机组原理组合逻辑控制器部件教学实验

《计算机组成与结构》实验报告实验项目实验五组合逻辑控制器部件教学实验实验编号2280110804学号姓名成绩实验五组合逻辑控制器部件教学实验一、实验目的1．深入理解计算机控制器的功能、组成知识；2．深入地学习计算机各类典型指令的执行流程；3．对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等建立具体的总体概念；4．学习组合逻辑控制器的设计过程和相关技术。二、实验内容1．首先是看懂TEC-2000教学计算机的功能部件组成和线路逻辑关系，然后分析教学计算机中已经设计好并正常运行的几条典型指令（例如，ADD、SHR、OUT、MVRD、JRC、CALA、RET等指令）的功能、格式和执行流程。2．设计几条指令的功能、格式和执行流程，并在教学计算机上实现、调试正确。例如ADC、JRS、JRNS、LDRA、STOR、JMPR等指令，可以从《TEC-2000教学计算机系统技术说明与实验指导》第二章给出的19条扩展指令中任意选择，当然也可以设计与实现其它的指令，包括原来已经实现的基本指令（要变换为另外一个指令操作码）或自己确定的指令。3．单条运行指令，查看指令的功能、格式和执行流程。先将教学机左下方的5个拨动开关置为11101，再按一下“RESET”按键，然后通过16位的数据开关（SWH、SWL）置入指令，按“START”按键单步送脉冲，通过指示灯观察控制信号的变化。三、实验步骤1．将教学机左下方的5个拨动开关置为11101（单步、手动置指令、组合、16位、联机）；2．按一下“RESET”按键；3．通过16位的数据开关SWH、SWL置入指令操作码；4．在单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的节拍1）选择基本指令的A组指令中的ADD指令，观察其节拍流程：1置拨动开关SW=000000000000001；（表示指令ADDR0，R1）2按RESET按键；节拍指示灯T4~T0显示01000；3按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00000；4按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00010；5按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00011；可以看到，A组指令（包括ADD、SUB、CMP、AND、XOR、SHR、SHL、INC、DEC、TEST、OR、MVRR、JR、JRC、JRNC、JRZ、JRNZ）的执行除公共节拍外，只需一步完成。2）选择基本指令的B组指令中的PUSH指令，观察其节拍流程：1置拨动开关SW=1000010000000000；（表示指令PUSH）2按RESET按键；节拍指示灯T4~T0显示01000；3按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00000；4按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00010；5按START按键；节拍指示灯T4~T0显示001106按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00100；本拍执行PUSH指令的第二步，(AR)←SR）可以看到，B组指令（包括JMPA、LDRR、IN、STRR、PSHF、PUSH、OUT、POP、MVRD、POP、RET）的执行除公共节拍外,该组指令完成需两步。3）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其节拍流程：1置拨动开关SW=1100111000000000；（表示指令CALA）2按RESET按键；节拍指示灯T4~T0显示01000；3按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00000；4按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00010；5按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00110；6按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00100；（本拍(AR)→Q）7按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00111；8按START按键；节拍指示灯T4~T0显示00101；可以看到，D组指令CALA除公共节拍外，需四步完成；6．单步方式下，通过指示灯观察各类基本指令的控制信号1）选择基本指令的A组指令中的SHR指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。1置拨动开关SW=0000101100010000；(表示指令SHRR1)2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表：2）选择基本指令的B组指令中的JMPA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。1置拨动开关SW=1000000000000000；(表示指令JMPA)2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表：3）选择基本指令的D组指令中的CALA指令，观察其执行过程中控制信号的变化，分析其作用。1置拨动开关SW=1100111000000000；（表示指令CALA）2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表：7．在以上几步实验的基础上，选择几条扩展指令，将其控制信号的逻辑表达式写入7片GAL中1选择扩展指令ADC、STC、JRS、LDRX、STRX和JMPR，采用《TEC-2000教学计算机系统技术说明与实验指导》第二章中提供的参考方案，节拍和设计的控制信号为：3在PC机上运行FM.EXE文件，将上面的7个.PLD文件编译成以.JED为扩展名的文件，通过编程器编入7片GAL中。4将7片GAL插入对应的芯片插座中；5将与组合逻辑扩展指令实验有关的插针接好：GAL1~GAL7处的插针，标有“ONCOMLOG/OFFMicroP”，应将该处插针短接。GAL2下方5排3个一组的插针，左边标有“NewIns”，右边标有“MicroP”，应将该处每组插针左边的2个短接。8．单步方式下，通过指示灯观察上面扩展的几条扩展指令的控制信号是否与设计的一致。1）观察A组指令中的ADC指令：1置拨动开关SW=0010000000010000；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表：2）观察A组指令中的JRS指令：1置拨动开关SW=0110010000000000；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表。3）观察A组指令中的STC指令：1置拨动开关SW=0110110100000000；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表。4）观察A组指令中的JMPR指令：1置拨动开关SW=0110000000000001；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号如下表。5）观察C组指令中的LDRX指令：1置拨动开关SW=1110010100000000；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号。6）观察C组指令中的STRX指令：1置拨动开关SW=1110011000000000；2先按“RESET”按键；再连续按“START”按键，观察每一步的节拍及控制信号。四、实验总结通过本次组合逻辑控制部件实验，我对组合逻辑控制器部件的功能和组成知识有了进一步的了解和认知，并且认真学习了计算机各类典型指令的执行流程，对指令格式、寻址方式、指令系统、指令分类等都建立了具体的总体概念。