西安电子科技大学
计算机组织与体系结构 课程试验汇报
试验名称 计算机组织与体系结构
计算机 学院 1503013 班
姓名 陈宁 学号 同作者 罗超
试验日期 年 9 月 24 日
试验地点 E-II-311 试验批次 第二批
一．试验目
1．深入了解基础模型计算机功效、组成知识;
2．深入学习计算机各类经典指令实施步骤;
3．学习微程序控制器设计过程和相关技术, 掌握LPM_ROM配置方法。
4．在掌握部件单元电路试验基础上, 深入将单元电路组成系统, 结构一台基础模型计算机。
5．定义五条机器指令, 并编写对应微程序, 上机调试, 掌握计算机整机概念。
掌握微程序设计方法, 学会编写二进制微指令代码表。
6．经过熟悉较完整计算机设计, 全方面了解并掌握微程序控制方法计算机设计方法。
二．试验原理
1．在部件试验过程中, 各部件单元控制信号是人为模拟产生, 而本试验将能在微过程控制下自动产生各部件单元控制信号, 实现特定功效。
试验中, 计算机数据通路控制将由微过程控制器来完成, CPU 从内存中取出一条机器指令到指令实施结束一个指令周期, 全部由微指令组成序列来完成, 即一条机器指令对应一个微程序。
2．指令格式 （1）指令格式
采取寄存器直接寻址方法, 其格式以下:
其中, OP -CODE 为操作码, rs 为源寄存器, rd 为目寄存器, 并要求:
1,存放器读操作（KRD）: 下载试
验程序后按总清除按键（CLR）后, 控制
台SWA、SWB为“0 0”时, 可对RAM
连续手动读入操作。
2,存放器写操作（KWE）: 下载试
验程序后按总清除按键（CLR）后, 控制
台SWA、SWB为“0 1”时, 可对RAM
连续手动写操作。
3、开启程序（RP）: 下载试验程
图6-1 数据通路框图
序后按总清除按键（CLR）后, 控制台SWA、SWB为“1 1”时, 即可转入到微地址“01”号“取指令”微指令, 开启程序运行。
依据以上要求设计数据通路框图, 如图5-1所表示。
表6-1 24位微代码定义:
24位微代码中各信号功效
(1) uA5—uA0: 微程序控制器微地址输出信号, 是下一条要实施微指令微地址。
(2) S3、S2、Sl、S0: 由微程序控制器输出ALU操作选择信号, 以控制实施16种算术操作或16种逻辑操作中某一个操作。
(3) M: 微程序控制输出ALU操作方法选择信号端。
M＝0实施算术操作; M＝l实施逻辑操作。
(4) Cn: 微程序控制器输出进位标志信号, Cn＝0表示ALU运算时最低位有进位, Cn＝1则表示无进位。
(5)WE: 微程序控制器输出RAM控制信号。
当/CE＝0时, 如WE＝0为存放器读; 如WE＝1为存放器写。
(6) A9、A8——译码后产生CS0、CS1、CS2信号, 分别作为SW_B、RAM、LED选通控制信号。
(7) A字段（15、14、13）——译码后产生与总线相连接各单元输入选通信号（见表6-1）。
(8) B字段（12、11、10）——译码后产生与总线相连接各单元输出选通信号。
(9) C字段（9、8、7）——译码后产生分支判定测试信号P(1)~P(4)和LDPC信号。
系统包含到微程序步骤见图6-2。
当实施“取指令”微指令时, 该微指令判定测试字段为P(1)测试。
因为“取指令”微指令是全部微程序都使用公用微指令, 所以P(1)测试结果出现多路分支（见图6-2左图）。
用指令寄存器高4位（IR7-IR4）作为测试条件, 出现5路分支, 占用5个固定地址单元。
控制台操作为P(4)测试（见图6-2右图）, 它以控制台信号SWB、SWA作为测试条件, 出现了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, 剩下其它地方就能够一条微指令占用控制存放器一个微地址单元, 随意
填写。
注意: 微程序步骤图上微地址为8进制!
