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计算机组成原理微程序设计乘法指令

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郑州轻工业学院本科

计算机组成原理课程设计

总结报告

设计题目：基本模型机的设计与实现

学生姓名：

系 别：

专 业：

班 级：

学 号：

指导教师：

2011 年 1月 7 日

2

郑州轻工业学院

课 程 设 计 任 务 书

题目 基本模型机的设计与实现

专业、班级

学号 姓名

主要内容：

乘法指令、停机指令的设计与实现。

基本说明：

由于乘法指令较为复杂，本次模型机设计只完成乘法机器指令和停机指令的设计与实现。

主要参考资料等：

《计算机组成原理》 白中英 主编 科学出版社。

完 成 期 限： 一周

指导教师签名：

课程负责人签名：

2011年 1月 7 日

3

目录

课 程 设 计 任 务 书 ..................................................................................... 2

一、 微程序控制器的基本原理 ................................................................. 4

二、 模型机结构 ......................................................................................... 5

三、 微指令格式 ......................................................................................... 6

四、 指令系统 ............................................................................................. 7

五、 指令流程图 ......................................................................................... 8

六、 程序清单 ............................................................................................. 9

七、 微程序清单 ....................................................................................... 10

八、 心得与体会 ....................................................................................... 11

附录：微程序详解 ........................................................................................... 11

1. 总述 ................................................................................................... 11

2. 乘法算法 ........................................................................................... 11

3. 实现难点 ........................................................................................... 12

4

一、 微程序控制器的基本原理

微程序控制器原理框图如图所示。它主要有控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。其中微指令寄存器分为微地址寄存器和微命令寄存器两部分。

（1） 控制存储器

控制存储器用来存放实现全部指令系统的微程序，机器运行时只读不写。其工作过程是：每读出一条微指令，则执行这条微指令接着以读出下一条微指令，又执行这条微指令„„。

（2） 微指令寄存器

微指令寄存器用来存放由控制存储器读出的一条微指令信息。其中微地址寄存器决定将要访问的下一条微指令的地址，而微命令寄存器则保存一条微指令的操作控制字段和判别测试字段的信息。

（3） 地址转移逻辑

在一般情况下，微指令由控制存储器读出后直接给出下一微指令的地址，通常我们简称微地址，这个微地址信息就存放在微地址寄存器中。如果微程序不出现分支，那么下一条微指令的地址就直接由微地址寄存器给出。当微程序出现分支时，意味着微程序出现条件转移。在这种情况下，通过判别测试字段P和执行部件的“状态条件”反馈信息，去修改微地址寄存器人内容，并按改好人内容去读下一条微指令。地址转移逻辑就承担着自动完成修改微地址的任务。 5

二、 模型机结构

实训采用Dais CMH+实验箱作为设计环境，其结构如图所示。内存单元00~FF，每单元8位。控制存储器0~3F，64个单元，每单元8位，存放一条微指令。ALU为运算单元，DR1、DR2为数据缓冲存储器。R0、R1、R2为通用寄存器。

