计算机组成原理-指令扩展实验解析

计算机组成原理扩展实验报告总结
一、实验目的
通过本次实验，旨在加深对计算机组成原理的理解，掌握计算机各个组件的工作原理及相互之间的联系。

同时，通过实验操作，提高动手能力和解决问题的能力。

二、实验内容
本次实验主要涉及计算机的五大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

实验内容包括：
1. 运算器实验：通过模拟运算器的运算过程，了解加法、减法、乘法和除法等基本运算的实现原理。

2. 控制器实验：通过模拟控制器的指令执行过程，了解指令的取指、解码、执行和回写等阶段的工作原理。

3. 存储器实验：通过观察存储器的读写过程，了解存储器的组织结构和访问机制。

4. 输入设备实验：通过实际操作不同类型的输入设备，了解键盘、鼠标、触摸屏等设备的工作原理。

5. 输出设备实验：通过观察打印机的打印过程，了解打印机的构造和工作原理。

三、实验过程
在实验过程中，我们按照实验指导书的步骤进行操作，并记录了实验数据和观察结果。

在遇到问题时，我们通过查阅资料和相互讨论，共同解决问题。

四、实验总结
通过本次实验，我们深入了解了计算机的组成和工作原理，掌握了五大部件的基本概念和工作方式。

同时，实验过程中我们遇到了一些问题，通过解决问题，提高了我们的动手能力和解决问题的能力。

此外，通过本次实验，我们认识到计算机组成原理在实际应用中的重要性，为我们后续的学习和工作中提供了坚实的基础。

实验一运算器组成实验一、实验目的1.熟悉双端口通用寄存器堆（组）的读写操作。

2.熟悉简单运算器的数据传送通路。

3.验证运算器74LS181的算术逻辑功能。

4.按给定数据，完成指定的算术、逻辑运算。

二、实验原理上图是本实验所用的运算器数据通路图。

参与运算的数据首先通过实验台操作板上的八个二进制数据开关SW7-SW0来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆RF中。

RF由一个ispLSI1016实现，功能上相当于四个8位通用寄存器，用于保存参与运算的数据，运算后的结果也要送到RF中保存。

双端口寄存器堆模块的控制信号中，RS1、RS0用于选择从B端口（右端口）读出的通用寄存器，RD1、RD0用于选取从A端口（左端口）读出的通用寄存器。

而WR1、WR0用于选择写入的通用寄存器。

LDRi是写入控制信号，当LDRi=1时，数据总线DBUS上的数据在T3写入由WR1、WR0指定的通用寄存器。

RF的A、B端口分别与操作数暂存器DR1、DR2相连：另外，RF的B端口通过一个三态门连接到数据总线DBUS上，因而RF 中的数据可以直接通过B端口送到DBUS上。

DR1和DR2各由1片74LS273构成，用于暂存参与运算的数据。

DR1接ALU 的A输入端口，DR2接ALU的B端口。

ALU由两片74LS181构成，ALU的输出通过一个三态门(74LS244)发送到数据总线DBUS上。

图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中S3，S2，Sl，S0，M，Cn#，LDDR2，LDDRl， ALU-BUS#，SW-BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0等是电位信号，用电平开关K0—Kl5来模拟。

T2、T3是脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电路上。

#为低电平有效。

K0—K15是一组用于模拟各控制电平信号的开关，开关向上时为1，开关向下时为0，每个开关无固定用途，可根据实验具体情况选用。

实验中进行单拍操作，每次只产生一组Tl，T2，T3，T4脉冲，需将实验台上的DP，DB开关进行正确设置。

计算机科学学院课程设计报告课程计算机组成原理题目用户输入数据的阶加年级2009级专业计算机科学与技术学号学生任课教师2012 年月日课程设计题目用户输入数据的阶加验收时间2012年2月28日验收地点指导教师小组成员具体分工备注无课题总体设计思想概述在TEC-2000教学计算机仿真软件系统的PC机上，用已有基本指令，运用已经掌握的指令格式、指令操作码编码、寻址方式和指令功能等基本内容，以及教学计算机总体组成和各部件的运行原理，完成扩展新的指令，使新指令能够在教学机上运行。

设计出新扩展指令的微程序段，合理安排到已有基本指令的微程序中。

课题设计目的和原理实验目的：（1）进一步熟悉教学计算机指令格式、指令编码、寻址方式和指令功能；（2）进一步熟悉教学计算机的总体组成和各部件的运行原理，理解指令的执行过程；（3）通过对指令系统的扩展，了解微程序控制器设计和实现的基本过程；（4）思考和讨论微程序控制器的特点并与组合逻辑控制器进行比较。

实验原理：指令由微控制命令组成，可以通过微地址找到。

通过更改下址可以把微程序串联起来。

通过封装组合把一段微程序写成一条扩展的新微指令。

课题设计方案实验方案设计：（一）根据题目内容，把题目转化成数学公式为：N+(N-1)+(N-2)+ (1)这个指令要求的指令之外首先把N的值放入r0寄存器中，结果也在r0中。

