组成原理实验五..ppt

* 计算机组成原理实验课程 实验五 指令系统实验 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。 教学目标 1. 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。 2. 学习设计指令的方法。 一.背景知识（1） 1. 微程序和机器指令： 通过前三次实验知道：一个计算机系统的硬件制作好以后，它的最基本操作就确定了，即它的微指令系统就确定了。 必须有序地使用一系列微指令才能完成一个实际需要的操作。在这些“需要”的操作中，有一部分是使用频度很高，而且数条微指令即可完成的简单操作，为方便使用，系统就把这部分简单操作的微指令序列固定下来，存放在一个快速存储器中，这些微指令序列称为“微程序”，这个快速存储器就是微程序存储器。 显然，一条微指令是最简单的微程序。 于是，用户在使用计算机时就以“微程序”为单位来排序简单操作，达到解决实际复杂操作的目的。采用这种“硬件使用方式”的计算机系统就叫微程序结构系统，调用微程序的方式就称为“机器指令”或“指令”。 2. 实验箱的机器指令系统： 实验箱每条（机器）指令都为4条微指令长度（等长结构），当实际需要的微指令数量不足4条时用无效指令FFFFFFH补齐。最后一条有效微指令一定是PC输出微指令，以执行下一条指令。 所有指令的微程序头尾相接地存放在微程序存储器μEM中。于是，每个微程序的起始地址（也叫入口地址）的最后两位一定为00。因此，上次课介绍的图2中上部161的P0和P1接地，IBUS不需要0号和1号线。 同时，这个地址就自然的成为这条（机器）指令的二进制数表达形式，它就是指导书87页表中的“机器码1”。这个机器码将按用户程序的编写顺序存放在“指令存储器”EM中，等待PC寄存器的调用。 一.背景知识（2） P0 Q0 P1 Q1 P2 Q2 P3 Q3 CEP CET CLK PE TC MR IBUS 2 IBUS 3 Ck IREN RST Vcc P0 Q0 P1 Q1 P2 Q2 P3 Q3 CEP CET CLK PE TC MR IBUS 6 IBUS 7 IBUS 4 IBUS 5 161 161 图 2 一.背景知识（3） 3. 实验箱机器指令系统的布线：a)EM布线和IBUS信号的生成： RAM6116送出的数据总上IBUS去寻址μM微程序存储器。低两位去寻址寄存器R0～R3，形成 101页表中的“机器码1的最后2位”。 A0 D0 ~ D1 A7 A8 D2 ~ ~ A10 D7 G W E A0 B0 ~ B1 A2 A3 B2 ~ ~ A5 B7 A6 A7 E DIR A0 B0 ~ ~ A7 B7 DIR E Vcc 245 245 6116 ABUS0~7 EMRD EMWR CK EMEN DBUS0~7 IBUS2~7 SB SA ICOE 图1. EM原理图 ICOE=0时送出中断类型码B8H 当EMEN＝0时数据总线与RAM6116的数据口接通，EMRD=0时读出数据；EMWR=0时写入数据。二者不能同时为0。 ABUS的数据来自PC（取指令）或MAR（读写数据）当来自MAR时，EMEN＝0，则数据通过上边的245送上数据总线，这时系统使μPC的IREN＝1，所以IBUS上的值不影响μPC。 一.背景知识（4） 3. 实验箱机器指令系统的布线：b)PC布线和ABUS信号的生成： PCOE=0时，CK上升沿使PC寄存器的值加1，并立即通过下部的245送上地址总线(ABUS)，去寻址指令寄存器EM。这是PC的主功能。 LDPC=0时，CK上升沿将数据总线(DBUS)的值打入PC。 PCOE-D=0时，PC值立刻送上数据总线。可以通过打入操作再进入PC。 RST＝0时，使PC清0。 A0 B0 ~ ~ A3 B3 A4 B4 ~ ~ A7 B7 E DIR 245 DBUS0~3 ABUS0~7 P0 Q0 ~ ~ P3 Q3 CEP CET CLK PE TC MR P0 Q0 ~ ~ P3 Q3 CEP CET CLK PE TC MR A0 B0 ~ ~ A3 B7 A4 ~ A7 E DIR 245 Vcc DBUS4~7 CK LD