CPU组成与机器指令执行实验.ppt

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1、TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,1,五 CPU组成与机器指令执行实验,将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机；用微程序控制器控制模型机数据通路；通过TEC-5执行由8 条机器指令组成的简单程序，掌握指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,2,数据通路总体框图,数据 指令RAMIDT7132,A BRFispLSI1016,DR174LS273,DR274LS273,AR74LS163,PC74LS163,控制台,ALU74LS181A B,控制器,IR,S3,S2,S1,S

2、0,LDDR1 T2,LDDR2 T2,LDAR#T2,LDPC#T2,RAM-BUS#,LR/W#T2,CEL#,CER#,PC+1,AR+1,74LS273,C SWC SWB SWA,IR3-0,LDIR T3,IR7-4,M,Cn#,ALU-BUS#,LDRiT3,RD1,RS1,SW-BUS#,控制信号,IBUS7-0,DBUS 7-0,RS0,RD0,WR1,WR0,AR7-0,PC7-0,C,LDRiT3,RS-BUS#,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,3,实验设备,TEC-5计算机组成原理实验系统1台；TDS1001数字存储示波器1台；逻辑测试笔1支

3、。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,4,实验任务,将简单程序进行译码，按指令格式汇编成二进制机器代码。完成控制台、时序部件、数据通路和微程序控制器之间的连线。将程序机器代码利用控制台指令写入内存。根据程序的需要设置通用寄存器堆中相关寄存器的数据。单拍方式执行一遍程序，记录相关寄存器和存储器存储单元数据，与理论值比较分析。连续方式再次执行一遍程序，记录相关寄存器和存储器存储单元数据，与理论值比较分析。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,5,指令功能与格式:8条机器指令，单字长（8位）,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室

4、,6,控制台工作方式（SWC、SWB、SWA为控制台指令的定义开关）,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,7,SWC SWB SWA,P(0),SWDBUSDBUSARDBUSPCTJ,SWDBUSDBUSRAM,RAMIBUS,RsDBUSTJ,SWDBUSDBUSARDBUSPCTJ,SWDBUSDBUSAR,SWDBUSDBUSARTJ,SWDBUSDBUSPC,SWDBUSDBUSRAM,RAMIBUSTJ,SWDBUSDBUSRiTJ,RAMDBUSTJ,AR+1,SWDBUSDBUSRAM,AR+1TJ,00,0C,1E,08,06,07,0B,1D,0D,

5、0E,0A,02,03,02,1E,1D,04,05,04,09,08,0F,RRF（100）,WRF（011）,WRM（001）,PR（000）,RRM（010）,KT,控制台指令微程序流程图,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,8,RAMIBUSIBUSIR,RsDBUSPC+1TJ,PC+1TJ,PC+1,RsDBUSDBUSAR,RsDBUSDBUSARRdDR1,RdDR1RsDR2,RdDR1RsDR2,RdDR1RsDR2,P(1),ADD ALUDBUS DBUSRdPC+1,SUB ALUDBUSDBUSRdPC+1,AND ALUDBUSDBUSRd

6、PC+1,DR1ALUALUDBUSDBUSRAMPC+1,RAMDBUSDBUSRdPC+1,R3DBUSDBUSPC,0F,10,10,18,11,19,12,1A,13,14,1B,1C,15,16,17,1F,0F,0F,C=0,C=1,ADD（0000）,JC（0101）,AND（0010）,STA（0011）,LDA（0100）,SUB（0001）,STP（0110）,OUT（0111）,机器指令微程序流程图,P(2),TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,9,控制台操作微程序流程举例,写存储器(WRM)：按下复位按钮CRL#，置SWC=0，SWB=0，SWA

7、=1。在SW7SW0中设置存储器地址，采用单拍或连续方式，按QD按钮将此地址打入AR，注意观察AR指示灯。在SW7SW0置好数据，按QD按钮，将数据写入AR指定的存储器单元，这时AR加1。返回。依次进行下去，直到按复位按钮CRL#为止。实现对RAM的手动写入。每一控制台指令操作完毕应使系统复位，然后转换控制台指令。演示,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,10,控制台操作微程序流程举例,启动程序(PR)：按下复位按钮CRL#后，微地址寄存器清零。置SWC=0，SWB=0，SWA=0，用数据开关SW7SW0设置RAM中的程序首地址，采用单拍或连续方式，按QD按钮后，启动程

8、序执行。对照微程序流程图，监测微地址指示灯和判别字段指示灯，以判别正在进行的微操作。注意观察PC和IR指示灯，以判断程序的执行情况，直至程序执行完毕。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,11,实验程序,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,12,实验程序相关数据,第一组数据：预置寄存器R0=35H，R1=43H，R2=10H，R3=07H；存储器存储单元内容：10H=55H。第二组数据：预置寄存器R0=86H，R1=88H，R2=10H，R3=07H；存储器存储单元10H=55H。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,13

9、,模型机连线示意图,控制台,时序发生器,数据通路,微程序控制器,指令代码 条件信号 IR7IR4 C,时序信号T1T3,开关控制SWC SWB SWA,开关控制 DP DB QD CLR#,微指令控制字段,控制信号 TJ,时序信号 T1,指示灯信号P0P2,IR3IR2RS1RS0IR1IR0RD1RD0 WR1WR0,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,14,CPU组成与机器指令执行实验接线参考：,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,15,CPU组成与机器指令执行实验接线参考,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,16,C

10、PU组成与机器指令执行实验接线参考,只要把上表同列的信号用线连接即可,一共接线33条。接好线后,将编程开关拨到“正常位置”,合上电源,按CLR#按钮,使TEC-5实验系统处于初始状态。注意：IR1 IR0将是写通用寄存器时寄存器的选择信号；IR3 IR2将是读通用寄存器时寄存器的选择信号。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,17,实验要求,做好实验预习。根据实验任务所提要求，在预习时完成相关表格填写、数据和理论分析。以便与实验值对照。接线较多，务必仔细。写出实验报告，内容：实验目的记录程序数据表格。分析程序执行过程中出现的异常情况和值得讨论的其它问题。课程实验总结。,

11、TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,18,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,19,实验总结,CPU的基本功能：程序的顺序执行、管理控制操作、操作和执行定时、数据加工等。控制器：程序计数器，指令寄存器，指令译码器，时序发生器，操作控制器等，取指、译码产生控制信号，控制CPU、内存，输入/输出之间的数据传输。运算器：算数逻辑单元ALU，累加器AC，数据缓冲寄存器DR，状态条件寄存器PSW等，数据加工，算数逻辑运算，产生运算结果或逻辑判断。从内存取指到执行指令结束，一条机器指令对应一个微程序。一个机器指令周期由几个微指令周期组成。控制部件和执行部件构成计算机的两大部分。,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,20,结 束,参考资料：计算机组成原理题解题库与实验 白中英 杨春武 主编 科学出版社计算机硬件基础课实验教程 白中英 杨春武 冯一兵 主编 清华大学出版社TEC-5计算机组成原理实验指导书 清华大学科教仪器厂,TEC-5,北京邮电大学计算机科学与技术学院系统结构实验室,21,谢谢！,