（二）实现N+(N-1)+(N-2)+···+1此计数公式的汇编程序为：org 2000hpush r8push r14mvrd r0,X (X为用户自定义的数)mvrd r8,Xmvrr r14,r5h:dec r8add r0,r8jrnz hpop r8pop r14retend（三）把以上程序封装在设置好的扩展指令中，扩展指令为zxd 00111001 46扩展指令的入口地址为38。

（四）根据扩展指令，修改好的新ROM地址单元，如下示：（五） 生成新的ROM 文件，并保存。

计算机组成原理扩展指令1. 简介计算机组成原理是计算机科学与技术领域中的一门基础课程，它主要研究计算机内部硬件组成、运行原理和指令系统等内容。

在计算机组成原理中，扩展指令是一种对计算机指令系统进行扩展的技术，可以增加计算机的功能和性能。

本文将介绍计算机组成原理中的扩展指令的概念、分类、实现方式以及应用场景等内容。

2. 扩展指令的概念扩展指令是指在原有指令系统的基础上，向计算机的指令集中增加新的指令。

这些新指令可以提供更高级的功能和更快的执行速度，从而提升计算机的性能。

扩展指令可以通过硬件或软件的方式实现。

硬件扩展指令是通过在计算机的中央处理器（CPU）中添加新的电路和逻辑来实现的。

软件扩展指令是通过编写新的指令集扩展程序，并在操作系统中加以支持来实现的。

3. 扩展指令的分类根据扩展指令的功能和用途，可以将其分为以下几类：3.1 算术扩展指令算术扩展指令是对计算机的算术运算功能进行扩展的指令。

常见的算术扩展指令包括浮点运算指令、向量运算指令和高级数学运算指令等。

通过使用这些扩展指令，可以提高计算机处理复杂数学运算的能力。

3.2 逻辑扩展指令逻辑扩展指令是对计算机的逻辑运算功能进行扩展的指令。

常见的逻辑扩展指令包括位操作指令、布尔运算指令和条件分支指令等。

通过使用这些扩展指令，可以提高计算机处理逻辑运算的能力。

3.3 存储扩展指令存储扩展指令是对计算机的存储器功能进行扩展的指令。

常见的存储扩展指令包括缓存控制指令、块数据传输指令和页面管理指令等。

通过使用这些扩展指令，可以提高计算机的存储效率和访问速度。

3.4 控制扩展指令控制扩展指令是对计算机的控制流程功能进行扩展的指令。

常见的控制扩展指令包括异常处理指令、中断指令和协程切换指令等。

通过使用这些扩展指令，可以提高计算机的控制流程处理能力。

4. 扩展指令的实现方式扩展指令可以通过硬件或软件的方式实现。

4.1 硬件扩展指令硬件扩展指令是通过在计算机的中央处理器（CPU）中添加新的电路和逻辑来实现的。

实验一、实验箱介绍与DEBUG简单使用一、实验目的1）了解实验箱的构成2）掌握模型机的结构框图3）学会DEBUG的简单使用二、实验内容1.实验箱介绍图1-1 计算机组成原理实验箱图1-1给出了实验箱的结构图，构成部分均在实验箱的印刷电路板上标注，如：ALU Uint（算逻单元）、Input Device Unit（输入单元）、Switch Unit（控制开关单元）、Bus Unit（总线单元）……,同学们要结合计算机的组成原理，确定运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等在实验箱中的位置。

2.模型机的框图图1-2 模型机框图图1-2给出了计算机模型机的框图，同学们在做实验时，要体会实验中数据的流向，以便对整机有一个完整的认识。

3.DEBUG的简单使用DEBUG须在DOS环境下运行。

具体操作可以在Windows操作系统的“开始”菜单的“运行”对话框中输入“CMD”（命令command）如图1-3所示。

图1-3 Windows的运行窗口Windows的“DOS”模式，如图1-4所示。

图1-4 Windows下的“DOS”模式输入命令DEBUG(调试)，见图1-5.图1-5 DEBUG调试窗口DEBUG命令是在“-”下，由键盘键入的。

每条命令以单字母命令符开头，然后是命令的操作参数，操作参数与命令符之间用空格隔开，操作参数与操作参数之间用空格或逗号隔开，命令的结束符是回车键。

命令及参数的输入可以是大小写的结合。

Ctrl+Break键可中止命令的执行。

Ctrl+Num Lock键可暂停屏幕卷动，按任一键继续。

所用数均为十六进制数，不用加H。

有关DEBUG中的D(显示)、R(寄存器)、U(反汇编)、G(执行)和Q(退出)等命令已在前面讲过了。

下面介绍本实验用到的DEBUG的命令：（1）A-汇编，用于输入汇编语言源程序（2）g-运行，运行用A命令编写的汇编语言程序（3）e-编辑，用于修改计算机内存中存储单位的数据（4）d-显示，用于显示计算机内存中存储单位的数据（5）q-退出，用于退出DEBUG的状态，到DOS提示符下。

