计组实验五Cache控制器设计实验-.doc

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1、延安大学计算机学院实验报告专用纸学号1110218014074姓名王楠班级计科18课程名称计算机组成原理实验项目名称Cache控制器设计实验任课教师指导教师实验组别第组同组者教师评语及成绩：实验成绩：教师签字：（请按照实验报告的有关要求书写，一般必须包括：1、实验目的；2、实验内容；3、实验步骤与方法；4、实验数据与程序清单；5、出现的问题及解决方法；6、实验结果、结果分析与体会等内容。）【1】实验目的（1）掌握Cache控制器的原理及其设计方法。（2）熟悉CPLD应用设计及EDA软件的使用。【2】实验原理1、采用直接映像方式的cache控制器图1直接映像方式第4页，共　4　

2、页2、采用CPU首先访问Cache，若在Cache中找不到目标地址，则从MEM单元中读入到Cache。图2Cache系统框图3、按区号、块号、块内地址访问目标地址，系统默认存储每个块的首地址，若同时访问同一块中的其他地址，将出现新访问的地址覆盖与之在同一块的另一块号。【3】实验步骤(1)使用Quartus II 软件编辑实现相应的逻辑并进行编译，直到编译通过，Cache 控制器在EPM1270芯片中对应的引脚如图2-2-5所示，框外文字表示IO号,框内文字表示该引脚的含义(本实验例程见‘ 安装路径Cpld CacheCtrlCacheCtrl.qpf’工程)(2)关闭实

3、验系统电源，按图2-2-6连接实验电路，并检查无误，图中将用户需要连接的信号用圆圈标明第4页，共　4　页(3)打开实验系统电源，将生成的POF文件下载到EMP1270中去，CPLD单元介绍见实验1.2。(4)将时序与操作台单元的开关KK3置为‘运行’ 档，CLR信号由CON单元的CLR模拟给出，按动CON单元的CLR按钮，清空区表。(5)预先往主存写入数据:联机软件提供了机器程序下载功能，以代替手动读写主存，机器程序以指定的格式写入到以TXT为后缀的文件中，机器指令的格式如下:如$P 1F 11,表示机器指令的地址为1FH,指令值为11H，本次实验只初始化00-0FH共16个

4、单元，初始数据如下，程序中分号‘;'为注释符，分号后面的内容在下载时将被忽略掉。用联机软件的“[转储] - [装载]” 功能将该格式(*.TXT) 文件装载入实验系统。装入过程中，在软件的输出区的‘结果’栏会显示装载信息，如当前正在装载的是机器指令还是微指令，还剩多少条指令等。(6)联机软件在启动时会读取所有机器指令和微指令，在指令区显示，软件启动后，也可以.选择菜单命令“[转储] - [ 刷新指令区]”读取下位机指令，并在指令区显示。点击指令区的‘主存’TAB按钮，两列数据中显示了主存的所有数据，第- -列为主存地址，第二列为该地址中的数据。对上面文件检查机器程序是否正确，

5、如果不正确，则说明写入操作失败，应重新写入，可以通过联机软件单独修改某个单元的指令，单击需修改单元的数据，此时该单元变为编.辑框，输入2位数据并回车，编辑框消失，写入数据以红色显示。第4页，共　4　页(7) CPU访问主存地址由CON单元的SD17...SD10模拟给出，如0000001 CPU访问主存的读信号由CON单元的K7模拟给出，置K7为低，可以观察到CPLD单元上的L8指示灯亮，L0...L7指示灯灭，表示Cache失效。此时按动KK按钮四次，注意CPU内总线上指示灯的变化情况，地址会依次加-一， 数据总线上显示的是当前主存数据，按动四次KK按钮后，L8 指示灯变灭

6、，L0...L7. 上显示的值即为Cache送往CPU的数据。(8)重新给出主存访问地址，如0000011，L8指示灯变灭，表示Cache命中，说明第0块数据已写入Cache。(9)记住01H单元的数据，然后通过联机软件，修改01H单元的数据，重新给出主存访问地址0000001,再次观察L0-L7指示灯表示的值是01H单元修改前的值，说明送往CPU的数据是由Cache给出的。(10)重新给出大于03H地址，体会Cache控制器的工作过程。【4】实验结果01H02H03H32H34H00H10H11H32H33H10H1.第一次访问01H时指示灯不亮，说明cache未命中，按动

7、KK按钮四次，讲00H-03H装载进入cache。2.接下来访问20H的时候指示灯亮，说明cache命中，可以直接访问；访问03H时，指示灯亮，说明cache命中，可以直接访问；访问32H时，灯不亮，因为Cache的块内地址是2位，故初始化时只载入了00H-03H，32H须加载才能访问，按动KK按钮四次，将30H-33H装载进入cache。3.访问完32H后，访问34H，cache为命中，按动KK按钮将34H-37H载入cache；【5】实验总结本次实验主要是采用的地址变换是直接映象方式，主存地址中的块