计算机组成原理4

上海大学计算机学院

《计算机组成原理实验》报告三

姓名：学号：教师：王雪娟

时间：周三1-3 地点：延长校区行健楼609 机位：7

实验名称: 指令系统实验

一、实验目的

1. 读出系统已有的指令，并理解其含义。

2. 设计并实现一条新指令。

二、实验原理

利用CP226实验仪（用74HC754即8D型上升沿触发器）上的K16…K23开关为数据总线DBUS设置数据，其他开关作为控制信号，一条指令执行完毕PC会自动加1，系统顺序执行下一条指令，但系统要进入一个新的指令序列时，如跳转、转子程序等，必须给PC打入新的起始值——新指令序列的入口地址。实验箱实现把数据总线的值(目标地址)打入PC的操作，以更新PC值。

三、实验内容

1. 考察机器指令00的各微指令信号，确定该指令的功能。

2. 考察机器指令64的各微指令信号，确定该指令的功能。(假设

R0=77,A=11.77单元存放数据56,64单元指令的下一个是E8)；接2，修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。

3. 修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。

4*. 修改机器指令F0，使其完成“输出A＋Ri(i=0~3)的结果右移一位后的值到OUT”的操作。

四、实验过程

1.考察机器指令00的各微指令信号，确定该指令的功能。

在初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(μEM状态)，用NX 键观察00H，01H，02H,03H, 地址中原有的微指令，分析并查表确定其功能。

2.考察机器指令64的各微指令信号，确定该指令的功能。(假设

R0=77,A=11.77单元存放数据56,64单元指令的下一个是E8)；接2，修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操

作。

（1）.在初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(μEM状态)，用NX键观察64H，65H,66H,67H, 地址中原有的微指令，分析并查表确定其功能。

（2）.给μPC打入值(64), PC（A0），A（11）， R0(77).

【R0（77）选用NX上面一个键连按2次输入值】

（3）.在EM状态,Adr打入77,DB打入56；

（4）.在μEM状态，在E8H,E9H,EAH,EBH分别打入

FFDFD8,CBFFFF, FFFFFF,FFFFFF.回到 μPC,按STEP键.

（5）.记录到的实验现象

3. 修改机器指令E8，使其完成“输出A＋W的结果左移一位后的值到OUT”操作。

（1）.初始化系统（Reset)，进入微程序存储器模式(μEM状态)，在μEM模式下给μEM的E8、E9、EA和EB顺序送入四个微指令码：FFDFD8，CBFFFF，FFFFFF，FFFFFF。

（2）.在EM状态，Adr打入00，DB打入F8；

（3）.在μpc状态,验证该指令的功能：

赋初值 μpc（00） PC（00）A（11） W（11）

（4）.按STEP观察指令执行的过程。L门为44，但送OUT在一个STEP上升沿来不及完成，所以需要再按一次STEP。则OUT寄存器中为44。

（5）.记录观察到的现象。

五、实验结论

1. 机器指令00对应的各微指令码为：CBFFFF、FFFFFF、FFFFFF和FFFFFF。

其功能为：读出下一条指令并立即执行。

2. 机器指令64对应的各微指令码为：FF77FF、D7BFEF、 FFFE92、CBFFFF。

其功能为：将R0寄存器的值打入地址寄存器MAR；存贮器EM将MAR 输出地址所对应的值打入W寄存器；ALU直通门输出的值打入A寄存器，A、W中的值进行“与”运算，结果在A输出；PC＋1，读出下一条指令并立即执行。

3. A寄存器显示11，W寄存器显示11，左移门L和OUT寄存器显示44。

六、体会

通过这次实验，我对CP226实验仪有了进一步的认识与了解，对于各个信号键的控制更加熟练。并且是我理解了如何去观察机器指令的各个微指令信息，去确定它们的功能。同时了解指令结构、PC寄存器的功能和指令系统的基本工作原理，也学会了如何去修改一条微指令，让它能够实现自己所想实现的功能。

七、思考题

在微指令结构的计算机中，一条指令从启动到产生功能经过那些环节？

答：一条指令的启动是从PC开始，PC通过地址总线(ABUS)发送一个指令在程序存储器的地址到EM，EM把ABUS选定的存储单元的值(指令的二进制数形式)的高6位通过IBUS送μPC，低两位送SA和SB，μPC收到的6位值就是这条指令的微程序人口地址的高6位，μPC据此生成μEM 的地址，并通过μPC 总线送到μEM，μEM把μPC值选定单元的24位值送上控制总线CBUS，从而实现第一条微指令的功能；同时μPC 加1，输出这条指令的第二条微指令，直到执行一条“取指令”微指令，则PC加1。开始执行下一条指令。