计算机组成原理实验五

上海大学 计算机学院

《计算机组成原理实验》报告一

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实验名称:指令系统实验

一、实验目的：1. 读出系统已有的指令，并理解其含义。 2. 设计并实现一条新指令。

二、实验原理：利用CP226实验仪（用74HC754即8D型上升沿触发器）上的K16?K23

开关为数据总线DBUS设置数据，其他开关作为控制信号，一条指令执行完毕PC会自动加1，系统顺序执行下一条指令，但系统要进入一个新的指令序列时，如跳转、转子程序等，必须给PC打入新的起始值——新指令序列的入口地址。实验箱实现把数据总线的值(目标地址)打入PC的操作，以更新PC值。

三、实验内容：1. 考察机器指令64的各微指令信号，验证该指令的功能。 (假设R0=77H,

A=11H, 77地址单元存放56H数据,64指令的下一条指令为E8) 2. 修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。

四、实验步骤：1. 考察机器指令64的各微指令信号，验证该指令的功能。 (假设R0=77H,

A=11H, 77地址单元存放56H数据,64指令的下一条指令为E8)

①在初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(μEM状态)，用NX键观察64H，65H,66H,67H, 地址中原有的微指令，分析并查表确定其功能。 ②在EM状态下，Adr打入A0，DB打入64；按NX键，Adr显示A1，DB打入E8。

③在μEM状态下，在E8H、E9H、EAH、EBH下分别打入：FFDED8、CBFFFF、FFFFFF、FFFFFF。 ④给μPC状态下，打入μPC（00）、PC（A0）、A（11）、W（00），按3次NX输入R0（77）。

⑤按下STEP键，观察实验现象。 2. 修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。

⑥继续按STEP键，直到进入E8状态下。 ⑦在EM状态下，打入Adr为77，DB为56。 ⑧按STEP键执行指令，观察实验现象。

五、实验现象：OUT寄存器的值为5A。

六、数据记录、分析与处理：实验结果和预期的一样。 七、实验结论：1、机器指令64对应的各微指令码为：FF77FF、D7BFEF、FFFE92、CBFFFF。其功能为：将R0寄存器的值打入地址寄存器MAR；存贮器EM将MAR输出地址所对应的值打入W寄存器；ALU直通门输出的值打入A寄存器，A、W中的值进行“与”运算，结果在A输出；PC＋1，读出下一条指令并立即执行。 八、建议：暂无。

九、体会：通过这次实验我对CP226实验仪器有了进一步的认识与了解，对于各个信号键

的控制更加熟练。并且是我理解了如何去观察机器指令的各个微指令信息，去确定它们的功能。同时了解指令结构、PC寄存器的功能和指令系统的基本工作原理，也学会了如何去修改一条微指令，让它能够实现自己所想实现的功能。

十、思考题：在微指令结构的计算机中，一条指令从启动到产生功能经过那些环节？

答：一条指令的启动是从PC开始，PC通过地址总线(ABUS)发送一个指令在程序

存储器的地址到EM，EM把ABUS选定的存储单元的值(指令的二进制数形式)的高6位通过IBUS送μPC，低两位送SA和SB，μPC收到的6位值就是这条指令的微程序人口地址的高6位，μPC据此生成μEM的地址，并通过μPC 总线送到μEM，μEM把μPC值选定单元的24位值送上控制总线CBUS，从而实现第一条微指令的功能；同时μPC 加1，输出这条指令的第二条微指令，直到执行一条“取指令”微指令，则PC加1。开始执行下一条指令。

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