组成原理课程设计扩展指令一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握扩展指令在计算机组成原理中的作用与重要性。

2. 学习并掌握至少三种不同类型的扩展指令及其工作原理。

3. 了解扩展指令在提升计算机性能与执行效率方面的作用。

技能目标：1. 能够运用所学扩展指令解决实际问题，提高编程与问题求解能力。

2. 学会分析不同扩展指令的优缺点，并能在实际场景中进行合理选择与运用。

3. 培养学生通过查阅资料、自主学习，不断提高对扩展指令及相关知识的掌握。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机组成原理的学习兴趣，激发他们的探究欲望。

2. 增强学生的团队合作意识，学会在小组讨论中倾听、交流、协作。

3. 使学生认识到学习扩展指令对于理解计算机内部运作机制的重要性，增强对技术进步的敏感度。

课程性质：本课程为计算机组成原理的拓展内容，以深化学生对计算机指令系统的理解，提高其在编程与系统优化方面的实际应用能力。

学生特点：学生已具备基本的计算机组成原理知识，具有一定的编程基础，对复杂概念的理解能力较强。

教学要求：结合实际案例，以问题为导向，引导学生主动探究，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新思维。

通过分解课程目标为具体的学习成果，使学生在学习过程中有明确的指导和评估依据。

二、教学内容1. 教学大纲：a. 引言：扩展指令的概念及其在计算机系统中的作用。

b. 扩展指令的类型与特点。

c. 扩展指令的工作原理及编程应用。

d. 扩展指令的性能分析与优化。

e. 案例分析与实验操作。

2. 教学内容安排与进度：a. 引言（1课时）：介绍扩展指令的基本概念，引出其在计算机性能提升中的重要性。

b. 扩展指令类型与特点（2课时）：讲解不同类型的扩展指令，分析其特点及适用场景。

c. 扩展指令工作原理（3课时）：详细讲解扩展指令的工作原理，结合实例进行阐述。

d. 编程应用（2课时）：介绍如何在编程中应用扩展指令，提高程序性能。

e. 性能分析与优化（2课时）：分析扩展指令对计算机性能的影响，探讨优化策略。

图2-3-11 十六位指令总线数据通路2、指令寄存器IR偶字节打入3、指令寄存器IR奇字节打入4、指令寄存器IR取指与散转七、实验感想图2-4-1　运算器数据通路BX的写控制由O2~O0编码定义，通过按【单拍】钮完成运算源的三、运算器功能编码①若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1111）则F=AH，即AH内容送到数据总线。

②若运算控制位设为（M S2 S1 S0=1000）则F=BH，即BH内容送到数据总线。

(6)奇字节逻辑运算令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1101），为逻辑与，FUN及总线显示AH逻辑与BH的结果。

令M S2 S1 S0（K15 K13~K11=1100），为逻辑或，FUN及总线显示AH逻辑或BH的结果。

五、实验结果示例1　算术运算1、字算术运算（1）字写操作（置数操作）（2）字读操作（运算寄存器AX和BX内容送总线）（3）字逻辑运算2、字节算术运算（1）偶字节写（置数操作）（2）偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送总线）（3）偶字节减法运算（不带进位加）示例2　逻辑运算1、字逻辑运算(1)字写操作（置数操作）(2)字读操作（运算寄存器AX 和BX 内容送总线）(3)字逻辑运算2、字节逻辑运算(1)偶字节写操作（置数操作）(2)偶字节读操作（运算寄存器AL和BL内容送数据总线）(3)偶字节逻辑运算(4)奇字写操作（置数操作）(6)奇字节逻辑运算六、实验思考验证表下表ALU运算器编码表所列的运算功能。

在给定AX=6655h、BX=AA77h的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下页表格中，并和理论分析进行比较、验证。

表2.4.2　ALU运算器真值表K15K13K12K11AX BX运算结果运算控制运算表达式M S2S1S0带进位算术加A+B+C00006655AA77FUN=( 10CC )带借位算术减A-B-C00016655AA77FUN=( BBDE )带进位左移RLC A00106655AA77FUN=( CCAA )带进位右移RRC A0011FUN=( 332A )算术加A+B0100FUN=( 10CC )算术减A-B0101FUN=( BBDE )左移RL A0110FUN=(CCAA)。

XXXXXX计算机系设计性实验实验报告课程名称计算机组成原理 B实验学期 XXXX 至 XXXX 学年第 X 学期学生所在系部计算机系年级 XXXX 专业班级 XXXXXX学生姓名 XXX 学号 XXXXXXXXXXXX任课教师 XXX实验成绩计算机系制《计算机组成原理》课程设计性实验报告开课实验室：年月日CM5内存储(B口,A口)CM6内存储(0 SST,SSH SCI)CM7内存储(0 DC2,0 DC1)（2）、指令ADTW DR对应的微程序为：00 E0 43 38 00 11 0030 30 43 38 00 11 00指令ADRM DR,[SR] 对应的微程序为：00 E0 44 90 00 00 3000 E0 43 08 00 00 0030 30 16 38 00 00 00①微下地址：30(表示返回公操作)②(CI3～CI0,SCC3～0)：CI3~0是提供给Am2910芯片的命令码,编码为0011时，其功能为条件微指令转移，为1110时，其功能为顺序执行。

