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计算机组成原理

课程设计报告

学院： 计算机学院

专业：计算机科学与技术

目 录

1．实验目的 ……………………………………… 3

2．实验原理电路图 ……………………………… 3

3．机器指令与微程序 …………………………… 5

4．实验设备 ……………………………………… 8

5．实验任务 ……………………………………… 8

6．实验结果 …………………………………… 10

7．实验总结 ……………………………………… 11

一、实验目的

1．掌握时序产生器的组成原理

2．掌握微程序控制器的组成原理

3．掌握微指令格式的化简和归并

4．将微程序控制器同执行部件(整个数据通路)联机，组成一台计算机

5．用微程序控制器控制模型机的数据通路

6．通过CPU运行九条机器指令(排除有关中断的指令)组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机整机概念

二、实验原理电路图

1．时序发生器

TEC-4计算机组成原理实验的时序电路如图所示，电路采用2片GAL22V10(U6,U7),可产生两级等间隔时序新号T1-T4和W1-W4。其中一个W由一轮T1-T4循环组成，相当于一个微指令周期；而一轮W1-W4循环可供硬联线控制器执行一条机器指令。

-= 时序信号发生器 =-

本次实验不涉及硬联线控制器，因此时许产生器中的相关内容也可以根据需要放到硬联线控制器实验中进行。

CLR#为复位新号，低电位有效。试验仪处于任何状态下令CLR#=0，都会使时序发生器和微程序控制器复位；CLR#=0时，则可以正常运行。

TJ是停机新号，是控制器的输出新号之一。连续运行时，如果控制信号停机=1，会使机器停机，停止发送时序脉冲,从而暂停程序。QD是启动脉冲信号。

DP，DZ，DB是来自控制台的开关信号。DP表示单拍，当DP=1时，每次只执行一条微指令；DZ表示单指，当DZ=1时，每次只执行一条机器指令；当DP，DB，DZ都为0时，机器连续运行。

2．数据通路

微程序控制器是根据数据通路和指令系统来设计的。这里采用的数据通路是在综合前面各实验模块的基础上，又增加程序计数器PC(U18)、地址加法器ALU2(U17)、地址缓冲寄存器R4(U25/U26)和中断地址寄存器IAR(U19)，PC和ALU2各采用一片GAL22V10，两者配合使用，可完成程序地址的储存、增1和加偏移量的功能。R4由两片74HC298组成，带二选一输入端。IAR是一片74HC734，用于中断时保存断点地址。

3．微指令格式与微程序控制器电路

根据给定的12条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见图。微指令字长共35位。其中顺序控制部分10位后继微地址6位，判别字段4位，操作控制字段25位，各位进行直接控制。微指令格式中，信号名带有后缀“#”的信号为低有效信号，不带有后缀“#”的信号为高有效信号。对应微指令格式，微程序控制器的组成图控制存储器采用5片28C64(U8，U，U，U，U12)。微地址寄存器6位，用一片6D触发器74HC74(U1)组成，带有清零端。两级与门或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。在每个T上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随即输出相应的微命令代码。微地址转移逻辑生成下一地址，等下一个T上升沿时打入微地址寄存器。跳转开关JUMP(J)是一组6个跳线开关。当用短路子将它们连通时，微地址寄存器μAR从本实验系统提供的微程序地址译码电路得到新的微程序地址μDμD5。当被断开时，用户提供自已的新微程序地址μDμD5。这样用户能够使用自己设计的微程序地址译码电路。5片的地址A6(引脚4)直接与控制台开关SWC连接，当SWC = 1时，微地址大于或者等于40H，当SWC = 时，微地址SWC主要用于实现读寄存器堆的功能。

微地址转移逻辑的多个输入信号中，INTQ是中断请求，本实验中可以不理会。SWASWB是控制台的两个二进制开关信号，实验台上线已接好。C是进位信号，IR7IR4是机器指令代码，由于本次实验不连接数据通路，这些信号都接到二进制开关K—Kl5上。为了简单明，本实验仪使用12条机器指令，均为单字长(8位)指令。指令的高4位提供给微程序控制器，低4位提供给数据通路。名? 称助记符功?? 能指? 令? 格? 式7 IR6?IR5 IR4IR3 ???IR2? IR1??? IR0加法ADD Rd, RsRd+Rs->Rd? 0??? 0??? 0?? 0??RS1?? RS0? RD1?? RD0减法SUB Rd, RsRd-Rs->Rd