合肥学院计算机组成原理实验五

计算机科学与技术系

实 验 报 告

专业名称

课程名称 计算机组成原理 项目名称CPU与简单模型机设计实验

班 级

学 号 姓 名

同组人员

实验日期 2015.5.19

一、实验目的与要求

（1）掌握一个简单CPU的组成原理

（2）在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机 （3）为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。

二、实验逻辑原理图与分析 ALU MEM AR A IR IN R0 译码器 控制器 分析：本实验要实现一个简单的CPU，并且在此CPU的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU由运算器（ALU）、微程序控制器（MC）、通用寄存器（R0），指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和地址寄存器（AR）组成。这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该CPU的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。

B PC OUT

三、 数据通路图及分析 (画出数据通路图并作出分析)

FC SZ 3 FALU=XX SS2 1 S0 T4 A=XX Cn MR# B=XX LDB PC=XX LOAD# T3 IOY1 IOY0 R0-B# WR RD IOM MR# MW# IOR# 译码 T3 IOW# IN=XX IOW# IOR# MW# OUT=XX AR=XCS T3 LDAR MEM=XX T:XX PC-B# T4 LDA T4 LDPC IR=XX R0=XX LDR0 T4 T3 LDIR 控制器 控制信号 微指令：PC->AR,PC加1，MEM->IR,P<1>

R0=xx

微指令：IN->RO

IN=xx

R0-B# FFZ C ALU=XX S2 S1 S0 Cn B=XX LDA T4 LDB T4 A=XX T4

R0=XX

LDR0

微指令：R0->A,R0->B,A加B->R0

RO_B#

四、实验数据和结果分析

实验数据： 地址 十六进制 高五位 S3-S0 A字段 B字段 C字段 MA5-MA0 00 00 00 01 00000 0000 000 000 000 000001 01 00 6D 43 00000 0000 110 110 101 000011 R0=XX IOY1 OUT=XX IOW# 微指令：R0->OUT

03 10 70 70 00010 0000 111 000 001 110000 04 00 24 05 00000 0000 010 010 000 000101 05 04 B2 01 00000 1001 011 001 000 000001 1D 10 51 41 00010 0000 101 000 101 000001 30 00 14 04 00000 0000 001 010 000 000100 32 18 30 01 00011 0000 011 000 000 000001 33 28 04 01 00101 0000 000 010 000 000001 35 00 00 35 00000 0000 000 000 000 110101 3C 00 6D 5D 00000 0000 110 110 101 011101 结果分析： 00 000001: NOP

通过给定的微地址00，根据实验数据选择对应的微指令NOP，实现停机操作。

01 006D43：PC->AR,PC加1 通过给定的微地址01，根据实验数据选择对应的微指令PC->AR,PC加1，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDIR、PC_B和P<1>，实现此次的微指令操作。

03 107070：MEM->IR,P<1>

通过给定的微地址03，根据实验数据选择对应的微指令MEM->IR,P<1>，比较A、B、C三个译码字段的值以及高五位地址，选择相应的微命令LDAR、CS和LDPC，实现此次的微指令操作。

04 002405：R0->B

通过给定的微地址04，根据实验数据选择对应的微指令R0->B，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDB和R0_B，实现此次的微指令操作。

05 04B201：A加B->R0

通过给定的微地址05，根据实验数据选择对应的微指令A加B->R0，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDR0和ALU_B，实现此次的微指令操作。

1D 105141：MEM->PC

通过给定的微地址1D，根据实验数据选择对应的微指令MEM->PC，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令L0AD和LDPC，实现此次的微指令操作。

30 001404：R0->A

通过给定的微地址30，根据实验数据选择对应的微指令R0->A，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDA和R0_B，实现此次的微指令操作。

32 183001:IN->R0

通过给定的微地址32，根据实验数据选择对应的微指令IN->R0，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDR0和IOR，实现此次的微指令操作。

33 280401：R0->OUT

通过给定的微地址33，根据实验数据选择对应的微指令R0->OUT，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令IOW和R0_B，实现此次的微指令操作。

35 000035：NOP

通过给定的微地址35，根据实验数据选择对应的微指令NOP，实现停机操作。

3C 006D5D：PC->AR,PC加1 通过给定的微地址3C，根据实验数据选择对应的微指令PC->AR,PC加1，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDAR、LDPC和PC_B，实现此次的微指令操作。

五、实验问题分析、思考题与小结

实验问题分析：

在完成实验线路的连接之后，手动写入的过程中，我发现实验箱存在问题，在更换实验箱后，重新连接完线路后，经过老师的提醒，不再手动写入和校验，直接联机写入和校验，省了好多的时间。最后的本机运行在根据实验指导书上的步骤一步一步进行，最终正确显示了数据通路。 思考题：

1. 当前的数据通路是由哪条微指令实现的？ R0->B。

2. 当前微指令有几个微命令有效？ 两个微命令有效，分别是R0_B#和LDB。 3. 当前微指令的微地址？ 04。

4. 当前微指令是解释执行哪条机器指令的？ ADD。

5. 当前的微程序有几条微指令？ 三条。

6. 基本模型机实验执行了几个微程序？实现了哪些功能？

五个，实现了IN->R0，R0+R0->R0，R0->OUT,addr->PC、停机等功能。 小结：

经过上个星期实验四的操作后，对于本次实验五的操作有了深刻的理解和认识，以至于做实验花费的时间很短。但是，对于此次实验多出的微程序JMP addra并不明白，所以花了大部分时间在理解这一机器指令上了。通过本次实验，我对微程序、微指令、微命令等有了进一步的认识和理解，同时我对CPU的内部结构及其功能更加的了解。

得分（百分制）

33 280401：R0->OUT

通过给定的微地址33，根据实验数据选择对应的微指令R0->OUT，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令IOW和R0_B，实现此次的微指令操作。

35 000035：NOP

通过给定的微地址35，根据实验数据选择对应的微指令NOP，实现停机操作。

3C 006D5D：PC->AR,PC加1 通过给定的微地址3C，根据实验数据选择对应的微指令PC->AR,PC加1，比较A、B、C三个译码字段的值，选择相应的微命令LDAR、LDPC和PC_B，实现此次的微指令操作。

五、实验问题分析、思考题与小结

实验问题分析：

在完成实验线路的连接之后，手动写入的过程中，我发现实验箱存在问题，在更换实验箱后，重新连接完线路后，经过老师的提醒，不再手动写入和校验，直接联机写入和校验，省了好多的时间。最后的本机运行在根据实验指导书上的步骤一步一步进行，最终正确显示了数据通路。 思考题：

1. 当前的数据通路是由哪条微指令实现的？ R0->B。

2. 当前微指令有几个微命令有效？ 两个微命令有效，分别是R0_B#和LDB。 3. 当前微指令的微地址？ 04。

4. 当前微指令是解释执行哪条机器指令的？ ADD。

5. 当前的微程序有几条微指令？ 三条。

6. 基本模型机实验执行了几个微程序？实现了哪些功能？

五个，实现了IN->R0，R0+R0->R0，R0->OUT,addr->PC、停机等功能。 小结：

经过上个星期实验四的操作后，对于本次实验五的操作有了深刻的理解和认识，以至于做实验花费的时间很短。但是，对于此次实验多出的微程序JMP addra并不明白，所以花了大部分时间在理解这一机器指令上了。通过本次实验，我对微程序、微指令、微命令等有了进一步的认识和理解，同时我对CPU的内部结构及其功能更加的了解。

得分（百分制）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/464a.html