SCC3~0用于指出形成Am2910使用的/CC信号所依据的判断条件,编码为0000时表示功能为必转移，具体情况如图：③(0 /MIO REQ /WE,0 I2～I0)：/MIO（0：有内存或串口读写，1：无）REQ （0：读写内存， 1：读写串行口）/WE （0：写操作， 1：读操作）④(SA I8～I6,SB I5～I3)：SA、SB用于指明运算器A口、B口的地址信号是由微指令中的A3~A0、B3~B0字段给出，还是由当前指令的操作数地址字段SR、DR给出,I8~6为结果处理方案的控制信号,I5~3为运算功能选择控制信号,当SA=SB=0时是由微指令的A、B口给出，当SA=SB=1时是由IR的SR、DR字段给出；I8~6编码为011表示运算结果送B寄存器并把结果输出；I5~3编码为111表示运算功能为/(R⊕S)，当其编码为000表示运算功能为S+R。

实验五扩展指令设计一、实验目的1. 进一步掌握计算机组合逻辑控制器的功能、组成知识。

2. 进一步学习计算机各类典型指令的执行流程。

3. 学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。

二、实验设备微机、JETEG电缆、组成原理实验箱。

三、实验步骤（1）确定所设计的指令的汇编语句和指令格式，包括操作码的编码、操作数。

（2）给出指令执行步骤（不用包括取指）。

（3）给出每一个执行步骤的控制信号（上面一行写注释，下面一行写编码）。

（4）写出指令的逻辑表达式，编译、生成熔丝文件，并下载到MACH芯片中。

（5）通过手拨指令验证（2）中控制信号是否正确。

（6）编写汇编程序段验证指令的控制是否确性。

四、实验内容（以下每组指令中，至少实现一条。

）1. 请设计下列A组指令，编码可以采用A组基本指令中未使用的编码，如：0000 1100~0000 1111；0100 0000、0100 0010、0100 0011等。

（1）ADC DR,SR 功能：带进位加，SR+DR+C→DR指令汇编语句：ADC DR,SR指令完整格式：00001100 DRSR操作码的编码：00001100操作数：DR ，SR每一个执行步骤的控制信号（不用包括取指）：在原来的.abl文件中的对应位置添加如下的逻辑表达式：ADC = (IR==[0,0,0,0,1,1,0,0]);SCi1 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)A3 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR3A2 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR2A1 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR1A0 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR0B3 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR7B2 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR6B1 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR5B0 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)&IR4I7 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)SST0 #(T==[0,0,1,1])&(ADC)编译.abl文件，生成.jed文件，将.jed文件下载到MACH芯片中。

计算机组成原理实验报告一、实验目的：理解存储器的功能掌握运用Proteus软件设计ROM和RAM的方法掌握存储器地址空间映射的原理完成指定字长的存储器电路及ROM和RAM的数据读写操作 二、实验设备TD-CMA实验箱Proteus仿真软件三、实验原理四、实验箱实验1.实验目的①可以熟练操作试验箱完成指定地址单元的数据存取操作。

②可以解释地址和数据的区别，以及在存储器中的作用。

③可以解释读写控制逻辑的转换过程和作用。

④可以画出存储器位扩展和字扩展的原理图。

2.实验过程①依照电路图连接电路②将时序与操作台单元中的KK1、KK3置”运行”档，KK2置为“单步”档。

③将CON单元的IOR开关置1（IN单元无输出，避免总线竞争），然后再打开电源开关，如果听到有长鸣的“嘀”声，说明总线竞争，需要立即关闭电源，检查连线。

④按动CON单元CLK按钮，将运算器当前数据（例如：寄存器A、B及FC、FZ）清零。

⑤（设置存储地址）关闭存储器读写数据信号：WR、RD。

⑥设置数据送到存储器地址：IOR置０。

⑦IN单元D7……D0形成一个8位二进制数地址，设置地址输入控制信号LDAR，将选取一个指定的地质单元，按动ST产生T3脉冲，指定地址被放入地址寄存器（AR）中。

