计算机组成原理--实验八-简单模型计算机实验.docx
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实验八简单模型计算机实验一、实验目的1) 通过实验分析简单模型机结构，了解计算机的工作原理2) 掌握计算机微程序控制器的控制方法，掌握计算机指令执行过程二、实验原理基本整机模型数据框图如图所示，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数据的通路从程序计数器 PC 的地址送到主存的地址寄存器，根据地址寄存 器的内容找到相应的存储单元存储器中的数据是指令时，那么数据是从RAM送到总线，再从总线送到IR 中存储器中的数据是需要加工的数据时，那么数据是从 RAM 送到总线，再动 总线送到通用寄存器中等待加工数据加工过程中，两个数据是从总线上将数据分别分时压入两个暂存器中， 等待运算部件的加工，在数据加工完成以后运算结果是通过三太门送到总线上三态门的控制时由微控制器来控制三、实验过程1. 连线按实验逻辑原理图连接以下控制信号1) 时钟单元(CLOCK UNIT)的T1-T4接到微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT)的 T1-T4.2) 手动控制开关单元(MANUAL UNIT)的KA , KB接到指令单元(INS UNIT) 的 KA， KB。
3) 指令单元(INS UNIT) 的 J(1)-J(5)、SE6-SE0、B-IR接到的微程序控制单 元(MAIN CONTROL UNIT) 的 J(1)-J(5)、SE6-SE0、B-IR4) 输入/输出单元(INPUT/OUTPUT UNIT) 10-W, 10-R接到微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT) 的 IOW, lO^RAi 接至U地址单元(ADDRESS UNIT) 的 A0.5) 主存储器单元(MEM UNIT) M-W、M-R接到微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT) 的 M-W、M-R, A7-A0 接至U地址单元(ADDRESS UNIT) 的 A7-A0.6) 地址单元(ADDRESS UNIT) 的 B-AR、"B^PC、PC+1、PC-B接到微程序控制单元(MAIN CONTROLUNIT) 的 B-AR、B-PC、PC+1、PC-B.刀 通用寄存器单元(REG UNIT)的B-R、R0-B接到微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT) 的 B-DR、DR-B8)把算术逻辑单元(ALU UNIT) 的 B-DA1、B-A2、ALU-B、Cycn、CyNCn、S3-S0、 M、Ci 接到微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT) 的 B-DA1、B-A2、ALU-B、 Cycn、CyNCn、S3-S0、M、Ci。
2. 写入、检验微代码这项操作与实验七的操作过程相同3. 装入机器指令汇编程序操作1) 微程序控制单元(MAIN CONTROL UNIT )编程开关置于“RUN”状态2) 手动控制开关单元(MANUAL UNIT)的'STEP/RUN”开关置于'STEP”状态3) 手动控制开关单元(MANUAL UNIT) 的 KA, KB开关置于1、0写主存储器状 态4) 拨动匸开关从11—0—1,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址 寄存器5) 拨动“START”按钮一次，从微程序控制存储器的00H微地址开始执行微指 令,暂停在 0AH 微地址处6) 此时在输入数据开关上拨入实验用机器指令汇编程序表中对应 00H 地址的 指令码COH,接着第二次按动“START”按钮，暂停在OFH微地址处；第三 次按动“START”按钮，暂停在1CH微地址处；第四次按动“START”按钮， 暂停在 1DH 微地址处，此时机器指令汇编的第一个字节已写入存储器，程序 计数器PC已加1为01H；第四次按动“START”按钮，暂停在0AH微地址处, 开始写机器指令汇编程序第二个字节刀 第六次至九次按动“ START ”按钮与第二次至五次按动“ START ”按钮的作用 类似，当微地址为 0AH 时，在输入数据开关上拨入下一个机器指令汇编程序 字节，程序计数器 PC 不断加 1，反复操作第（6）步直至全部机器码送入主 存器为止。
