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计算机组成原理实验指导书CP226

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目 录 第一章 系统概述 ....................................................................................................................... 2 1.1 DICE-CP226简介 ................................................................................................................... 2

1.2 DICE-CP226特点 ................................................................................................................... 2

1.3 实验系统组成 .......................................................................................................................... 3

第二章 模型机模块实验 ........................................................................................................... 4 2.1 寄存器实验 ................................................................................................................................ 4

实验1：A，W 寄存器实验 .......................................................................................................... 5

实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验 ..................................................................................... 8

实验3：MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器 ....................................... 13

2.2 运算器实验 .............................................................................................................................. 16

2.3 数据输出实验/移位门实验 .................................................................................................... 18

实验1：数据输出实验 ................................................................................................................. 20

实验2：移位实验 ......................................................................................................................... 21

2.4 微程序计数器UPC 实验 ....................................................................................................... 23

实验1：uPC 加一实验 ................................................................................................................ 25

实验2：uPC 打入实验 ................................................................................................................ 26

2.5 PC 实验 .................................................................................................................................... 26

实验1：PC 加一实验 .................................................................................................................. 29

实验2：PC 打入验 ...................................................................................................................... 29

2.6 存储器EM 实验 ..................................................................................................................... 30

实验1：PC/MAR 输出地址选择 ............................................................................................... 31

实验2：存储器EM 写实验 ....................................................................................................... 31

实验3：存储器EM 读实验 ....................................................................................................... 33

实验4：存储器打入IR指令寄存器/uPC实验 ........................................................................ 34

实验5：使用实验仪小键盘输入EM ......................................................................................... 36

2.7 微程序存储器UM 实验 ........................................................................................................ 36

实验1：微程序存储器uM 读出 ................................................................................................ 38

实验2：使用实验仪小键盘输入uM ......................................................................................... 38

2.8中断实验 ................................................................................................................................... 39

第三章 CP226 模型机 ............................................................................................................ 40 3.1 模型机总体结构 ..................................................................................................................... 40

3.2 模型机寻址方式 ..................................................................................................................... 41

3.3 模型机指令集 .......................................................................................................................... 42

3.4 模型机微指令集 ..................................................................................................................... 44

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计算机组成原理实验指导

计算机组成原理实验指导

计算机组成原理实验指导0的原码不唯一：.定点小数 [+0]原 = 0.0 0[-0]原 = 1.0 0.整数 [+0]原 = 00 0[-0]原 = 10 0二. 补码表示整数的补码:[X]补为整数X 的补码，X 为任意整数，n 为整数的位数。

小数的补码：[X]补是小数X 的补码，X 为任意小数，2为模数。

+2 +1 0 -1 1≤[X]原<2 0≤[X]原<1性质1)0的补码唯一整数0 [+0]补= 00 0[-0]补= 2n+1-00...0 = 2n+1=00...0(mod 2n+1) 小数0 [+0]补= 0.00 0[-0]补= 2-0.00…0 = 2 =0.00…0 (mod2)设[X]补=XSXn-1Xn-2…X1X0，XS是补码的符号位，XS=0时，X 为正；XS=1时，X为负。

补码的表示范围是：.正整数2n>X≥0.负整数0≥X≥-2n整数X的补码可以写成：[X]补= 2n+1·XS + X三.反码表示整数反码的定义或[X]反= X (mod 2n+1-1)小数反码的定义为：或[X]反= X (mod 2-2-n)性质：(1) 0的反码不唯一，整数0[+0]反= 00 0[-0]反= (2n+1-1) + (-00…0) = 11…1(mod 2n+1-1)小数0[+0]反= 0.00 0[-0]反= 2 - 2-n - 0.00…0 = 1.1…1(mod 2-2-n)(2) 反码与补码的关系根据定义，当X为正数时，[X]补= [X]反；当X为负整数时，[X]补= [X]反+ 1 ；当X为n位负小数时，[X]补= [X]反+ 2-n实验要求:根据以上的理论知识,用Visual C++编写一个求一个字节的整数和小数的原码,反码,补码程序。

要求：所有的数据用二进制来实现，整数和小数分别处理，要有友好的操作界面。

实验二、数据校验码实验理论知识数据校验的实现原理：数据校验码是在合法的数据编码之间，加进一些不允许出现的(非法的)编码，使合法的数据编码出现错误时成为非法编码。

计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理实验指导书

计算机组成原理实验指导书适用TD-CMA实验设备实验一基本运算器实验一、实验原理运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3 0CN来决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是影响进位的运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。