⑧（存储数据）IN单元D7……D0形成一个数据，设置数据写入控制信号WR=1、RD=0、IOR=1，按动ST产生T3脉冲，数据存入指定的存储单元中。

⑨（读取数据）设置数据写入控制信号IOR=1、WR=0、RD=1，数据总线上的数据即为从指定的存储单元中取出的数据。

3.实验结果。

1.当按下CLK时，总线中的数据清空，所有指示灯熄灭，存储器以及寄存器中的数据清空。

2.在IN中设置一个八位二进制地址（00100110）同时将IOR置0、WR置0、RD置0、LDAR置1，按下ST产生脉冲。

此时暂存器中保存该八位二进制的地址，同时将该地址传送到AR中。

3.在IN中设置一个八位二进制数据（01101001），同时将IOR置1、WR置0、RD置0、LDAR置0，按下ST产生脉冲，将该数据保存到该地址中。

计算机组成原理的实验报告一、实验目的本次实验的主要目的是深入理解计算机组成原理中的关键概念和组件，通过实际操作和观察，增强对计算机硬件系统的认识和掌握能力。

具体包括：1、了解计算机内部各部件的工作原理和相互关系。

2、熟悉计算机指令的执行流程和数据的传输方式。

3、掌握计算机存储系统的组织和管理方法。

4、培养分析和解决计算机硬件相关问题的能力。

二、实验设备本次实验使用的设备包括计算机、逻辑分析仪、示波器以及相关的实验软件和工具。

三、实验内容1、运算器实验进行了简单的算术运算和逻辑运算，如加法、减法、与、或等操作。

观察运算结果在寄存器中的存储和变化情况。

2、控制器实验模拟了指令的取指、译码和执行过程。

分析不同指令对计算机状态的影响。

3、存储系统实验研究了内存的读写操作和地址映射方式。

考察了缓存的工作原理和命中率的计算。

4、总线实验观察数据在总线上的传输过程和时序。

分析总线竞争和仲裁的机制。

四、实验步骤1、运算器实验步骤连接实验设备，将运算器模块与计算机主机相连。

打开实验软件，设置运算类型和操作数。

启动运算，通过逻辑分析仪观察运算过程中的信号变化。

记录运算结果，并与预期结果进行比较。

2、控制器实验步骤连接控制器模块到计算机。

输入指令序列，使用示波器监测控制信号的产生和变化。

分析指令执行过程中各个阶段的状态转换。

3、存储系统实验步骤搭建存储系统实验电路。

进行内存读写操作，改变地址和数据，观察存储单元的内容变化。

分析缓存的替换策略和命中率的影响因素。

4、总线实验步骤连接总线模块，配置总线参数。

多个设备同时发送数据，观察总线的仲裁过程。

测量数据传输的时序和带宽。

五、实验结果与分析1、运算器实验结果加法、减法等运算结果准确，符合预期。

逻辑运算的结果也正确无误。

观察到在运算过程中，寄存器的值按照预定的规则进行更新。

分析：运算器的功能正常，能够准确执行各种运算操作，其内部的电路和逻辑设计合理。

2、控制器实验结果指令能够正确取指、译码和执行，控制信号的产生和时序符合指令的要求。

计算机组成原理实验报告3上海⼤学计算机组成原理实验报告三姓名：学号：座位号：上课时间：教师：报告成绩：⼀．实验⽬的1. 读出系统已有的微指令，并理解其含义。

2. 设计并实现微指令系统。

⼆．实验原理1.微指令构造①译码器：前两次实验的每⼀项操作都是通过⼈⼯设置电键ki的位置——Ki编码，然后给出⼀个CK脉冲来完成。

如果有⼀个器件能给出对应与每个操作的ki编码，这个器件就可以代替我们来为操作译码——产⽣控制信号，这个器件就是指令译码器，也叫控制器。

常见的控制器有两种：⽤组合逻辑电路实现控制信号的逻辑电路结构和⽤存储器实现控制信号的微程序结构。

前者将在《在系统编程技术及应⽤》课程中学习。

这⾥学习后者。

②微指令：把⼀个操作的控制总线编码放在⼀个存储单元中，同时给出调⽤这个单元的⽅法（例如：这个单元的地址），则对使⽤者⽽⾔，这个调⽤⽅法等价于控制总线编码本⾝，⼆者都称为微指令（不同场合具体指向不同或没有区别）。

对于操作：“ACH送⼊寄存器A”有ki编码：1111 11110，假定将其存⼊⼀个地址为F3H的随意选取的存储器单元中，且可以⽤“读F3”的⽅式取出这个内容并送上控制总线，则“读F3”和1111 11110是这个操作的微指令，这两个表达形式等价。

③操作序列的形式化表述：同理：把操作“BDH送⼊寄存器W”的ki编码1111 11101存⼊随意选取的FDH地址单元；操作“A－W”的ki编码1111 00111存⼊随意选取的B2H地址单元；操作“直通门D的内容送OUT寄存器”的编码0100 111111存⼊DCH地址单元。

④实验箱的微指令系统：制造⼚的⼯程师根据这个实验箱的功能、部件数量、必须的基本操作等要求，给它安排了24条控制线——控制总线宽度为24。

相应地，每条微指令有24位、微程序存储器的每个地址也必须是24位的存储单元。

于是⼚家把3⽚8位存储器的对应地址并接在⼀起，构成⼀个24位的存储器。

具体连接见下图1。

《计算机组成原理A》课程设计性实验报告开课实验室：计算机组成原理实验室年月日实验题目指令扩展实验一、实验目的深入了解教学计算机微程序控制器的组成和设计技术，包括Am2910器件的功能与具体用法，教学计算机的总体组成和部件之间的连接方法，总之应该深入理解控制器部件的组成、设计、控制与使用等诸项知识。

