五 cpu組成和機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)

1、TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,1,五 CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn),將微程序控制器同執(zhí)行部件（整個(gè)數(shù)據(jù)通路）聯(lián)機(jī)，組成一臺(tái)模型計(jì)算機(jī)；用微程序控制器控制模型機(jī)數(shù)據(jù)通路；通過(guò)TEC-5執(zhí)行由8 條機(jī)器指令組成的簡(jiǎn)單程序，掌握指令與微指令的關(guān)系，牢固建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,2,,數(shù)據(jù)通路總體框圖,數(shù)據(jù) 指令RAMIDT7132,A

2、 BRFispLSI1016,DR174LS273,DR274LS273,AR74LS163,PC74LS163,控制臺(tái),,,ALU74LS181A B,,,,,控制器,IR,,,,,,,,,,,S3,S2,S1,S0,LDDR1 T2,LDDR2 T2,LDAR#T2,LDPC# T2,RAM-BUS#,LR/W# T2,CEL#,C

3、ER#,PC+1,AR+1,74LS273,C SWC SWB SWA,IR3-0,LDIR T3,IR7-4,M,Cn#,ALU-BUS#,LDRiT3,RD1,RS1,SW-BUS#,控制信號(hào),,,,,,,,,,,,IBUS7-0,DBUS 7-0,,,RS0,,,RD0,,,WR1,,WR0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,AR7-0,PC7-0,C,LDRiT3,,,,,,,,,,,,,,RS-BU

4、S#,,,,,,,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,3,實(shí)驗(yàn)設(shè)備,TEC-5計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)；TDS1001數(shù)字存儲(chǔ)示波器1臺(tái)；邏輯測(cè)試筆1支。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,4,實(shí)驗(yàn)任務(wù),將簡(jiǎn)單程序進(jìn)行譯碼，按指令格式匯編成二進(jìn)制機(jī)器代碼。完成控制臺(tái)、時(shí)序部件、數(shù)據(jù)通路和微程序控制器之間的連線。將程序機(jī)器代碼利用控制臺(tái)指令寫(xiě)入內(nèi)存。根據(jù)程序的需要設(shè)置通用寄存器堆

5、中相關(guān)寄存器的數(shù)據(jù)。單拍方式執(zhí)行一遍程序，記錄相關(guān)寄存器和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)，與理論值比較分析。連續(xù)方式再次執(zhí)行一遍程序，記錄相關(guān)寄存器和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)，與理論值比較分析。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,5,指令功能與格式 : 8條機(jī)器指令，單字長(zhǎng)（8位）,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,6,控制臺(tái)工作方式 （SWC、SWB、SWA為控制臺(tái)指令的定義開(kāi)關(guān)）,TEC-5

6、,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,7,SWC SWB SWA,P(0),SW→DBUSDBUS→ARDBUS→PCTJ,SW→DBUSDBUS→RAM,RAM→IBUS,Rs→DBUSTJ,SW→DBUSDBUS→ARDBUS→PCTJ,SW→DBUSDBUS→AR,SW→DBUSDBUS→ARTJ,SW→DBUSDBUS→PC,SW→DBUSDBUS→RAM,RAM→IBUSTJ,SW→DB

7、USDBUS→RiTJ,RAM→DBUSTJ,AR+1,SW→DBUSDBUS→RAM,AR+1TJ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,00,0C,1E,08,06,07,0B,1D,0D,0E,0A,02,03,02,1E,1D,04,05,04,09,08,0F,RRF（100）,WRF（011）,WRM（001）,PR（000）,RRM （010）,KT,控制臺(tái)指令微程序流程圖,

8、TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,8,RAM→IBUSIBUS→IR,Rs→DBUSPC+1TJ,PC+1TJ,PC+1,Rs→DBUSDBUS→AR,Rs→DBUSDBUS→ARRd→DR1,Rd→DR1Rs→DR2,Rd→DR1Rs→DR2,Rd→DR1Rs→DR2,P(1),ADD ALU→DBUS DBUS→RdPC+1,SUB ALU→DBUSDBUS→RdPC+1,

9、AND ALU→DBUSDBUS→RdPC+1,DR1→ALUALU→DBUSDBUS→RAMPC+1,RAM→DBUSDBUS→RdPC+1,R3→DBUSDBUS→PC,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）,

10、STA（0011）,LDA（0100）,SUB（0001）,STP（0110）,OUT （0111）,機(jī)器指令微程序流程圖,P(2),,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,9,控制臺(tái)操作微程序流程舉例,寫(xiě)存儲(chǔ)器(WRM)：按下復(fù)位按鈕CRL#，置SWC=0，SWB=0，SWA=1。①在SW7~SW0中設(shè)置存儲(chǔ)器地址，采用單拍或連續(xù)方式，按QD按鈕將此地址打入AR，注意觀察AR指示燈。②在SW7~SW0置好數(shù)

