单元中的数据。5、实验结果及总结由于
6、本次实验是联机实验,在实验前,需要进行联机测试,还要把教学机的 功能开关设置为00110,应该注意的是在每次要改动芯片连接时,应先断电进行, 同时在实验过程中,不要随意改动其他芯片的位置或来接。通过本次实验,使我 了解到了存储器的字、位扩展的内容,原理,能够使用相关的命令完成实验中的 要求。在实验中,虽然也遇到了问题,但同过请教老师和同学,问题最终得到了 解决,并成功完成了本次实验。实验四微程序控制器实验(一)1、实验目的深入理解微程序控制器的功能和组成结构。学习教学计算机各指令的指令格式、寻址方式及执行流程。学习微程序控制器的设计过程和相关技术。能够理解基本指令的执行流程,并在教学机上验证其
7、对应的微指令。能够设计出几条指令的功能,格式和指令的流程,并在教学计算机上进行 测试。2、实验要求在实验前,认真准备,对于该实验的基本原理、微指令格式、以及相关机 器指令的微程序等内容预先做好分析和设计。在实验过程中,应该认真进行实验操作,仔细思考实验有关内容,把难点 内容通过实验理解清楚,争取最好的实验结果。实验之后,应该认真思考,写出实验总结,包括实验中遇到的问题和分析、 解决方法。3、实验原理(一)TEC-XP教学机的控制器基本原理TEC-XP教学机中包含组合控制逻辑和微程序控制逻辑两种不同结构的控 制器。本实验中使用的是微程序控制器,与微程序控制器相关的机器结构如下图 所示。控制器中使
8、用程序计数器PC跟踪机器指令的执行,使用PC中的内容访 存获取机器指令,得到的机器指令送入控制器中的指令寄存器IR暂存,并由微 程序控制器分析执行,执行过程中所有控制信号均由微程序控制器中的微命令寄 存器uIR发出。微程序控制器的工作过程是:对于指令寄存器IR中的机器指令,由地址映 射部件产生该指令所对应的微指令程序的入口地址,通过AM2901送给控制存 储器。取出的一条微指令送入微指令寄存器,其中的微命令字段用于发出控制信 号,控制各部件的执行,下地址字段与条件判定线路的各测试信号一起送给 AM2901,由其确定下条指令的地址,继续执行。(二)地址映射部件地址映射部件,即微指令地址映射部件,
9、它是由一片e2prom构成的,一 般称为MAPROMo指令寄存器IR将其中的高8位指令操作码送给MAPROM, MAPROM根据操作码与微地址之间的映射关系,给出该指令对应微程序入口的 地址。(三)TECXP教学机的微指令格式TEC-XP教学机的微指令共有48位,由16位的下地址字段和32位的操作 控制字段形成,其格式如下图:微下址CI3CIoSSC3SSCoIOMRW120183A 口地址B 口地址SSTSSHSCIDC2DCi8位4位4位3位9位8位8位3位1位2位3位3位(四)控制存储器控制存储器字长48位,用来存放TEC-XP教学机的所有微指令。硬件实现 时,是使用两片EEPROM芯片
10、(53C64)存放16位下地址字段信息,而32位 操作控制字段信息存放在MACH器件内。每次读控制存储器时,从这三个芯片中读出一条微指令。48位的微指令寄 存器也分为两段,即16位的下地址信息,和32位的微命令信息。(五)A、B、C、D组指令的执行流程4、实验步骤设定工作方式接通TEC-XP教学机的电源,将功能开关设置为11010,即设为单步、手动 执行指令、使用微程序控制器,联机操作。验证A组基本指令一一加法指令ADD RO,R1的微程序根据如下所示的ADD指令格式,可得到指令ADD RO, R1的机器代码为00000,其中高8位为ADD指令的操作码,接下来的两个4位分别对应R0和R1寄存器
11、。158 74 30OPDRSR先按下RESET按键,复位系统,然后通过16位的数据开关SW拨入指令代 码,再按下RESET按键,此时指示灯Microp亮,其它灯全灭。在完成以上设置后,接下来每次按下START按键,控制器就会执行一条微 指令,请在实验前看懂以下微指令,在实验中验证每条微指令,并记录每条微指 令执行时微地址、微下址指示灯的状态。加法指令ADD RO,R1的微程序微地址操作功能下址CboSCC3oMRWh-o183B 口A 口SSTSSHSCdc2DC|00H0PCDI #=()OOH11100(X)()1000010110010101()10100()001111()0()01
12、HPC-ARPC+1-PCOOH11100(X)010001101000001010101000001Oil00002HMEM-IROOH11100(X)()001()00()0100()()00()()00()()0()()0()001()0()03H/MAPOOH00100(X)()100()00()0100()()00()()00()()0()()0()()0()()0()04HRO+R1-RO30H001100001000010110000000000100100000000030HSTR-QCC#=INT#3AH001100101001110000000000000000000000
13、0Oil验证B组基本指令传送指令MVRD RO, D的微程序指令MVRD是将立即数传送到指定寄存器的数据传送类指令,该指令时双 字长双操作数的指令。其指令格式如下所示,则指令MVRD RO, D的机器代 码的高16位为10001,其中高8位为MVRD指令的操作码,接下来的4位对应 目的寄存器R0。本次实验,知识验证指令的微程序,至于该指令所传送的数据 D可采用存储单元中的随机值。15OPDR 0000DATA先按下RESET按键,复位系统,然后通过16位的数据开关SW拨入指令代 码,再按下RESET按键,此时指示灯Microp亮,其它全灭。传送指令MVRD R0,D的微程序微地址操作功能下址C