二、设备与环境TEC-XP+教学机，微机(装有Windows XP、ISPLEVER、ispVM System等软件)。

三、实验内容在现有的基本指令系统上，扩展2条指令，分别是：指令一：NXOR DR,SR ，其功能是（DR⊕SR） DR 。

指令二: SWRM DR,[SR] ,其功能是DR与[SR]的值互换，实现寄存器与内存单元（通过间接寻址方式）之间的数据传送。

四、实验步骤1、CPU模型2、微程序控制器组成原理框图3、机器指令与微指令关系① PC:存放下一条机器指令的地址（向指令存储器提供指令地址）。

②指令存储器：（存放所有机器指令），经地址译码，选中相应存储单元，取出相应机器指令，送入指令寄存器IR。

③指令寄存器IR：存放正在执行的机器指令。

机器指令包含两个字段：操作码（OP）、地址码。

④由操作码（OP）映射得到微地址（译码过程），即机器指令所对应的微程序入口地址，存入微地址寄存器。

⑤控制存储器存放所有的微程序，经地址译码读出一条微指令。

⑥由控制存储器读出的一条微指令存入微指令寄存器。

4、教学机TEC-XP的控制器提供的控制信号（微指令格式）① B0-B5字段：DC1:CPU内部总线数据来源选择控制，详见表1-1；DC2:专用寄存器接收控制，详见表1-2。

② B6-B11字段：SSH SCI:最低进位输入、移位输入控制信号，详见表2-1；SST：状态寄存器控制信号，详见表2-2。

③ B12-B19字段：A口：0000表示不使用寄存器，1000表示取IR中的SR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）；B口：0000表示不使用寄存器，1000表示取IR中的DR，0100表示R4(SP),0101表示R5（PC）。

网络空间安全与计算机学院计算机组成与体系结构实验报告一、实验目的：通过学习复杂模型机的内容掌握机器指令的运行过程，了解指令是如何分解为微指令来一步步执行的，并通过学习能够达到自主设计微指令。

二、实验原理：通过计算微地址来散转到制定的微指令的位置，然后在此微地址编写实现功能的微指令，一步步执行，最后进行结尾变址，来实现预想的功能。

三、实验过程及现象：首先定下想要实现的扩展指令功能和指令码形式扩展指令 com r0, r1 ;功能 R0，R1先求补码在与非，最后结果存入R0指令系统：助记符操作数指令码长度注释COM R0,R1 C1 1 将R0，R1中的数据，分别求补码后，进行与非操作首先我编写的指令是COM ，指令码制定的为C1，所以计算散转地址为0780 ，于是COM 指令的操作需在0780 微地址处编写：COM R0,R1 ; 指令功能是将R0，R1中的数据，分别求补码后，进行与非操作想要实现COM 指令，需先弄清楚需要哪些微指令来实现这个操作。

基本可以分解为如下微指令操作：1、输入 R0，R12、（对R0，R1求补码）把R0取反再 +1，把R1取反再 +13、对R0，R1 进行与非操作大致分好了基本的过程，下面就是具体的实现这三步的微操作了。

第一步：输入 R0，R1实现R0，R1的输入。

散转到07A0 ，编写微指令实现从 I/O准双向口输入数据到通用寄存器，R0放到通用寄存器偶CL, R1放到通用寄存器奇CH。

第二步：(R0的取补码过程，R1类似)首先把通用寄存器CL 的值取出到 A运算寄存器，数据传送规则为偶送偶，对ALU 中数据取反保存到A寄存器中，对ALU中数据 +1 保存到A寄存器中。

最后把ALU中的数据保存到通用寄存器中暂时保存。

R1进行类似的操作。

第三步：对R0，R1 进行与非操作从通用寄存器取出取补码后的R0，R1。

R0取出到A运算寄存器，R1取出到B运算寄存器，进行与操作，保存到A运算寄存器。

课程设计（论文）任务书计算机科学与工程学院硬件教研室2009年 9 月 28 日课程设计（论文）成绩评定表摘要本课程设计是用8255芯片设计实现A口输出，B口输入，结果并用LED单元灯显示输出结果。

8255方式0是基本输入/输出方式，A、B、C三个口中任何一个口都可提供简单的输入和输出操作，不需要应答联络信号，即可用于无条件传送的场合，也可以用作查询方式传送。

