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计算机结构与组成实验报告

大连理工大学

本科实验报告

课程名称：

计算机组成与结构实验

学院（系）：

软件学院

专业：

软件工程

班级：

0821班

学号：

200891239

学生姓名：

姜晓宇

2010年7月3日

实验项目列表

序号

实验项目名称

学时

成绩

指导教师

预习

操作

结果

部件实验

刘善射

一位数乘法程序实验

刘善射

二位数乘法程序实验

刘善射

总计

学分：

1.5

大连理工大学实验报告

学院（系）：

软件学院专业：

软件工程班级：

0821班

姓名：

姜晓宇学号：

200892139组：

___

实验时间：

第12周实验室：

C区108实验台：

指导教师签字：

成绩：

部件实验—总线数据传输实验

一、实验目的

了解总线的作用及数据传输的原理

实验要求

将两个需要交换的数据分别写入373和374中进行储存，再使用RAM作为第三方介质来交换这两个数据。

二、实验原理和内容（含CPU结构框图其中要把信号连线加方向标，并要把IR寄存器与微译码器联系起来。

）

实验原理

三态门、锁存器、寄存器、RAM之间的数据传输均要先使OE有效，将数据输出到总线上，然后数据接受方从总线上将数据写入或锁存。

同时根据脉冲信号的有效性来控制输入或输出以及交换数据的进行，并且以三态门来隔离总线对数据的干扰。

CPU结构框图如下：

A9……A0

RAM

MCLKMWR

MENMOE

CI（7）

CI（0）

373

374

377

244

GTOEOECK

S7…S0L7...L0

开关输入显示灯

上图中，RAM采用XC2S150内部的RAM组件，它为512×8，有10位地址（A9~A0），8位数据，四根控制线：

CLK—时钟（MCLK），在有跳变时才执行。

行写入或改变读出内容；EN—允许MEN（S15，1有效）；WE写入MWR（S16，1有效）；RST复位（不用）。

由于该RAM的输出不为三态，故加入MOE（S23,1有效）作为三态控制。

DB为数据总线，接CI（7—0）。

244为三态门，用于从开关（S7-S0）输入数据到总线上，OE（S13，1有效）三态输出允许，373为三态输出的透明锁存器，GT（S11,1有效）为三态输出允许，374为带三态输出的寄存器，CK,（s10,打入脉冲）为时钟，OE（S9,1有效）三态输出允许。

377为8位寄存器，CK为时钟，EN（S8,1有效）时钟允许，377输出接8个LED（L7-L0）。

三、主要仪器设备（所用设备名称、型号）

含有XC2S150内部RAM组件的FD-MCES实验仪；一台PC机

四、

开始

实验步骤与方法

步骤流程图：

把另一个不同数据送到374

中，上拨S13,S10

（上拨S13，S10）

从开关通过244把一个数据

输入到373，上拨S11,S13

把373的数据送到RAM中

上拨S12,S16,S15

S16，S15）

把374的数据送到373中

上拨S9，S11

S11）

把RAM的数据传送到374中

上拨S23，S10

S10）

结束

五、实验数据记录和处理

每次上拨开关后观测显示灯亮的情况，具体结果见下题

六、实验结果与分析

1.第一次上拔s12时,灯L0-L7中L0-L4亮;说明数据11110000已送入373.

2.第一次上拔s9时,灯L0-L7中L1,L2,L3,L7灯;说明01110001已送374.

3.第二次上拔s12时,灯L0-L7中L1,L2,L3,L7亮;

第二次上拔s9时,灯L0-L7中L0-L4亮;说明373,374中的数据交换成功

七、讨论、建议、质疑

实验体会：

通过本次实验，我对计算机内部数据的存储,数据在总线上的传输有了进一定的了解。

例如，向总线传入数据时，三态门使寄存器或锁与总线隔离，发送或接受数据之前需要先是输出或出入有效；要实现数据在部件之间传递，总线的桥梁作用不可或缺——这些以前在课本上的知识终于通过具体的实践得到了验证！

本次实验虽然简单，但如此近距离地操作计算机内部构件，还是多少能够提升自身的动手操作能力，唯一的缺憾是实验很快就能结束，希望能够再拓展一些内容。

大连理工大学实验预习报告

学院（系）：

软件学院专业：

软件工程班级：

0821班

姓名：

姜晓宇学号：

200892139组：

___

实验时间：

第14周实验室：

C区108实验台：

指导教师签字：

成绩：

一位数乘法程序实验

一、实验目的和要求（此处不写）

二、实验原理和内容（只列一位数乘法的*.LST文件，内有注释行）.

