当前位置：文档之家 › 计算机组成原理课内实验报告四.

计算机组成原理课内实验报告四.

  • 格式：doc
  • 大小：275.50 KB
  • 文档页数：13

计算机组成与设计课内实验四 一、实验名称 指令译码器设计与调试 二、实验目的 ●理解指令译码器的作用和重要性。 ●学习设计指令译码器。 三、实验内容 ●实验设计目标 本实验要求根据第2章中的实验CPU中使用的指令系统设计指令译码器,本实验指令译码器的设计相对比较简单,节拍(t1、t2和t3因素只在存储器读写时需要对存储器地址分时使用时需要考虑,这里暂不考虑节拍脉冲t,也就是说微操作控制信号只是指令操作码In和Bj的函数:Cm = f(In,Bj式中的In主要代表指令操作码IR[15..12],还有辅助操作码(如算术逻辑指令时的IR[2..0],我们这里要求只考虑指令操作码IR[15..12]。Bj代表进位标志C和结果为0标志Z。

要求产生的微操作控制信号如下: ✓op_code控制ALU进行8种运算操作的3位编码。 ✓c_z_j_flag 为1表示需要条件转移。 ✓lj_instruct为1表示本条指令是条“JMP ADR”指令。 ✓DRWr为1表示在t3的下降沿将本条指令的执行结果写入目的寄存器。 ✓Mem_Write为1表示本条指令有存储器写操作,存储器的地址是目的寄存器的内容。 ✓DW_intruct为1表示本条指令是双字指令。 ✓change_z为1表示本条指令可能改变z(结果为0标志。 ✓change_c为1表示本条指令可能改变c(进位标志。 ✓sel_memdata为1表示本条指令写入目的寄存器的值来自读存储器。 ●顶层设计实体的引脚要求 引脚要求的对应关系如下: ✓指令IR[15..12]对应实验台开关SD3—SD0 进位C对应实验台开关SD4 结果为0标志Z对应实验台开关SD5 ✓控制信号对应如下: op_code[2..0] 指示灯R2、R1、R0 c_z_j_flag 指示灯R3 lj_instruct 指示灯R4 DRWr 指示灯R5 Mem_Write 指示灯R6 DW_intruct 指示灯R7 change_z 指示灯R8 change_c 指示灯R9 sel_memdata 指示灯R10 四、实验原理 指令译码器是计算机控制器中最重要的部分。所谓组合逻辑控制器就是指令译码电路是由组合逻辑实现的。组合逻辑控制器又称硬连线控制器,是早期设计计算机的一种方法。这种控制器中的控制信号直接由各种类型的逻辑门和触发器等组合产生。

一旦控制部件构成后,除非重新设计和物理上对它重新连线,否则要想增加新的功能是不可能的。结构上的这种缺陷使得硬连线控制器的设计和调试变得非常复杂而且代价很大。所以,硬连线控制器曾一度被微程序控制器所取代。但是随着新一代机器及VLSI技术的发展,这种控制器又得到了重视,如RISC机广泛使用这种控制器。

图1 组合逻辑控制器的结构方框图 图1是组合逻辑控制器的结构方框图。逻辑网络的输入信号来源有三个:(1指令操作码译码器的输出In;(2来自时序发生器的节拍电位信号Tk;(3来自执行部件的反馈信号Bj。逻辑网络的输出信号就是微操作控制信号,用来对执行部件进

行控制。 显然,组合逻辑控制器的基本原理,可描述为:某一微操作控制信号Cm是指令操作码译码器的输出In、时序信号(节拍电位信号Tk和状态条件信号Bj的逻辑函数。即Cm=f(In,Tk,Bj

用这种方法设计控制器,需要根据每条指令的要求,让节拍电位和时序脉冲有步骤地去控制机器的各有关部分,一步一步地执行指令所规定的微操作,从而在一个指令周期内完成一条指令所规定的全部操作。

一般来说,组合逻辑控制器的设计步骤如下: ●绘制指令流程图:为了确定指令执行过程所需的基本步骤,通常是以指令为 纲,按指令类型分类,将每条指令归纳成若干微操作,然后根据操作的先后 次序画出流程图。 ●安排指令操作时间表:指令流程图的进一步具体化,把每一条指令的微操作 序列分配到各个机器周期的各个时序节拍信号上。要求尽量多的安排公共操 作,避免出现互斥。 ●安排微命令表:以指令流程图为依据,表示出在哪个机器周期的哪个节拍有 哪些指令要求哪些微命令。 ●进行微操作逻辑综合:根据微操作时间表,将执行某一微操作的所有条件(哪 条指令、哪个机器周期、哪个节拍和脉冲等都考虑在内,加以分类组合, 列出各微操作产生的逻辑表达式,并加以简化。 ●实现电路:根据上面所得逻辑表达式,用硬件电路模块来实现。 五、实验步骤 ●实验台设置成FPGA-CPU独立调试模式 REGSEL = 0、CLKSEL = 1、FDSEL = 0。使用实验台上的单脉冲,STEP_CLK 短路子短接,短路子RUN_CLK断开。 ●将设计在QuartusⅡ下输入,编译后下载到TEC-CA上的FPGA中。 ●拨动实验台上的开关SD5—SD0,改变IR[15..12]、进位标志C和结果为0标志Z,