当采用查询方式传送时，原则上可用A、B和C三个口的任一位充当查询信号，但通常都是选用C口充当查询信号，这和C口的编程有关。

通常把C口的4位(高4位或低4位)规定为输出口，用以输出一些控制信号，把C口的另4位规定为输人口，用以输入外设的状态。

方式1是一种选通输人偷出方式，A口和B口均可工作在这种方式。

方式1可作为查询式传送方式，此时握手联络信号，C口要用6位(分成两个3位)分别作为A口和B口的应答联络信号。

方式1也可用作中断方式，此时要写对应的C口的按位置位字，打开中断。

方式2是A口独有的双向传送方式，一般使用中断传送方式。

根据8255的端口输出/输入方式进行编程，设计微指令，微程序。

关键词：8255芯片，微指令，端口A、B、C，方式0、1、2目录摘要 (III)一.概要设计 (1)1．1设计目的 (1)1．2设计仪器 (1)1．3设计内容 (1)二.详细设计 (6)2．1系统需求分析 (6)2．2系统目标 (6)2．3功能分析 (6)2．4详细步骤 (6)三．总结 (10)参考文献 (11)一.概要设计1．1设计目的1. 在构成一台完整的模型机的基础上，控制真实的外围接口芯片，进行基本的接口实验；2. 本设计外扩一片8255接口芯片，完成基本并行口实验；3. 该设计旨在编写实现端口的读写，掌握其指令格式。

1．2设计仪器TDX—CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干；PC机一台。

1．3设计内容部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能，这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

课程名称 计算机组成原理实验实验序号 实验名称 实验七 教学机指令系统更改与扩展实验专业_____________ 班级___ _ 学号__ _____ _ 姓名______ _ 实验日期 年 月 日 成绩_____ _ _实验七 教学机指令系统更改与扩展实验一、实验目的1.通过学习教学机指令系统更改与扩展技术，进一步理解微程序控制器的组成、工作原理及实现方法。

2．深入理解程序在计算机中的执行过程，计算机硬件系统各组成部分的逻辑实现方法及互连成整机的技术，牢固建立计算机的整机概念。

3. 对整个学期实验课学习做了回顾、总结与提升，同时培养学生独立思考能力以及取得工程设计与组装调试的工作经验。

二、实验内容1．实验电路CZDBUSINS 7—I NS0数据总线2．实验任务（1） a. 将教学机（模型机TEC-8）上指令系统（15条指令）中的开中断指令（EI）和关中断（DI）指令分别改为求反指令（NOT）和逻辑或指令（OR）。

b.在（1）的基础上扩展一条指令：传送指令（MOV）。

（2）验收程序如表1表1 指令、对应的机器代码表（3）通过连线构成能够运行上述程序的模型计算机。

（4）将程序和数据写入存储器，并且给寄存器R0、R1、R2、R3置初值，分别用单拍方式和连续方式运行一遍程序，用实验台操作检查程序运行结果。

R0、R1、R2、R3的初值分别为0CH、0DH、02H、56H。

（0CH）、（0DH）分别为0AAH、55H。

三、实验环境软件： WIN XP、串口调试助手软件硬件：1．微机 1台2．ＴＥＣ－８实验系统 1台3．逻辑测试笔 1支四、设计关键技术、实验步骤和实验结果1．按照实验任务的要求，指令功能与格式如表2（分）表2 指令功能与格式2.根据要求完成如图2微程序流程图（分）提示:4个控制台操作微程序保留不变,即同TEC-8。

省略号代表讲义图5.2或课本10.17中原有的微程序流图。

图2 微程序流程图3、根据图2微程序流程图编写的微程序代码表3（分）提示:表3只列出TEC－8模型机中指令系统经修改、扩展后的微程序代码表。

1．课程设计目的通过计算机组成原理课程设计，进一步熟练掌握计算机各功能部件的内部构造和相互之间的联系（部件配置、相互连接和作用）、各功能部件的性能参数的相互匹配、机器指令级的各种功能和特性。

学生能够将所学知识融会贯通、进一步系统化，进一步提高硬件系统设计的能力，为以后的更高一级的硬件设计打下坚实基础。

2.课程设计任务在现有的TEC-XP+教学机系统上扩展4条指令。

要求：（1）4条指令至少要用到4种寻址方式；（2）4条指令分别由1步、2步、3步、4步完成；（3）监控命令A、U必须能够支持这4条指令。

3.系统组成原理及实现（1）运算器运算器的基本组成与实现TEC-XP系统机上的运算器，可选 8 或 16 位字长，分别由 2 或 4 片 4 位的位片结构的器件组成，作为讲解运算器的实例和教学实验的对象，有很强的典型性。

