计算机组成原理（西安理工大学）实验一 CPTH模型机感性认识及模块实验.docVIP

实验一 CPTH模型机感性认识及模块实验 一 计算机组成原理实验课概述 二 CPTH硬件系统基本组成 三 CPTH软件系统基本组成 四 CPTH指令系统 五 CPTH实验系统特点 模块实验： 1. 寄存器实验 2. 运算器实验 3. 存储器实验 一 计算机组成原理实验课概述 计算机组成原理实验课程，是专门为计算机学院相关专业高年级开设的一门专业骨干课程，它主要研究计算机的基本组成与运行原理，它深入到CPU的内部，查看，测试各主要信号与部件的工作状态，即将CPU解剖开，观察一条指令在执行过程中数据的走向、各控制信号的状态及相关寄存器的值。而CPTH模型机是专为计算机组成原理实验课设计的，它是一台硬件，软件相对完整，独立的小型计算机系统，即是一台简单的计算机，它包括了一台计算机常有部分CPU，主存，I/O接口等。 二 CPTH硬件系统基本组成 运算器：运算器ALU用一片lattice公司的LC4256V-100在线可编程逻辑芯片实现的，出厂时，已下载了用VHDL语言编写的运算功能（8种）。 寄存器：累加器寄存器A、工作寄存器W：（1片74HC574/每）； 左移门L、直通门D、右移门R：(2片74LS245同相器/每)； 寄存器组：R0-R3：（2片74HC574/每）； 地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST：（2片74HC574/每）； 中断向量寄存器IA、输入端口寄存器IN、输出端口寄存器OUT等。 控制器：程序计数器PC、微程序计数器uPC：（2片74LS161四位加1计数器/每）； 微程序存储器uM：（3片6116），事先存入24位微指令，电路设置为： 只能读，不能写； 指令寄存器IR：（1片74HC574）、中断控制电路、跳转控制电路等； 组合逻辑控制器：用一片lattice公司的LC4256V-100 可编程的逻辑芯片实现。出厂时已下载了用ABEL语言编写的的组合逻辑控制器文件（组合逻辑表达式），实现控制功能。通过开关KC切换。 存储器：程序存储器EM由一片6116 RAM 构成，是用户存放程序和数据的地方。 微程序存储器uM，由三片6116 RAM 构成，共24 位微码。 输入/输出：24位开关，数码管、二极管及其驱动电路。字符式LCD、RS232。 三 CPTH软件系统基本组成 微程序：存储在uM微控存中（24位控制信号）。 组合逻辑表达式：存储在一片lattice的LC4256V-100中； 运算器运算功能：：存储在一片lattice的LC4256V-100中； CPTH软件集成调试环境：安装在PC机硬盘上， （通过RS-232C串行通讯），自带编译器； CPTH指令系统：随集成调试环境安装在计算机的硬盘上。 四 CPTH指令系统 指令基本格式： 指令分类：寻址方式（5种）：立即数寻址、寄存器寻址 寄存器间址 存储器直接寻址，累加器寻址等 操作数个数：单、双、无 CPTH指令集： 算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、 跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。 五 CPTH实验系统特点： 1. 采用总线结构 三组总线：地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS。 CPTH为8 位机，数据总线、地址总线、指令总线都为8位。 2. 采用模块化设计 运算器模块ALU， 寄存器模块（A，W，IA ，ST，MAR，R0…R3等）， 程序计数器模块PC， 主存模块EM， 指令寄存器模块IR， 微地址计数器模块uPC， 微程序控制器模块〈微控存〉uM， 组合逻辑控制模块及I/O等控制模块。 3. 提供两种实验模式 脱机手动：通过实验箱上的24位开关输入数据，控制信号，用发光二极管、数码管显示输出结果，实现手动操作方式的输入/输出和机器调试。 连机自动：通过PC机（或实验箱上的键盘及液晶显示器），直接输入、编译、装载用户程序，实现微程序控制运行。 4. 支持两种控制器 微程序控制器 组合逻辑控制器 5. 提供集成调试环境 支持RS-232C串行通讯，将实验箱与PC机连接起来。 集成调试环境自带编译器，支持符合该系统的汇编语言程序的编辑、编译、调试，使调试过程形象生动。 6. 开放性设计 可采用EDA技术，用VHDL语言编程设计扩充运算器的运算功能。 可设计自己的指令/微指令系统。 六 各模块实验： 实验一 寄存器模块实验 1．A，W 寄存器写实验 实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。 实验原理图： 图1-1寄存器A、W原理图 图1-2寄存器A，W写工作波形 实验任务及接线： 用CPTH 实验箱上的K16..K