观察指示灯R10-R0显示的控制信号,填写表6-28和表6-29。 六、设计思路与源代码 ●实验思路:

●源代码: library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity instruction_decoder is port (IRH: in std_logic_vector(3 downto 0; c,z: in std_logic; op_code: out std_logic_vector(2 downto 0; --控制ALU进行8种运算操作的3位编码 c_z_j_flag: out std_logic; --为1表示需要条件转移 lj_instruct: out std_logic; --为1表示本条指令是条"JMP ADR"指令 DRWr: buffer std_logic; --为1时写DR寄存器 Mem_Write: out std_logic; --为1时进行存储器读 DW_intruct: buffer std_logic; --为1表示本条指令是双字指令change_z: out std_logic; --为1时改变ZF标志位

change_c: out std_logic; --为1时改变CF标志位 sel_memdata: out std_logic --为1时存储器的读出数据作为写入DR 的数据 ; end instruction_decoder; architecture behav of instruction_decoder is signal zj_instruct, cj_instruct: std_logic; begin sel_memdata<= IRH(3 and IRH(2 and (not IRH(1; change_z<= ((not IRH(3 and (not IRH(2 or ((not IRH(3 and IRH(2 and (not IRH(1 or ((not IRH(3 and IRH(2 and IRH(1 and (not IRH(0; --00** 010* 0110 change_c<= (not IRH(3 and (not IRH(2; --00** c_z_j_flag<= (zj_instruct and (not z or (cj_instruct and (not c; DRWr_proc: process(IRH --将结果写入寄存器 begin if IRH(3 = '0' then --算术逻辑指令 DRWr<= '1'; elsif IRH(2 = '1' and IRH(1 = '0' then --MVRD DR,DATA;LDR DR,SR 110* DRWr<= '1';

else DRWr<= '0'; end if; end process; M_instruct:process(IRH --存储器控制命令产生函数 begin case IRH(3 downto 0 is when "1000" | "1100" => --指令jmpaddr;mvrddr,data产生下控制命令结果Mem_Write<= '0';

DW_intruct<= '1'; when "1110" => -- 指令strsr,dr产生如下控制命令结果 Mem_Write<= '1'; DW_intruct<= '0'; when others => Mem_Write<= '0'; DW_intruct<= '0'; end case; end process; ALUOP_CODE_PROC: PROCESS(IRH --ALU 8种运算操作3位编码的产生begin

if IRH(3 = '0' then op_code<= IRH(2 downto 0; else op_code<= "111"; end if; end process; Jinstruct_PROC: process(IRH --跳转指令 begin case IRH(3 downto 0 is when "1000" => --jmpadr --无条件跳转 zj_instruct<= '0';

合集下载

计算机组成原理实验报告

计算机组成原理实验报告

重庆理工大学《计算机组成原理》实验报告学号 __***********____姓名 __张致远_________专业 __软件工程_______学院 _计算机科学与工程二0一六年四月二十三实验一基本运算器实验报告一、实验名称基本运算器实验二、完成学生：张致远班级115030801 学号11503080109三、实验目的1．了解运算器的组成结构。

2．掌握运算器的工作原理。

四、实验原理：两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8位字长的运算器。

右方为低4位运算芯片，左方为高4位运算芯片。

低位芯片的进位输出端Cn+4与高位芯片的进位输入端Cn相连，使低4位运算产生的进位送进高4位。

低位芯片的进位输入端Cn可与外来进位相连，高位芯片的进位输出到外部。

两个芯片的控制端S0～S3 和M 各自相连，其控制电平按表2.6-1。

为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。

要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。

当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中了。

为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74LS245 实现）。

若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B 置低电平。

否则输出高阻态。

数据输入单元(实验板上印有INPUT DEVICE)用以给出参与运算的数据。

其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门而送入内总线中。

总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。

控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。

由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”单元中的相应时序信号引出端，因此，需要将“W/R UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。

xx大学计算机组成原理实验报告(全)

xx大学计算机组成原理实验报告(全)