一位数乘法的*.LST文件：

10000ORG0

20000STRT:

30000600000JKBSTRT键盘输入被乘数

40003408001LDA8001H

500060FMOVR7,A

60007L1:

70007600007JKBL1键盘输入乘数

8000A408001LDA8001H

9000D0EMOVR6,A打印*

10000E3004MOVA,#4

110010488002STA8002H

120013L2:

130013680013JPBL2空打

140016300AMOVA,#0AH

150018488002STA8002H

16001BL3:

17001B68001BJPBL3打印被乘数并换行

18001E3010MOVA,#10H

19002027ADDA,R7

200021488002STA8002H

210024L4:

220024680024JPBL4打印=

2300273009MOVA,#9

240029488002STA8002H

25002CL5:

26002C68002CJPBL5空打

27002F300AMOVA,#0AH

280031488002STA8002H

290034L6:

300034680034JPBL6打印乘数值并换行

3100373010MOVA,#10H

32003926ADDA,R6

33003A488002STA8002H

34003DL7:

35003D68003DJPBL7

360040300AMOVA,#0AH空打

370042488002STA8002H

380045L8:

390045680045JPBL8

400048300AMOVA,#0AH空打

41004A488002STA8002H

42004D3D00MOVR5,#0将0置入R5

43004F3B00MOVR4,#0将0置入R4

440051L9:

450051680051JPBL9

4600543801MOVR0,#1将1置入R0

47005606MOVA,R6将被乘数置入ACC

48005728SUBA,R0被乘数-1

4900580EMOVR6,A结果放回R6

500059500065JCN1判断R6是否<0

51005CL10:

52005C68005CJPBL10累积乘数

53005F07MOVA,R7将乘数置入ACC

54006025ADDA,R5+累加的和

5500610DMOVR5,A将此时的和放回R5

560062580051JMPL9返回继续累加

570065N1:

5800653A0AMOVR2,#10将10置入R2

59006705MOVA,R5将累加结果置入ACC

6000682ASUBA,R2累加结果-10

610069500074JCN2判断是否<10

62006C0DMOVR5,A将差放回R5

63006D3001MOVA,#1将1置入ACC

64006F23ADDA,R41+R4

6500700BMOVR4,AR4+1后放回R4

660071580065JMPN1返回继续-10

670074N2:

开始打印结果

680074680074JPBN2

69007705MOVA,R5打印个位

700078488002STA8002H

71007BL11:

72007B68007BJPBL11打印十位并换行

73007F3C10MOVA,#10H

74008124ADDA,R4

750082488002STA8002H

760085580000JMPSTRT回到初始状态

三、实验步骤（只写出该程序的流程图即可）

STRT

置R2=10

键盘输入否

R5=R5-R2

被乘数=>R7

R5>=10

键盘输入否

R4=R4+1

乘数=>R6

依次打印*、被乘数、=、乘数

R5=>A=>打印机

打印个位

依次设置R5=0、R4=0、R0=1

R4=>A=>打印机

打印十位

R6=R6-R0

R6>=0

Y典型结果：

9_*

R5=R5+R7

8_=

大连理工大学实验报告

学院（系）：

软件学院专业：

软件工程班级：

0821班

姓名：

姜晓宇学号：

200892139组：

___

实验时间：

15-16周实验室：

C区108实验台：

指导教师签字：

成绩：

二位数乘法程序实验

一、实验目的

1.了解微程序计算机的工作原理及实现方法

2.初步学会微程序设计的方法并独立设计简单的位乘法程序。

实验要求

1.创建指令集文件（*.DEF）

2.创建微程序文件（*.M19）

3.编写二位乘法程序并调试生成最终结果

二、实验原理和内容（含CPU结构框图其中要把信号连线加方向标，并要把IR寄存器与微译码器联系起来。

12条指令集（*.def）与指令流程表以及12条指令所对应的微程序表）另外写出微程序控制计算机的原理。

1）CPU结构框图（见下页）：

A为累加器，CA为它的打入脉冲，X0、X1为选择控制器，X1X0=11为并行接数：

01为右移一位，10为左移一位，00为无操作。

另外有SL、SR分别为左移、右移的串行数据移入端。

ACT为暂存寄存器，CC和CG分别为它的打入脉冲和允许端：

R0-R7为8个寄存器，RA、RB、RC为选择端，用于选择中某个寄存器，WRC和WRE分别为写入脉冲和允许端。

ALU为8位的算术逻辑运算单元，FA、FB为两路输入，FF为输出；S2、S1、S0用于选择工作方式。

CIN为加法的进位输出或减法的借位输出。

如果需执行带进位（或借位）的加法（减法）时，ALU应该还有进位输入。

OB为三态门的控制端，将ALU输出的数据加至总线。

IR为指令寄存器，它存放指令的第一字节，CIR和GI分别为它的打入脉冲和允许端。

ADRH和ADRL为第二、三字节寄存器，存放直接寻址指令的16为地址值。

CA2、CA1和GA2、GA1分别为它们的打入脉冲和允许端。

PC为16为程序计数器。

PCK为脉冲端，PINC为加1控制端。

PLD为并行接数控制端，它的输入端来自多路开关，可选择为“1”、“0”。

CY。

其中“1”对应于JMP指令，CY对应于JC指令，KRIX对应于JKB指令，PRIX对应于JPB指令，其他情况接“0”。

PC的输出和ADR的输出通过多路开关加至地址总线AB。

2.）12条指令集（*.DEF）:

-MOV

A,Ri

00000iii

-MOV

Ri,A

00001iii

-ADD

A,Ri

00100iii

-SUB

A,Ri

00101iii

-MOV

A,#data8

00110000

dddddddd

-MOV

Ri,#data8

00111iii

dddddddd

-LDA

addr

01000000

aaaaaaaa

-STA

addr

01001000

aaaaaaaa

-JC

addr

01010000

aaaaaaaa

-JMP

addr

01011000

aaaaaaaa

-JKB

addr

01100000

aaaaaaaa

-JPB

addr

01101000

aaaaaaaa

-enddef

3.）指令执行流程表:

指令助记符

指令功能

指令编码

1716151413121110

节

拍

微操作

控制信号

控制信号的有效性

取微指令

（PC）->AB

（M）->IR

（PC）+1->PC

（A）->ACT

MXAI

MPLD,GI,CRD

PINC

0,0,0

MOVA,Ri

A->（Ri）

00000iii

（Ri）->ALU->DB->A

S2,S1,S0

OBX1,X0

0,1,1

MOVRi,A

Ri->（A）

00001iii

（ACT）->ALU->DB->Ri

S2,S1,S0,OB,WRE

0,1,0,0,0

ADDA,Ri

（A）+Ri->（A）

00100iii

（ACT）+（Ri）->DB->A

->CIN->CY

S2,S1,S0,OB,X1,X0,CP

0,0,0,0

1,1,0

SUBA,Ri

（A）-Ri→A

00101iii

（ACT）-（Ri）->DB->A

->CIN->CY

RC,RB,RA,S2,S1,S0,

OB,X1,X0,CP

I2,I1,I0,0,0,

1,0,1,1,0

MOVA,#

data8

data8→A

00110000

dddddddd

（PC）→AB

（M）→DB→A

（PC）+1→PC

MXA1

X1,X0,CRD

PINC

1,1,0

MOVRi,#

data8

data8→Ri

00111iii

dddddddd

（PC）→AB

（M）→DB→Ri

（PC）+1→PC

MXA1

WRE,RC,RB,RA,WRD

PINC

0,I2,I1,I0,0

LDAaddr

（addr）→A

01000000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

（PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB,（M）→A

MXA1,GA2,PINC,CRD

MXA1,GA1,PINC,CRD

MXA1,CRD，X1,X0

0,0,1,0

1,1,1,0

STAaddr

（A）→addr

01001000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

（PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB

（ACT）→ALU→DB→M

MXA1,GA2,PINC,CRD

MXA1,GA1,PINC,CRD

MXA1,OB,CWR

0,0,1,0

JCaddr

IfCY=1

then

addr→PC

else

（PC）+3→PC

01010000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

（PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB

（cy=1）→PC

MXA1,GA2,PINＣ,

CRD

MXA1,GA1,PINＣ,

CRD

MXA1,PL2,PL1,PL0

0,0,1,0

1,0,0,1

JMPaddr

addr→PC

01011000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

（PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB→PC

MXA1,GA1,PINC,CRD

MXA1,GA2,PINC,CRD

MXA1,PL2,PL1,PL0

0,0,1,0

1,0,1,0

JKBaddr

IfKRIX=0

then

addr→PCelse

（PC）+3→PC

01100000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB_

（KRIX=0）→PC

MXA1,GA2,PINC,CRD

MXA1,GA1,PINC,CRD

MXA1,PL2,PL1,PL0

0,0,1,0

1,0,1,1

JPBaddr

IfPRIX=0

then

addr→PCelse

（PC）+3→PC

01101000

aaaaaaaa

（PC）→AB,

（M）→ADRH

（PC）+1→PC

（PC）→AB,

（M）→ADRL

（PC）+1→PC

（ADR）→AB_

（PRIX=0）→PC

MXA1,GA2,PING,CRD

MXA1,GA1,PING,CRD

MXA1,PL2,PL1,PL0

0,0,1,0

1,1,0,0

4.）微程序表

指令

助记符

位

信号

CIN

WRE

GA1

GA2

PINC

PL2

PL1

PL0

MXA1

CWR

CRD

MPLD

微指令码

16进制

有效

电平

微地址

取指令

0000H

00257004

mova,ri

0007H

3724E287

0008H

00257004

movri,a

000FH

2120E007

0010H

00257004

addra,ri

0027H

0704E007

0028H

00257004

suba,ri

002FH

1704E007

0030H

00257004

mova,#data8

0037H

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