6

三、 微指令格式

模型机的微指令格式实验模型机的微指令格式为32位，23位操作控制位，3位P测试位，6位后续直接地址位。

M25 M24 M23 M22 M21 M20 M19 M18

C B A AR 未用 P3 A9 A8

M17 M16 M15 M14 M13 M12 M11 M10

CE LOAD CN M S0 S1 S2 S3

M9 M8 M7 M6

M5 M4 M3 M2

P2 LDAR LDPC LDIR LDDR2 LDDR1 LDR0 WE

8 7 6 5 4 3 M1 M0

UA0 UA1 UA2 UA3 UA4 UA5 P1 SW-B

32位微指令分为4部分

区域号 微程序区对应位 对应位控制功能

0 31~24 C B A AR 未用 P3 A9

A8

1 23~16 CE LOAD CN M S0 S1 S2 S3

2 15~08 P2 LDAR LDPC LDIR LDDR2 LDDR1 LDR0 WE

3 07~00 UA0 UA1 UA2 UA3 UA4 UA5 P1 SW-B

A字段

C B A 选择

0 0 0 禁止

0 0 1 PC-B

0 1 0 ALU-B

0 1 1 299-B

1 0 0 R0-B

1 0 1 R1-B

1 1 0 R2-B

1 1 1 保留位 7

B字段

P3 P2 P1

0 0 0 关闭测试

0 0 1 P (1) 识别操作码

0 1 0 P (2) 判寻址方式

0 1 1 P (Z) Z标志测试

1 0 0 P (I) 中断响应

1 0 1 P (D) 中断服务

1 1 0 P (C) C标志测试

1 1 1 保留位

四、 指令系统

设计指令系统如下表所示，包括停机指令和乘法指令。

助记符 机器指令码 说明

STOP 0000 0000 内存程序停止

MUL 0YH,0XH 0010 0000 0000**** 0000**** X*Y→LED 8

五、 指令流程图

9

六、 程序清单

内存数据如下表所示

地址(16进制) 内容(16进制) 助记符 说明

00 20 MUL 0Y,0X 0X*0Y->LED

01 0Y 乘数

02 0X

被乘数

03 00 临时暂存

04 C0 计数变量

05 [00] 计数步长地址

06 [05] 计数变量地址

07 [01] 下次起始地址

08 00 STOP 停机

机器指令如下表所示

地址 机器代码

P00 20 0YH 0XH MUL 0XH，0YH

P09 00H STOP 10

七、 微程序清单

M00 00 00 00 80

M01 20 00 60 40

M02 00 80 10 12

M08 20 00 04 CC

M09 40 13 04 08

M0A 00 00 00 00

M0B 00 C0 20 90

M0C 00 C0 20 90

M0D 00 C0 20 90

M10 40 2F 04 2C

M11 20 00 60 48

M12 00 80 04 C8

M13 40 1D 02 28

M14 00 8C 00 A8

M15 60 04 00 68

M16 60 80 01 E8

M17 80 00 04 18

M18 40 10 02 98

M19 80 00 04 58

M1A 40 13 08 D8

M1B 40 06 02 38

M1C 20 00 60 B8 M1D 00 80 04 78

M1E 80 00 08 F8

M1F 40 1D 02 04

M20 00 8C 00 84

M21 60 08 00 44

M22 60 80 01 C4

M23 80 00 04 24

M24 20 00 60 A4

M25 00 80 08 64

M26 40 A9 01 E4

M27 03 80 00 14

M28 20 00 60 94

M29 00 80 04 54

M2A 20 00 60 D4

M2B 00 80 40 34

M2C 00 80 08 B4

M2D 40 06 02 74

M2E 20 00 60 F4

M2F 00 80 40 0C

M30 80 80 01 8C

M31 20 00 60 4C

M32 80 00 10 12

M33 00 6F 24 00

M34 40 10 08 88

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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

计算机组成原理数据通路实验报告

计算机组成原理数据通路实验报告

计算机组成原理数据通路实验报告 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 基本运算器实验 一、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 3. 深刻理解运算器的控制信号 二、实验设备 PC机一台、TD-CMA实验系统一套 三、实验原理 1. (思考题)运算器的组成包括算数逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit）、浮点运算单元FPU（Floating Point Unit）、通用寄存器组、专用寄存器组。 ① 算术逻辑运算单元ALU（Arithmetic and Logic Unit） ALU主要完成对二进制数据的定点算术运算（加减乘除）、逻辑运算（与或非异或）以及移位操作。在某些CPU中还有专门用于处理移位操作的移位器。 通常ALU由两个输入端和一个输出端。整数单元有时也称为IEU（Integer

Execution Unit）。我们通常所说的“CPU是XX位的”就是指ALU所能处理的数据的位数。 ② 浮点运算单元FPU（Floating Point Unit） FPU主要负责浮点运算和高精度整数运算。有些FPU还具有向量运算的功能，另外一些则有专门的向量处理单元。 ③ 通用寄存器组 通用寄存器组是一组最快的存储器，用来保存参加运算的操作数和中间结果。 ④ 专用寄存器 专用寄存器通常是一些状态寄存器，不能通过程序改变，由CPU自己控制，表明某种状态。 而运算器内部有三个独立运算部件，分别为算术、逻辑和移位运算部件，逻辑运算部件由逻辑门构成，而后面又有专门的算术运算部件设计实验。 下图为运算器内部原理构造图 2. 运算器的控制信号 实验箱中所有单元的T1、T2、T3、T4都连接至控制总线单元的T1、T2、T3、T4，CLR都连接至CON单元的CLR按钮。T4由时序单

