实验7 模型机组成与程序运行 实验报告.doc

班级：计算机科学与技术3班
学号：20090810310
姓名：康小雪
日期：2011-12-1

实验7
模型机组成与程序运行实验

预习实验报告

计算机整机模型机的组成和工作原理。

计算机执行机器指令的工作过程。

微指令、微程序的设计及调试。

实验报告
波形图：
参数设置：
Endtime:2.0usGridsize:25.0ns
信号设置：
Clkjp：控制电路时钟信号，设置周期为100ns占空比为50%。
Clrar:AR寄存器清零信号，用于清除当前AR的状态，二进制输入，低电平有效。
ClrKong:控制电路清零信号，用于清除当前控制电路的状态，二进制输入，低电平有效。
dp：单拍执行信号，用于使状态机输出且仅输出一次脉冲，二进制输入，高电平有效。

qd：启动信号，用于启动状态机，二进制输入，低电平有效。
tj：停机控制信号，用于使状态机保持当前状态，二进制输入，高电平有效。
Scan_pc：查看打当前pc的值，二位十六进制输出。
Scan_ar：查看打当前ar的值，二位十六进制输出。
Scan_result：查看打当前总线上的值，二位十六进制输出。
Jp：t1，t2，t3，t4节拍脉冲信号的组合，四位二进制输出，高电平时有效。
K：输入数据，八位二进制输入。
仿真波形：
运算以(非C^非D)^(非B加A)为例：
其中A=05HB=0AHC=01HD=02H
其中mif文件设置为：

波形：

分析：（由于操作太多，仅分析LDA18H这个操作，后面的操作分析类似）
0-100ns，初始状态：启动控制电路，所有信号均处于初始状态。
100-500ns，sw->pc:此时节拍信号执行一个循环，next_add=00001.
500-1000ns，pc->ar,pc+1->pc：ar被赋予pc的值，pc则从原来的0变为了1，next_add=00010.
1000-1500ns，RAM->IR：此时是读取IR指令的操作，下址先是变为了01000然后读取到指令为20H，下址next_add迅速变为01001。

1500-2000ns，pc->ar,pc+1->pc：ar被赋予pc的值，pc则从原来的1变为了2，next_add=10101.
2000-2500ns，RAM->AR:读取到01H单元中存的地址为18H，RAM将18H传送给AR，下址next_add=10110.
2500-3000ns，RAM->R5：读取到18H中存的数为01H该值应该被传送给R5，LDA操作完成，下址重新恢复为next_add=0001以重新读取操作。
之后的波形图截取如下：

。。。
。。。
这是最后一步的运算结果，将运算得到的F8存入第1EH单元中：

结论：
本实验的设计能正确实现模拟状态机的单步运行功能，并且在一系列的qd模拟机之后，能够从mif文件中准确地读出数据，并且对表达式(非C^非D)^(非B加A)进行相应的运算，最终得到F8的结果，并执行存入1EH单元中，故电路设计正确。

二、实验日志
预习疑问解答：
计算机整机模型机的组成和工作原理。

计算机执行机器指令的工作过程。

根据冯.诺依曼的设计，计算机应能自动执行程序，而执行程序又归结为逐条执行指令。执行一条指令又可分为以下五个基本操作：
①取指令：从存储器某个地址单元中取出要执行的指令送到CPU内部的指令寄存器暂存；
②分析指令：或称指令译码，把保存在指令寄存器中的指令送到指令译码器，译出该指令对应的微操作信号，控制各个部件的操作；
③取操作数：如果需要，发出取数据命令，到存储器取出所需的操作数；
④执行指令：根据指令译码，向各个部件发出相应控制信号，完成指令规定的各种操作；
⑤保存结果：如果需要保存计算结果，则把结果保存到指定的存储器单元中。
完成一条指令所需的时间称为指令周期。一个指令周期往往包括多个总线周期，而一个总线周期又包含多个时钟周期。时钟周期是计算机中最小的时间单位。

微指令、微程序的设计及调试。

思考题：
给定一个复合运算式子以及指令码IR[7..5]与八位BUS总线对应情况。要求写出七条指令新的指令码并写出复合运算执行mif文件。修改模型机电路调试程序以实现复合运算。
例：已知A=55H，B=8AH，C=F0H；IR[7..5]对应BUS8,BUS1,BUS3；写出(Aplus/B)^(/(/CplusB))的mif文件，并在模拟机上实现。
答：模拟机电路修改如下：
存储器预设指令重设：
RAM地址内容00H20H01H1EH02H80H03H40H04H20H存储数据/B(75H)05H20H06H1DH07HC0H08H20H09H40H0AH21H存储数据A+/B(CAH)0BH20H0CH1FH0DH8