它可脱离TEC-XP主机，单独地进行运算器部件实验，也可在主机控制下完成运算器部件实验、其它功能部件实验或整机实验。

位片结构是说，每个器件本身就是一个完整的运算器，只是位数较少，要组成更多位数的实用运算器要用多片共同实现，这里选用的是美国AMD公司的Am2901芯片。

Am2901芯片是一个 4位的位片结构的运算器器件,其内部组成如下图所示。

←I3←I4←I5 ←I6←I7←I0 ←I8←I1←I2第一个组成部分是算逻运算部件ALU，完成 3 种算术运算和 5 种逻辑运算，共计 8 种功能。

其输出为 F，两路输入为 S、R，最低位进位Cn，四个状态输出信号如图所示。

第二个组成部分是通用寄存器组，由16个寄存器构成，并通过B口与A口地址选择被读的寄存器，B口地址还用于指定写入寄存器。

通过B口地址、A口地址读出的数据将送到B、A锁存器，要写入寄存器的数据由一个多路选择器送来。

第三个组成部分是乘商寄存器Q，它能对自己的内容完成左右移位功能，其输出可以送往ALU，并可接收ALU的输出结果。

一组三选一门和另一组二选一门用来选择送向ALU的 R、S输入端的数据来源，包括Q寄存器、A口、 B口、外部输入D数据的8 种不同组合。

综合实验报告( 2010 -- 2011年度第一学期)名称：计算机组成原理综合实验题目：存储器和I/O扩展实验院系：计算机系班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：一周成绩：日期年月一、目的与要求实验目的：（1）熟悉ROM芯片和RAM芯片在功能和使用方法等方面的相同和差异之处；学习用编程器设备向EEPROM芯片内写入一批数据的过程和方法。

（2）理解并熟悉通过字、位扩展技术实现扩展存储器系统容量的方案；（3）了解静态存储器系统使用的各种控制信号之间正常的时序关系；（4）了解如何通过读、写存储器的指令实现对58C65 ROM芯片的读、写操作；（5）加深理解存储器部件在计算机整机系统中的作用；（6）学习串行口的正确设置和使用。

实验要求：（1）实验之前认真预习，明确实验目的和具体内容，设计好扩展8K字存储器容量的线路图，标明数据线和控制信号的连接关系，做好实验之前的必要准备；（2）想好实验步骤，明确通过实验到底可以学习哪些知识，想想怎么样有意识的提高教学实验的真正效果；（3）在教学实验过程中，要爱护教学实验设备和用到的辅助仪表，记录实验步骤中的数据和运算结果，仔细分析遇到的现象与问题，找出解决问题的办法，有意识的提高自己的创新思维能力；（4）实验之后认真写出实验报告，总结自己再实验过程中的收获，善于总结和发现问题。

二、实验正文1．主存储器实验内容1．1实验的教学计算机的存储器部件设计（说明只读存储器的容量、随机读写器的容量，各选用了什么型号及规格的芯片、以及地址空间的分布）答:ROM存储区选用4片长度8位、容量8KB的58C65芯片实现，RAM存储区选用2片长度8位、容量2KB的6116芯片实现，每2个8位的芯片合成一组用于组成16位长度的内存字，6个芯片被分成3组，其地址空间分配关系是：0-1777h用于第一组ROM，固化监控程序，2000-2777h用于RAM，保存用户程序和用户数据，其高端的一些单元作为监控程序的数据区，第二组ROM的地址范围可以由用户选择，主要用于完成扩展内存容量（存储器的字、位扩展）的教学实验1．2扩展8K字的存储空间，需要多少片58C65芯片，58C65芯片进行读写时的特殊要求答:第一，要扩展8K字的存储空间，需要使用2片（每一片有8KB容量，即芯片内由8192个单元、每个单元由8个二进制位组成）存储器芯片实现。

计算机组成原理实验报告时间：2012.11.26 地点：实验大楼4楼北成绩：班级：xxxxxx 学号：xxxxxx 姓名：xx班级：xxxxxx 学号：xxxxxxx 姓名：xx题目：微程序控制器实验一、实验目的：1．掌握微程序控制器的组成原理；2．掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行过程。

二、实验内容及要求：3．熟悉微指令的编写方式，编码格式，了解机器指令与微指令之间的关联。

4．设计微指令，以实现从存储器中读出8位二进制数并进行加法计算的功能。

三、实验步骤、观察与思考：实验步骤：1.连线，将实验电路板上的所需单元用排线连接起来，以实现数据通路。

2.对微控制器的读写操作（1）手动读写：（默认为已实现线路连接）进行手动读或写，都需要手动给出地址，系统专门安排了一个ADDR单元，作为地址输入。

ADDR单元实为一个加减计数器。

当开关为“加1”挡时，在T2的下沿计数器进行加1计数；当开关为“减1”挡时，在T2的下沿计数器进行减1计数；当开关置为“置数”挡时，计数器置初值，其作用相当于直通，SA7…SA0的输出值就是二进制开关组的值。

在实验中选择什么挡位，取决于写入数据的地址是否连续，如果是连续地址，选择“加1”或是“减1”挡会方便一些。

如果是离散地址，选择“置数”挡会方便一些。

1）手动对微控制器进行编程（写）。

a.修改连线，以方便实现手动控制（完成读写操作后恢复）；b.将MC单元编程开关置为“编程”挡，时序单元状态开关置为“单步”挡，ADDR单元状态开关置为“置数”挡。

c.使用ADDR单元的低六位SA5…SA0给出微地址MA5…MA0，微地址可以通过MC单元的MA5…MA0微地址灯显示。

d.CON单元SD27…SD20,SD17…SD10,SD07…SD00开关上置24位微代码，待写入值由MC单元的M23…M0 24位LED灯显示。

e.启动时序电路（按动一次TS按钮），即将微代码写入到EEPROM2816的相应地址对应的单元中。