上海大学计算机组成原理实验报告(全)《计算机组成原理实验》报告一姓名学号时间地点行健楼 609机房评阅一．数据传送实验1. 实验内容及要求在试验箱上完成以下内容:将58H写入A寄存器。

将6BH写入W寄存器。

将C3H 写入R1寄存器。

2. 实验环境本实验箱用74HC574构成各种寄存器。

3. 实施步骤或参数①注视仪器，打开电源，手不要远离电源开关，随时准备关闭电源，注意各数码管、发光管的稳定性，静待10秒，确信仪器稳定、无焦糊味。

②设置实验箱进入手动模式。

③K2接AEN,K1和K2接EX0和EX1，设置K2K1K0＝010，设置K23～K16＝01011000。

④注视A及DBUS的发光管，按下STEP键，应看到CK灯灭、A旁的灯亮。

记住看到的实际显示情况。

⑤放开STEP键，应看到CK灯亮、A寄存器显示58。

记住看到的实际情况。

⑥重复上述实验步骤，在做6BH时，K2接WEN,K1和K2接EX2和EX3，设置K2K1K0＝010，设置K23～K16＝01101011；重复上述实验步骤，在做C3H时，K2接RWR,K1和K2接SB 和SA，设置K2K1K0＝001，设置K23～K16＝10100011。

⑦关闭实验箱电源。

4. 测试或者模拟结果A寄存器显示58，W寄存器显示6B，R1寄存器显示C3，完成实验目的。

5. 体会本次实验相对简单，只需要三根线便可以完成整个实验，但是，今天认识了实验箱。

124并且在老师的带领下较为完整的认识了整个试验箱，还是很开心的，今后实验箱将是我们学习计算机组成原理的重要工具，也是我们的好朋友。

《计算机组成原理实验》报告二姓名学号时间地点行健楼 609机房评阅二．运算器实验1. 实验内容及要求在试验箱上完成以下内容:计算07H＋6AH后左移一位的值送OUT输出。

把39H取反后同64H相或的值送入R2寄存器。

通过人工译码，加深对译码器基本工作原理的理解。

理解命令的顺序执行过程。

计算机组成原理--实验报告

计算机组成原理--实验报告

实验一寄存器实验实验目的：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。

实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的CPTH 用74HC574 来构成寄存器。

74HC574 的功能如下：- 1 -实验1：A，W 寄存器实验原理图寄存器A原理图寄存器W 原理图连接线表：- 2 -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- 3 -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。

实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验连接线表- 4 -将11H、22H、33H、44H写入R0、R1、R2、R3寄存器将二进制开关K23-K16，置数据分别为11H、22H、33H、44H置控制信号为：K11、K10为10，K1、k0分别为00、01、10、11并分别按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0、R1\R2\R3 的黄色选择指示灯分别亮，放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据被写入寄存器。

多思计算机组成原理实验四微程序控制器实验

多思计算机组成原理实验四微程序控制器实验

实验四.. .微程序控制器实验。

1.-实验目的。

.(1)掌握微程序控制器的组成原理和工作过程。

(2)理解微指令和微程序的概念，理解微指令与指令的区别与联系。

(3)掌握指令操作码与控制存储器中微程序的对应方法，熟悉根据指令操作码从控制存储器中读出微程序的过程。

2.+实验要求。

(1)做好实验预习，看懂电路图，熟悉实验元器件的功能特性和使用方法。

u(2)按照实验内容与步骤的要求，认真仔细地完成实验。

(3)写出实验报告。

3.-实验电路。

. . ..本实验使用的主要元器件有: 4位数据锁存器74LS175,2KX8EPROM2716，时序发生器,或门、与门、开关、指示灯等。

芯片详细说明请见附录。

图1为实验电路图，其中3片EPROM2716构成控制存储器，1片74LS175为微地址寄存器，与74LS175数据输入引脚相连的输入信号线及6个门电路构成了地址转移逻辑。

注.意，2716输出信号中带后缀“#"的信号为低电平有效信号，不带后缀“#”的信号为高电平有效信号。

为简化电路结构，本实验没有使用微命令寄存器，并且在虚拟实验系统中，将3片EPROM组合为-一个虚拟EPROM组件。

本实验使用的EPROM和时序发生器一-样，均为虚拟实验系统提供的虚拟组件。

（5）答：000001101000000111100001 000001100000010110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000 000001101100000110100010 000001101000011101100011 000001001000100111111000（6）（7）04 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 105 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 006 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 007 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 014 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 015 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0。