電腦科學與技術系
實驗報告
專業名稱電腦科學與技術
課程名稱計算機組成與結構
專案名稱 cpu與簡單模型機設計實驗
班級學號姓名
同組人員無
實驗日期 2015-11-15
一、實驗目的
1.掌握乙個簡單cpu的組成原理；
2.在掌握部件單元電路的基礎上，進一步將其構造一台基本模型計算機；
3.為其定義五條機器指令，編寫相應的微程式，並上機除錯掌握整機概念。
二、實驗邏輯原理圖與分析
2.1 實驗邏輯原理圖及分析
本實驗要實現乙個簡單的cpu，並且在此cpu的基礎上，繼續構建乙個簡單的模型計算機。cpu由運算器（alu）、微程式控制器（mc）、通用暫存器（ro）、指令暫存器（ir）、程式計數器（pc）和位址暫存器（ar）組成，如圖下圖所示。這個cpu在寫入相應的微指令後，就具備了執行機器指令的功能，但是機器指令一般存放在主存當中，cpu必須和貯存掛接後，才有實際的意義，所以還需要在該cpu的基礎上增加乙個主存和基本的輸入輸出部件，以構成乙個簡單的模型計算機。
基本cpu構成原理圖
系統的程式計數器（pc）和位址暫存器（ar）整合在一片cpld晶元中。clr連線至con單元的縱情斷clr，按下clr按鈕，將是pc清零，ldpc和t3相與後作為計數器的計數時鐘，當load為低時，計數時鐘到來後將cpu內匯流排的資料打入pc。
程式計數器(pc)原理圖
2.2 邏輯原理圖分析
本模型機；和前面微程式控制器實驗相比，新增加一條跳轉指令jmp，供有五條指令：in（輸入）、add（二進位制加法）、out（輸出）、jmp（無條件轉移）、hlt（停機）、其指令格式瑞霞（高4為為操作碼）：
其中jmp為雙位元組指令，其餘均為單位元組指令，********為addr對應的二進位制位址碼。微程式控制器實驗的指令是通過手動給出的，現在要求cpu自動從儲存器讀取指令並執行。
系統涉及到的微程式流程如下圖所示，當擬定「取指」微指令時，該微指令的判別測試欄位為p<1>測試。由於「取指」微指令是所有微程式都使用的公用微指令，因此p<1>的測試結果出現多分支。本機用指令暫存器的高6位（ir7—ir2）作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定為位址單元，剩下的其他地方就可以一條微指令占用控制乙個微位址單元隨意填寫，微程式流程圖上的但願位址為16進製制。
當全部為程式設計完畢後，應將每條微指令**化，下表即為將下圖的微程式流程圖按微指令格式轉化而成的「二進位製微**表」。
簡單模型機微程式流程圖
二進位製微**表
三、 資料通路圖及分析 (畫出資料通路圖並作出分析)
資料通路圖
四、實驗資料和結果分析
4.1 實驗結果資料和結果資料分析如圖所示
聯機寫入的程式如下：
微控器實驗指令檔案
bytangduco.,ltd
endofmainmemorydata**//
p 00 20 ;start:in ro 從in單元讀入資料送ro
p 01 00 ;add ro,ro ro和自身相加，結果送ro
p 02 30 ;out roro的值送out單元顯示
p 03 e0 ;jmp start 跳轉至00h位址
p 04 00
p 05 50 ;hlt停機
end ofmainmemory data*****//
startofmicrocontrollerdata*****//
m00000001;nop
m01007070;con(ins)->ir,p<1>
m04002405;r0->b
m0504b201;a加b->r0
m30001404;r0->a
m32183001;in->r0
m33280401;r0->out
m35000035;nop
;//**endofmicrocontrollerdata**//
聯機寫入和校驗後，得如下結果：
（1）從in單元讀入資料送至ar。首先，ar位址為00，計數器pc加1，機器指令**送至mem單元，mem=20。
（2）mem中的機器指令**送至ir單元，再到控制器，進行解碼操作。
(3)ro暫存器讀入in單元輸入的資料
（4）ar位址為01，計數器pc加1，機器指令**送至mem單元，mem=00。
（5）mem中的機器指令**送至ir單元，再到控制器，進行解碼操作。
（6）將讀入的資料送到a暫存器，再送到b暫存器。最後將ro和自身相加，結果送到ro。
（7）進行計數解碼操作，將ro的值送至out單元，輸出。
（8）再進行計數解碼，跳轉到00，返回第一條機器指令
4.2 結果資料分析
從in單元輸入的資料是02，最後輸出的資料是04，結果是正確的。
五、實驗問題分析、思考題與小結
5.1實驗問題分析
實驗要完整無錯誤的進行，首先要確保實驗接線圖連線的正確性才能確保在進行實驗時資料通路流向以及資料的的正確性，這樣才能到達實驗的目的；在進行實驗過程中需要理解每一步驟的原因，也加強自己的理解性和掌握程度；實驗前要理解實驗原理,以便於提高實驗效果速率。
5.2 小結
本次實驗是cpu與簡單模型機設計實驗，剛開始可能是真的不懂該實驗要幹什麼，對一些知識點很陌生，完全不知道怎麼下手，後來通過老師和同學的幫助，慢慢知道了實驗的目的。難怪別人都說計算機組成原理不懂的通過做實驗也就明白了。當然，在學習實驗之前，預習是一定要的，這樣更能掌握實驗的主要部分，以及操作流程，也能讓自己很快的上手，達到老師布置給我們的任務。
還有一次實驗就要結束了，希望自己能夠做到更好。
得分（百分制）
實驗報告分析評價
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