14、boSCC3oMRWho183B 口A 口SSTSSHSCdc2DC100H0PCDI #=0OOH111000001000010110010101010100000111100001HPC-ARPC+1-PCOOH11100000100Oil01000001010101000001Oil00002HMEM-IROOH111000000010000010000000000000000000100003H/MAPOOH0010000010000000100000000000000000000000IDHPC-ARPC+1-PCCC#=0ICH00110000100Oil0100000101010
15、1000001Oil000ICHMEM-DRCC#=030H001100000011110110000000000000000000000030HSTR-QCC#=INT#3 AH0011001010011100000000000000000000000Oil5、实验结果及总结在此次实验中,根据实验要求,每次实验操作后,所记录的每条微指令执行 时微地址、微下址等指示灯亮灯的状态与预期的结果相同。通过本次实验,使我了解到了微程序控制器的相关功能及组成结构,以及教 学计算机各类指令格式,寻址方式和操作流程,能够熟练地在教学机上面操作各 类指令。实验五微程序程序控制实验(二)1、实验目的深入理解微程
16、序控制器的功能和组成结构。学习教学计算机各指令的指令格式、寻址方式及执行流程。学习微程序控制器的设计过程和相关技术。能够理解基本指令的执行流程,并在教学机上验证其对应的微指令。能够设计出几条指令的功能,格式和指令的流程,并在教学计算机上进行 测试。2、实验要求在实验前,认真准备,对于该实验的基本原理、微指令格式、以及相关机 器指令的微程序等内容预先做好分析和设计。在实验过程中,应该认真进行实验操作,仔细思考实验有关内容,把难点 内容通过实验理解清楚,争取最好的实验结果。实验之后,应该认真思考,写出实验总结,包括实验中遇到的问题和分析、 解决方法。3、实验原理TEC-XP教学机中包含组合控制逻辑
17、和微程序控制逻辑两种不同结构的控 制器。本实验中使用的是微程序控制器。控制器中使用程序计数器PC跟踪机器 指令的执行,使用PC中的内容访存获取机器指令,得到的机器指令送入控制器 中的指令寄存器IR暂存,并由微程序控制器分析执行,执行过程中所有控制信 号均由微程序控制器中的微命令寄存器uIR发出。微程序控制器的工作过程是:对于指令寄存器IR中的机器指令,由地址映 射部件产生该指令所对应的微指令程序的入口地址,通过AM2901送给控制存 储器。取出的一条微指令送入微指令寄存器,其中的微命令字段用于发出控制信 号,控制各部件的执行,下地址字段与条件判定线路的各测试信号一起送给 AM2901,由其确定
18、下条指令的地址,继续执行。A、B、C、D组指令执行流程:TEC-XP教学机中,按照每条指令的功能和 实际的执行步骤,将指令分成了 A、B、C、D共4组,每条指令的所属组详见具体的指令描述。A组中的指令执行时,一般只是完成通用寄存器间的数据运算或传送,在取 指后可一步完成。B组中的指令,一般需要完成一次内存或I/O读、写操作,在取指后可两步 完成:第一步把要使用的地址传送到地址寄存器AR中,第二步执行内存或 I/O读写操作。C组中的指令,在取指后可三步完成:其中CALR在用两步读写内存后,第 三步执行寄存器间的数据传递;而其它指令在第一步置地址寄存器ARH、 ARL,第二步读内存(即取地址操作数
19、)、计算内存地址、置地址寄存器ARH、 ARL,第三步读、写内存。D组中的指令,完成两次读、写内存操作,在取指之后可四步完成。4、实验步骤分析D组基本指令一一子程序调用CALA ADR的微程序指令CALA是将立即数传送到指定寄存器的数据传送类指令,该指令时双 字长操作数指令。其指令格式如下图所示,则指令CALA ADR的机器代码的 高16位为11001110 00000000,其中高8位为CALA指令操作码,接下来的4 位对应目的寄存器R0。本次实验中,只是验证指令的微程序,至于该指令所用 到的直接地址可采用存储单元中的随机值。158 70OP0000 0000ADR先按下RESET按键,复位
20、系统,然后通过16位的数据开关SW拨入指令代 码,再按下RESET按键,此时指示灯Microp亮,其它灯全灭。在完成以上设置后,接下来每次按下START按键,控制器就会执行一条微指令,请在实验前看懂以下微指令,在实验中验证每条微指令,并记录每条微指 令执行时微地址、微下址指示灯的状态。子程序调用指令CALA ADD的微程序微地ill:操作功能下址CI3oSCC30MRW183B 口A 口SSTSSHSCdc2DCfOOH0PCDI #=0OOH111000001000010110010101010100000111100001HPC-ARPC+1-PCOOH11100000100Oil0100
21、0001010101000001Oil00002HMEM-IROOH111000000010000010000000000000000000100003H/MAPOOH00100000100000001000000000000000000000001FHPC-ARPC+1-PC30H11100000100Oil01000001010101000001Oil00020HMEM-QOOH111000000011110000000000000000000000000021HSP-1-SPSP-AROOH11100000100Oil01100101000000000000Oil00022HPC-MEM
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