11、據(jù)，按QD按鈕，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入AR指定的存儲(chǔ)器單元，這時(shí)AR加1。③返回②。依次進(jìn)行下去，直到按復(fù)位按鈕CRL#為止。實(shí)現(xiàn)對(duì)RAM的手動(dòng)寫(xiě)入。每一控制臺(tái)指令操作完畢應(yīng)使系統(tǒng)復(fù)位，然后轉(zhuǎn)換控制臺(tái)指令。演示,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,10,控制臺(tái)操作微程序流程舉例,啟動(dòng)程序(PR)：按下復(fù)位按鈕CRL#后，微地址寄存器清零。置SWC=0，SWB=0，SWA=0，用數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)SW7~SW0設(shè)置RAM中的程序首地址，

12、采用單拍或連續(xù)方式，按QD按鈕后，啟動(dòng)程序執(zhí)行。對(duì)照微程序流程圖，監(jiān)測(cè)微地址指示燈和判別字段指示燈，以判別正在進(jìn)行的微操作。注意觀察PC和IR指示燈，以判斷程序的執(zhí)行情況，直至程序執(zhí)行完畢。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,11,實(shí)驗(yàn)程序,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,12,實(shí)驗(yàn)程序相關(guān)數(shù)據(jù),第一組數(shù)據(jù)：預(yù)置寄存器R0=35H，R1=43H，R2=10H，R3=07H；存儲(chǔ)

13、器存儲(chǔ)單元內(nèi)容：[10H]=55H。第二組數(shù)據(jù)：預(yù)置寄存器R0=86H，R1=88H，R2=10H，R3=07H；存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元[10H]=55H。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,13,模型機(jī)連線示意圖,控制臺(tái),時(shí)序發(fā)生器,數(shù)據(jù)通路,微程序控制器,,,,,,,,,指令代碼 條件信號(hào) IR7~IR4 C,時(shí)序信號(hào)T1~T3,開(kāi)關(guān)控制SWC SWB SWA,開(kāi)關(guān)控制 DP DB QD CLR

14、#,微指令控制字段,控制信號(hào) TJ,時(shí)序信號(hào) T1,指示燈信號(hào)P0~P2,IR3IR2→RS1RS0IR1IR0→RD1RD0 WR1WR0,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,14,CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)接線參考：,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,15,CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)接線參考,,,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)

15、構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,16,CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)接線參考,只要把上表同列的信號(hào)用線連接即可,一共接線33條。接好線后,將編程開(kāi)關(guān)撥到“正常位置”,合上電源,按CLR#按鈕,使TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)。注意：IR1 IR0將是寫(xiě)通用寄存器時(shí)寄存器的選擇信號(hào)；IR3 IR2將是讀通用寄存器時(shí)寄存器的選擇信號(hào)。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,17,實(shí)驗(yàn)要求,做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)所提要求，在預(yù)習(xí)時(shí)完成

16、相關(guān)表格填寫(xiě)、數(shù)據(jù)和理論分析。以便與實(shí)驗(yàn)值對(duì)照 。接線較多，務(wù)必仔細(xì)。寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠涗洺绦驍?shù)據(jù)表格。分析程序執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況和值得討論的其它問(wèn)題。課程實(shí)驗(yàn)總結(jié)。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,18,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室,19,實(shí)驗(yàn)總結(jié),CPU的基本功能：程序的順序執(zhí)行、管理控制操作、操作和執(zhí)行定時(shí)、數(shù)據(jù)加工等?？刂破鳎撼绦蛴?jì)數(shù)器，指

17、令寄存器，指令譯碼器，時(shí)序發(fā)生器，操作控制器等，取指、譯碼產(chǎn)生控制信號(hào)，控制CPU、內(nèi)存，輸入/輸出之間的數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)算器：算數(shù)邏輯單元ALU，累加器AC，數(shù)據(jù)緩沖寄存器DR，狀態(tài)條件寄存器PSW等，數(shù)據(jù)加工，算數(shù)邏輯運(yùn)算，產(chǎn)生運(yùn)算結(jié)果或邏輯判斷。從內(nèi)存取指到執(zhí)行指令結(jié)束，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。一個(gè)機(jī)器指令周期由幾個(gè)微指令周期組成?？刂撇考蛨?zhí)行部件構(gòu)成計(jì)算機(jī)的兩大部分。,TEC-5,北京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院系統(tǒng)結(jié)構(gòu)