当全部微程序设计完成后, 应将每条微指令代码化, 表6-2即为图6-2微程序步骤图按微指令格式转化而成“二进制微代码表”。
表6-2 二进制微代码表
微地址微指令S3S2S1S0M C N W E A9A8 A B C UA5—UA0
00 018110000000100010000
0101E D82110110110000010 0200C048100000001001000 0300E004110000000000100 0400B005011000000000101 0501A206010001000000110 06619A010 1 1 0 0 0 0 1 1 001101000000001 0700E00D110000000001101 1001E D920 0 0 0 0 0 0 1 1 001110111000010 1101E D83110110110000011 1201E D87110110110000111 1301A20E010001000001110 1401A20F010001000001111 1500E0170 0 0 0 0 0 0 0 1 110000000010111 16099A01001101000000001 17399A01001101000000001 2001E D92110110110010010 2101E D94110110110010100 2200A010010000000010000
23018001000000000000001 2406010000000010001 25059A01001101000000001 2601A215010001000010101 27009001001000000000001指令寄存器（IR）: 指令寄存器用来保留目前正在实施一条指令。
当实施一条指令时, 先把它从内存取到缓冲寄存器中, 然后再传送至指令寄存器。
指令划分为操作码和地址码段, 由二进制数组成, 为了实施任何给定指令, 必需对操作码进行测试“P(1)”, 经过节拍脉冲T4控制, 方便识别所要求操作。
指令译码器: 依据指令中操作码强置微控制器单元微地址, 使下一条微指令指向对应微程序首地址。
三．试验步骤
1．微程序输入: 依据表6-2所对应二进制微代码, 编辑LPM_ROM配置文件ROM_11.mif(参考demoD_cpu5文件夹中同名文件), 并将其保留在与试验电路b100_c.bdf工程所在文件夹中, 与试验电路b100_c.bdf一同编译后, 得到下载文件b100_c.sof。
下载配置文件bus_c.sof下载到试验系统。
试验板上时钟clock0选择输入频率为1.5MHz。
图6-3是示例原理图, 详见b100_c.bdf。
2．输入模型机程序(示例工程文件是b100_c.bdf )
01 00ED82
PC→AR
02 00C048
RAM→BUSB
US→IR
10 001001
01
3.在0模式下, 将3, 4置1, 任意输入一个数字, 然后按7, 依次完成减法, 清零, 自加1, 取反。
或, 自减1操作。
四．在试验中碰到问题及处理方法
问题: 1.在向Rom存放微指令时输入错误使程序陷入死循环。
2.驱动程序犯错, 不能将程序下载到试验箱。
处理: 1.数次检验比对Rom中微指令, 找犯错误并更正。
2.重新安装驱动。
五．个人心得
在这次课程设计作业过程中因为在设计方面我们没有经验, 理论基础知识掌握得不牢靠, 在设计中难免会出现这么那样问题, 经过认真剖析计算机组成原理试验教学系统时序功效部件、指令译码电路、寄存器组控制、微指令格式、微指令步骤、微地址形成部件功效结构和工作机制, 列出对应逻辑方程, 找出指令操作码字段与微程序入口地址形成、寄存器组控制对应关系, 确定每个时钟节拍所对应微操作; 依据计算机组成原理试验教学系统功效最大化引脚图和完整数据通路图, 设计自己微指令步骤框架、控制台步骤, 完整指令系统, 微程序步骤总图, 微指令代码表。
在此次课程设计过程中, 我更深入地熟悉了计算机结构及掌握了各个部件工作原理和其具体使用方法。
也锻炼了自己独立思索问题能力和经过查看相关资料来处理问题习惯。
即使这只是一次简单课程设计, 但经过这次课程设计我们了解了
课程设计通常步骤, 和设计中应注意问题。
设计本身并不是有很关键意义, 而是同学们对待问题时态度和处理事情能力。
至于设计成绩无须看太过于关键, 而是设计过程, 设计思想和设计过程中每一个步骤。
这次课程设计以后,使我明白了,做任何事情都要认真仔细,不然话,你会花更多时间才会做好。
课程设计有利于提升我们动手能力,能把我们所学书本知识利用到实际生活中去。
同时也丰富了我们业余生活,提升我们对知识了解能力。
这次课程设计最终顺利完成了, 在设计中碰到了很多问题, 最终在老师指导下, 最终游逆而解。
同时, 对给过我帮助全部同学和各位指导老师再次表示忠心感谢!。