《計算機組成原理實驗》課程實驗報告實驗題目簡單模型機設計實驗班級11203070A姓名田經緯學號11203070422時間2014年5月22日成績

1實驗內容用所設計的5條機器指令編寫一匯編語言程序，運行該程序并觀察程序運行的結果。要求該程序必須包含IN、ADD、OUT、JMP、HLT指令并且程序的長度在6條指令以上。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。2實驗原理本實驗要實現(xiàn)一個簡單的CPU，并且在此CPU的基礎上，繼續(xù)構建一個簡單的模型計算機。CPU由運算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序計數器（PC）和地址寄存器（AR）組成,。本模型機和前面微程序控制器實驗相比，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（無條件轉移），HLT（停機），其指令格式如下（高４位為操作碼）：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。微程序控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。本實驗在前一個實驗的基礎上增加了三個部件，一是PC（程序計數器），另一個是AR（地址寄存器），還有就是MEM（主存）。因而在微指令中應增加相應的控制位，其微指令格式如表5-1所示。表5-1微指令格式232221201918-1514-1211-98-65-0M23M22WRRDIOMS3-S0A字段B字段C字段MA5-MA03實驗步驟1、編寫微程序根據以下流程圖，再結合圖5-1，完成微指令，并填入表5-1-2中圖5-1簡單模型機微程序流程圖當全部微程序設計完畢后，應將每條微指令代碼化，表5-2即為將圖5-4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”。表5-1-2二進制微代碼表地址十六進制高五位S3-S0A字段B字段C字段MA5-MA00000000100000000000000000000000101006D430000000001101101010000110310707000010000011100000111000030001404000000000001010000000100040024050000000000100100000001010504B2010000010010110010000000013218300100011000001100000000000133280401001010000000010000000001350000350000000000000000001101013C0000500000000001101101010111011D105141000100000101000000000001根據要求可得到以下程序，地址和內容均為二進制數。地址內容 助記符 說明00000000 00100000 ;START:INR0從IN單元讀入數據送R000000001 00000000 ;ADDR0,R0 R0和自身相加，結果送R000000010 00110000;OUTR0R0的值送OUT單元顯示00000011 11100000;JMPSTART跳轉至00H地址00000100 00000000;地址00000101 01010000 ;HLT 停機2、完成上述工作后，連接好實驗電路。3、聯(lián)機寫入和校驗聯(lián)機軟件提供了微程序和機器程序下載功能，以代替手動讀寫微程序和機器程序，但是微程序和機器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中。本次實驗程序如下，程序中分號‘；’為注釋符，分號后面的內容在下載時將被忽略掉：補充完整下列程序;//******StartOfMainMemoryData******//$P0020;START:INR0從IN單元讀入數據送R0$P0100;ADDR0,R0R0和自身相加，結果送R0$P0230;OUTR0R0的值送OUT單元顯示$P03e0;JMPSTART跳轉至00H地址$P0400;$P0550;HLT停機;//*******EndOfMainMemoryData*******//;//****StartOfMicroControllerData****//$M00000001;NOP$M01006D43;PC->AR,PC加1$M03107070;MEM->IR,P<1>$M30001404;R0->B$M04002405;A加B->R0$M0504B201;MEM->PC$M32183001;R0->A$M33280401;IN->R0$M35000035;R0->OUT$M3C006050;NOP$M1D105141;PC->AR,PC加1;//**EndOfMicroControllerData**//選擇聯(lián)機軟件的“【轉儲】—【裝載】”功能，在打開文件對話框中選擇上面所保存的文件，軟件自動將機器程序和微程序寫入指定單元。選擇聯(lián)機軟件的“【轉儲】—【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機所有的機器指令和微指令，并在指令區(qū)顯示，對照文件檢查微程序和機器程序是否正確，如果不正確，則說明寫入操作失敗，應重新寫入，可以通過聯(lián)機軟件單獨修改某個單元的指令，以修改微指令為例，先用鼠標左鍵單擊指令區(qū)的‘微存’TAB按鈕，然后再單擊需修改單元的數據，此時該單元變?yōu)榫庉嬁?，輸?位數據并回車，編輯框消失，并以紅色顯示寫入的數據。4.運行程序將時序與操作臺單元的開關KK1、KK3置為‘運行’檔，按動CON單元的總清按鈕CLR，將使程序計數器PC、地址寄存器AR和微程序地址為00H，程序可以從頭開始運行，暫存器A、B，指令寄存器IR和OUT單元也會被清零。將時序與操作臺單元的開關KK2置為‘單步’檔，每按動一次ST按鈕，即可單步運行一條微指令，對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。每運行完一條微指令，觀測一次CPU內總線和地址總線，對照數據通路圖，分析總線上的數據是否正確。當模型機執(zhí)行完JMP指令后，檢查OUT單元顯示的數是否為IN單元值的2倍，按下CON單元的總清按鈕CLR，改變IN單元的值，再次執(zhí)行機器程序，從OUT單元顯示的數判別程序執(zhí)行是否正確。4實驗結果在電腦上的電腦