ALU中所有模块集成在一片CPLD中。

逻辑运算部件由逻辑门构成，较为简单，而后面又有专门的算术运算部件设计实验，在此对这两个部件不再赘述。

移位运算采用的是桶形移位器，一般采用交叉开关矩阵来实现，交叉开关的原理如图1-1-2所示。

图中显示的是一个4X4的矩阵（系统中是一个8X8的矩阵）。

每一个输入都通过开关与一个输出相连，把沿对角线的开关导通，就可实现移位功能，即：(1) 对于逻辑左移或逻辑右移功能，将一条对角线的开关导通，这将所有的输入位与所使用的输出分别相连,而没有同任何输入相连的则输出连接0。

(2) 对于循环右移功能，右移对角线同互补的左移对角线一起激活。

例如，在4位矩阵中使用‘右1’和‘左3’对角线来实现右循环1位。

(3) 对于未连接的输出位，移位时使用符号扩展或是0填充，具体由相应的指令控制。

使用另外的逻辑进行移位总量译码和符号判别。

原理如图1-1-1所示图1-1-1 运算器原理图运算器内部含有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，要处理的数据存于暂存器A和暂存器B，三个部件同时接受来自A和B的数据（有些处理器体系结构把移位运算器放于算术和逻辑运算部件之前，如ARM），各部件对操作数进行何种运算由控制信号S3 0决定，任何时候，多路选择开关只选择三部件中一个部件的结果作为ALU的输出。

如果是算术运算，还将置进位标志FC，在运算结果输出前，置ALU零标志。

组成原理实验十 建立指令流水系统 (研究实验)

组成原理实验十 建立指令流水系统 (研究实验)


例如：指导书108页的IN指令有两个状态T1和T0，T1状态 的微指令码为FFFF17，T0状态的微指令码为CBFFFF，二者为0 的位都不相同，故IN指令可以被改造为流水型指令 “CBFF17 ”——T1和T0微指令码的“与”运算值。
实验箱提供的一个二级流水模式指令示例insfile2.MIC ， 就遵循这一原则。
一.背景知识（2）
2. 指令流水执行
把 “使用不同硬件的操作可以同时工作”的概念推广到相继的两 条指令之间，就形成“指令的流水线执行模式”。 这个模式下，同一时间有多条指令各自在不同的硬件中执行，而 对同一条指令而言，不同时间顺序在不同的硬件中执行，很像在流水 型生产线上的产品，不同时刻顺序在不同的工位上加工。这就是指令 流水模式的名称来源。 显然，要形成指令流水模式，每条指令都应该分成几个独立的子 操作，当前趋指令的后几个子操作与后继指令的前几个子操作不使用 同样的硬件时，系统就可设计成流水线方式。 现代计算机大都采用指令流水模式，但这个模式会使中断响应过 程变得复杂，所以实时系统中多是有限地采用它。
一.背景知识（3）
3. 实验箱系统的指令流水硬件基础
实验箱系统的各种基本操作我们已经熟悉，其中的很多操作可以 在不同的硬件中同时执行，典型的是“取指令”的微操作，其微指令 码微CBFFFF，与大多数的微操作无关。在厂家给的默认指令系统中 这个操作编在了每条指令的最后一个状态，即每条指令的操作完成后 就取进下一条指令。这是典型的“取指、执行、取指……”模式。即 一条指令先被“取指”，再执行其他微操作，完成后再取下一条指令。 如果一条指令的最后一个微操作与取指无关，就可以把二者合并 成一个微指令，于是这个指令的最后一个微操作与取下一条指令并行 进行。对下一条指令而言，其“取指”与“其他操作”在不同硬件中 顺序执行——指令二级流水。
计算机组成原理实验(实验箱)

计算机组成原理实验(实验箱)

1. A，W寄存器实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16..K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0..R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。

实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。

实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8 位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。

CPTH 用74HC574 来构成寄存器。

74HC574 的功能如下：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8 个触发器中2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0 时触发器的输出数据74HC574工作波形图寄存器A原理图寄存器W 原理图寄存器A，W 写工作波形图连接线表：系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按[RST]钮，按[TV/ME]键三次，进入"Hand......"手动状态。

在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。

放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。

将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据66H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W 寄存器。

放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。

注意观察：１．数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。

２．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。

2. 运算器实验实验要求：利用CPTH 实验仪的K16..K23 开关做为DBUS 数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。