实验八基本模型机的设计与实现new

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1、实验八基本模型机的设计与实现一实验目的(1)在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计算机。(2)为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念二实验设备TDN—CM＋＋计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容1)实验原理部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执

2、行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。本实验采用五条机器指令：IN(输入)，ADD(二进制加法)，STA(存数)，OUT(输出)，JMP(无条件转移)。其指令格式如下(前4位为操作码)：助记符机器指令码说明IN00000000“INPUTDEVICE”中的开关状态→R0ADDaddr00010000××××××××R0+[addr]→R0STAaddr00100000××××××××R0→[addr]OUTaddr00110000××××××××[add

3、r]→LEDJMPaddr01000000××××××××addr→PC其中：:IN为单字长(8位)，其余为双字长指令，××××××××为addr对应的二进制地址码。为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。*存储器读操作(KRD)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。*存储器写操作(KWE)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“01”时，按START微

4、动开关可对RAM进行连续手动写入。*启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。上述三条控制台指令用两个开关SWB,SWA的状态来设置，其定义如表1所示。表1控制台的开关设置SWBSWA控制台指令001011读内存(KRD)写内存(KWE)启动程序(RP)根据以上要求，可设计数据通路框图，如图1所示。微指令定义如表1所示。系统涉及到的微程序流程如图2所示。当拟定“取指”7微指令时，该微指令的判别测试

5、字段为P(1)测试。由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前4位(IR7一IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWB，SWA作为测试条件，出现了3路分支，图1数据通路框图(a)五条指令的微程序流程图ADD111001IN1312100201STAOUTSW→R0P(1)PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→IR0403PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR15

6、07PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR16PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR26PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→PCJMP140605R0→DR1RAM→BUSBUS-DR0(DR1)+(DR2)→R001R0→BUSBUS→RAM0117RAM→BUSBUS→DR101DR1→LED2501运行微程序八进制地址7图2微程序流程图KWE23202000KRDRPP(1)1507PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→DR116PC→ARPC+1DR1→LED控制台21

7、3024PC→ARPC+1(SW)→BUSBUS→DR1DR1→RAM(b)控制台微程序流程图八进制地址01占用3个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。注意：微程序流程图上的单元地址为8进制。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表2即为将图2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。下面介绍指令寄存器(IR)：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传

8、送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试[P(1)]，通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”(实验板上标有“INSDECODE”的芯片)根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。本系统有两种外部I／O设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备(INPUTDEVICE)：另一种是数码块，它作为输出设备(OUTPUTDEVICE)。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门