元的TS4提供（脉冲信号），其余控制信号均由CON单元的二进制数据开关模拟给出。控制信号中除T4为脉冲信号外，其余均为电平信号，其中ALU_B为低有效，其余为高有效。 下图为ALU和外围电路的连接。图中的小方框代表排针座。 在运算器的工作过程中，S3 S2 S1 S0 和CN为控制信号，FC为进位标志，FZ为运算器零标志。运算器的逻辑功能见下表，表中功能栏的FC、FZ表示当前运算会影响到该标志。 （思考题）运算器功能的选择： 如图在表中，可以通过调整S3 S2 S1 S0和CN的值来改变运算类型，功能如上图所示，不同的S3 S2 S1 S0和CN的值对应不同的运算类型和结果。 CON单元的数据开关控制数据的形成。 （思考题）运算器的数据通路： 以下为数据通路图 （思考题）运算器的各组成部件的控制信号的作用: LDA和LDB控制存入数据的位置（具体运行方式如上图所示） SD27到SD20通过开和关两个状态

计算机组成原理实验报告微程序控制器实验

计算机组成原理实验报告微程序控制器实验

实验三 微程序控制器实验

一. 实验目的与要求：

实验目的：

1. 理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；

2. 掌握微程序控制器的功能，组成知识；

3. 掌握微指令格式和各字段功能；

4. 掌握微程序的编制，写入，观察微程序的运行，学习基本指令的执行流程。

实验要求：

1. 实验前，要求做好实验预习，并复习已经学过的控制信号的作用；

2. 按练习一要求完成测量波形的操作，画出TS1,TS2,TS3,TS4的波形，并测出所用的脉冲Ф周期。按练习二的要求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指令。

二. 实验方案：

按实验图在实验仪上接好线后，仔细检查无误后可接通电源。

1. 练习一：用联机软件的逻辑示波器观测时序信号，测量Ф，TS1,TS2,TS3,TS4信号的

方法如下：

(1) TATE UNIT 中STOP开关置为“RUN”状态（向上拨），STEP开关置为 “EXEC”状态 （向上拨）。 (2) 将SWITCH UNIT 中右下角CLR开关置为“1”(向上拨）。

(3) 按动“START”按钮，即可产生连续脉冲。

（4）调试”菜单下的“显示逻辑示波器窗口，即可出现测量波形的画面。

（5）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的Ф插座，即可测出时钟Ф的波形。

（6）探头一端接实验仪左上角的CH2，另一端接STATE UNIT中的TS1插座，即可测出TS1的波形；

（7）探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS2插座，即可测出TS2的波形。

（8）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS3插座，即可测出TS3的波形。

（9）将红色探头一端接实验仪左上角的CH1，另一端接STATE UNIT中的TS4插座，即可测出TS4的波形。

2. 观察微程序控制器的工作原理：

① 关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线；

计算机组成原理_课后习题答案(白中英版)

计算机组成原理_课后习题答案(白中英版)

第一章

1．模拟计算机的特点：数值由连续量来表示，运算过程是连续的；

数字计算机的特点：数值由数字量（离散量）来表示，运算按位进行。

2．分类： 数字计算机分为专用计算机和通用计算机。通用计算机又分为巨型机、大型机、

中型机、小型机、微型机和单片机六类。

分类依据：专用和通用是根据计算机的效率、速度、价格、运行的经济性和适应性来划分的。

通用机的分类依据主要是体积、简易性、功率损耗、性能指标、数据存储容量、

指令系统规模和机器价格等因素。

3．（略）

4．冯. 诺依曼型计算机的主要设计思想是：存储程序和程序控制。

存储程序：将解题的程序（指令序列）存放到存储器中；

程序控制：控制器顺序执行存储的程序，按指令功能控制全机协调地完成运算任务。

主要组成部分有：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。

5．存储容量：指存储器可以容纳的二进制信息的数量，通常用单位KB、MB、GB来度量，存储容

量越大，表示计算机所能存储的信息量越多，反映了计算机存储空间的大小。

单元地址：单元地址简称地址，在存储器中每个存储单元都有唯一的地址编号，称为单元地

址。

数据字： 若某计算机字是运算操作的对象即代表要处理的数据，则称数据字。

指令字： 若某计算机字代表一条指令或指令的一部分，则称指令字。

6．指令：计算机所执行的每一个基本的操作。

程序：解算某一问题的一串指令序列称为该问题的计算程序，简称程序。

7．一般来讲，在取指周期中从存储器读出的信息即指令信息；而在执行周期中从存储器中读出的

信息即为数据信息。

8．内存：一般由半导体存储器构成，装在底版上，可直接和CPU交换信息的存储器称为内存储

器，简称内存。用来存放经常使用的程序和数据。

外存：为了扩大存储容量，又不使成本有很大的提高，在计算机中还配备了存储容量更大的