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北科大计组原理实验报告北京科技大学计算机与通信工程学院实验名称: 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 实验成绩: 实验地点: 实验时间: 实验报告静态随机存储器计算机科学与技术机电楼301月日一、实验目的与实验要求 1、实验目的掌握微程序控制器的组成原理; 掌握微程序的编制、写入方法; 观察并掌握微程序的运行过程; 掌握静态随机存储器的基本结构; 掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的读写方法。 2、实验要求验证性实验:微程序控制器实验用QuartusⅡ软件编写一个静态随机存储器二、实验设备及要求实验箱,Window8,QuartusⅡ软件三、实验内容与步骤 1、实验1 实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行,即将当前指令的功能转换成可以控制的硬件逻辑部件工作的微命令序列,完成数据传送和各种处理操作。它的执行方法就是将控制各部件动作的微命令的集合进行编码,即将微命令的集合仿照机器指令一样,用数字代码的形式表示,这种表示成为微命令。这样就可以用一个由多条微指令组成的序列表示一条机器指令,这种微指令序列称为微程序。微程序存储在一种专用的存储器中,成为控制存储器,微程序控制器原理框图如图所示。本实验所用的微程序控制器单元主要有编程部分和核心微控器组成,如图所示。本实验中的微指令字长共24位,控制位顺序如表所示。本实验安排了四条机器指令,分别为ADD、IN、OUT和HLT,括号中为各指令的二进制代码,指令格式如表所示,其中高4位为操作码。实验中的4条机器指令由CON单元的二进制开关手动给出,其余单元的控制信号均由微程序控制器自动产生,为此可以设计出相应的数据通路图,见图所示。将全部微程序按微指令格式变成二进制微代码,可得到表的二进制代码表。实验步骤※对微程序进行读写操作,分两种情况:手动读写和联机读写。①将微程序写入文件联机软件提供了微程序下载功能,以代替手动读写微控器,但微程序得以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中,微程序的格式如下: 微指令格式说明: 首先写以下微程序: ;//**StartOfMicroControllerData**// $M;NOP $M;CON(INS)->IR,P $M;R0->B $M0504B201;A加B->R0 $M;R0->A $M;IN->R0 $M;R0->OUT $M;NOP ;//**EndOfMicroControllerData**// 北京科技大学计算机与通信工程学院实验名称: 学生姓名: 专业: 班级: 学号: 指导教师: 实验成绩: 实验地点: 实验时间: 实验报告简单模型机与Cache控制器计算机科学与技术机电楼301月日一、实验目的与实验要求 1、实验目的掌握一个简单CPU的组成原理。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。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。掌握Cache控制器的原理及其设计方法。熟悉FPGA应用设计及EDA软件的使用。熟悉QuartusII软件的使用及FPGA应用设计。 2、实验要求验证性实验:简单模型机设计实验掌握cache控制器的原理和方法二、实验设备及要求实验箱,Window8,QuartusⅡ软件三、实验内容与步骤 1、实验1 实验原理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、微程序控制器、通用寄存器,指令寄存器、程序计数器和地址寄存器组成,如图所示。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。本模型机共有五条指令:IN、ADD、OUT、JMP,HLT,其指令格式如下表所示: 其中,JMP为双字节指令,其余均为单字节指令,********为addr对应的二进制地址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的,现在要求CPU自动从存储器读取指令并执行。实验步骤 CPU采用微程序控制器作为控制器构建的简单模型机实验步骤如下: ①写入实验程序,并进行校验,分两种方式,手动写入和联机写入。联机软件提供了微程序和机器程序下载功能,以代替手动读写微程序和机器程序,但微程序和机器程序得以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中,微程序和机器程序的格式如下: ;//*****StartOfMainMemoryData*****// $P0020;START:INR0从IN单元读入数据送R0 $P0100;ADDR0,R0R0和自身相加,结果送R0 $P0230;OUTR0R0的值送OUT单元显示$P03E0;JMPSTART跳转至00H地址$P040

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