4. 检查机器指令汇编程序1） 微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT ）编程开关置于“RUN”状态2） 手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的“STRP/RUN”开关置于“STEP”状态3） 手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的 KA、KB开关置于0、1写主存储器状 态4） 拨动开关从1-0-1,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址寄存器5） 按动“START”按钮一次，从微程序控制存储器00H微地址开始执行微指令, 暂停在 09H 微指令处6） 第二次按动“START”按钮，暂停在0CH微地址处，此时程序计数器PC加1 为01H，指示的是下一次读主存储器的地址，当前读主存储器的地址为00H； 接着第三次按动“START”按钮，暂停在09H微地址处；第四次按动“START” 按钮，暂停在0EH微地址处第五次按动“START”按钮，暂停在09H微地 址处，此时输出显示灯上显示主存储器 00H 单元中的数据刀 第六至九次按动“ START ”按钮的作用与第二至五次按动“ START ”按钮的作 用类似，在 0CH 微地址处，程序计数器 PC 加 1，在 09H 微地址处显示主存 储器相对应单元中的数据，反复操作第（ 6）步直至全部机器码读出检查完 为止。
8） 如果主存储器中数据与表2-26中数据不符，则回到第三步装入机器指令汇编 程序的操作过程，重新向主存储器写入正确数据5. 单步运行机器指令汇编程序1）微程序控制单元（MAIN CONTROL UNIT ）编程开关置于“RUN”状态2） 手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的“STRP/RUN”开关置于“STEP”状态3） 手动控制开关单元（MANUAL UNIT）的KA、KB开关置于1、1或0、0运行 机器码状态4） 拨动开关从1-0-1,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址寄存器5） 按动“START”按钮一次，从微程序控制存储器的00H微地址开始执行微指 令，暂停在08H或0BH微地址处；第二次按动“START”按钮，暂停在01H 微地址处，开始执行机器指令的公共操作6） 第三次按动“START”按钮，暂停在02H微地址处；第四次按动“START”按 钮，暂停在03H微地址处；接着第五次按动“START”按钮，暂停在10H微 地址处，准备各条机器指令的散转7） 接下来微地址随着主存储器中机器指令汇编程序指令的不同而作不同的变 化，实验者可根据表2-26和表2-15中的内容观察各部件的动作变化。
6. 连续运行机器指令汇编程序1） 微程序控制单元编程开关置于“RUN”状态2） 手动控制开关单元的“STEP/RUN”开关置于“RUN”状态3） 手动控制开关单元的 KA、 KB 开关置于 1、 1 或 0、 0 运行机器码状态4） 拨动卞开关从1-0-1,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址寄存器5） 按动“START”按钮一次，模型计算机将自动执行表2-26中的机器指令汇编 程序，程序功能是对输入数据开关上的数据进行连续加操作，若在输入数据 开关上拨01H，则进行连续加“ 1”操作；若拨03H，则进行连续加“3”操 作四、微指令运行步骤机器指令写入控制台指令 机器指令读出机器指令执行取指 译码机器指令执行执行访存 写回五、结果与总结1) 记录实验过程中的情况和原始数据2) 参照算术加法指令的微程序操作过程，能否自己设计一条无借位算术减法指 令的微程序操作代码，以扩充模拟计算机的功能3) 记录每条机器指令结束时的模拟模型计算机各指示灯上的信息，用 16 进制 形式填入表 2-27 中，并说明这些信息的意义4) 结合上面的问题总结出总线的特性和使用方法，以及解决问题的方法和过 程，把观察到的现象和对书本上原理的理解写入实验报告。
表 2-27 实验八结果记录机器状态输入指 示灯总线指 示灯微地址指 示灯微指令码 指示灯输出指 示灯指示灯信息含义初始状态01FF0001C00894将执行00地址中的指令01C008H控制台指令结 束时01FF01DC400294执行完后地址跳转至01HIN结束时01010194输入01H中的数 据ADD结束时01950194与输入数相加STA结束时01950194将结果送01HOUT结束时01950195将01H数据输出JMP结束时01000195跳转至00H六、附录 实验箱介绍PC微机RS运算器寄存器报警输入/输出中断主存储器总线微程序控制器指令地址时钟手动控制开关逻辑分析及监测 (单片机)实验仪基本组成框图1. 简单模型计算机构架简单模型计算机逻辑结构如图 1 所示，构成简单模型计算机的实验部件以总线为基本连接通道，主要有以下 7 个：1） 算术逻辑运算部件 ALU UNIT 进行算术逻辑运算操作2） 存储器部件MEM UNIT,存储模型计算机汇编语言程序和操作数据3） 地址寄存器部件ADDRESS UNIT，包含两部分电路，地址寄存器AR:接收存储 器程序中的指令地址和指令中的数据地址；指令地址计数器PC：用于指示程 序中的指令地址并通过地址缓冲器送往地址寄存器AR。
4） 指令寄存器部件INS UNIT，寄存器当前正在执行的机器指令，此指令的指令 码通过指令译码器向微程序控制器指示相应的微程序入口地址；此指令的地 址码指示的操作数地址，送往地址寄存器AR5） 输入/输出部件INPUT/OUTPUT,操作数据的输入与输出显示6） 通用寄存器部件REG UNIT,暂存运算的中间数据刀 微程序控制器部件MAIN CONTROL UNIT，控制各部件完成指令的功能<}ALU-E
