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1、实验四 基本模型机设计与实现一、 实验目的1 在掌握部件单元电路实验的基础上，将微程序控制器模块与运算器模块、存储器模块组合成一起，组成一台基本模型计算机。2 用微程序控制器来控制模型机的数据通道。3 通过CPU运行五条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立利用指令控制整机（输入、输出、运算、存储系统）的概念。二、 实验设备计算机组成原理实验仪一台，PC机一台，排线若干。三、 实验原理（1） 实验数据框图如图4-1所示： 图4-1基本模型机数据通道框图（2） 在模型机实验中，数据通道的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，是由微
2、指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微程序。（3） 本实验我们将五条机器指令及有关数据写入RAM和ROM中。通过CPU运行由五条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系。（4） 微指令格式：24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M Cn WE A9 A8 A B C UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 uA0 A字段 B字段 C字段15 14 13 选择 12 11 10 选择 9 8 7 选择 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 0
3、 1 RS-B 0 0 1 P（1） 0 1 0 LDDR1 0 1 0 RD-B 0 1 0 P（2） 0 1 1 LDDR2 0 1 1 R1-B 0 1 1 P（3） 1 0 0 LDIR 1 0 0 299-B 1 0 0 P（4） 1 0 1 LOAD 1 0 1 ALU-B 1 0 1 AR 1 1 0 LDAR 1 1 0 PC-B 1 1 0 LDPC 其中A8、A9是2：4译码器（74LS139）的输入端，Y0、Y1、Y2、Y3是译码器输出端，其电路结构如下： 其中Y0为SW-B，Y1为CE，Y2为LED-B，Y3为空。（5） 微程序流程图如下： 运行微程序图4-2基本模型机
4、微程序流程图（6） 微指令二进制代码表如表4.2所示：表4.2微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5-UA0000 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0
5、0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 10 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 070 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1
6、 00 0 1 1 1 0140 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0150 0 0 0 0 0 1 0 10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 160 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 0
7、 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 250 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1260 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0
8、 0 0 1（7） 机器指令格式如表4.3所示：表4.3四、 实验内容及步骤1 实验内容（1）按图4-3连接实验线路，检查无错后通电。图4-3 基本模型机接线图（2）实验程序 用基本的五条机器指令编写实验程序。该实验程序作为例子已存在磁盘里，文件名为EX1，该程序包括机器指令程序和微指令程序，机器指令程序如下：（地址和内容都是十六进制，机器指令的前4位为操作码。）例子：微指令的微代码如下：（内容是十六进制）说明：十六进制微指令程序的微代码的表示法是按照表4.2微指令二进制代码表中从左到右分成3个8位，将此3个8位的二进制代码化为相应的十六进制数即可。脱机手动输入微代码时，请将十六进制的微代码的
9、第1字节和第3字节内容对换后输入，即从开关MK24开始，先输第3字节，再输第2字节，最后输第1字节。而十六进制的地址要转化为八进制输入，内容要转化为二进制输入。2 实验步骤与PC机联机将上面的实验程序（EX1）下载到实验仪里，该程序包括机器指令程序和微指令程序，机器指令程序装入6116存储器（RAM）里，微指令程序装入E2PROM2816控制存储器（ROM）里，然后运行程序。（1） 实验程序下载操作步骤：1 开机后，启动Windows系统，双击桌面上的“组成原理实验”快捷图标，即可进入DVCC组成原理实验系统主画面。2 单击该系统第三行的打开图标，即可出现文件框，选择文件名EX1并打开之。3
10、此时左边的编辑窗口“新文件”变为“EX1”，在该窗口里显示EX1的源文件，它包括机器指令程序和微指令程序的微代码，$P开头是机器指令程序,$M开头是微指令程序的微代码。4 单击“调试”图标，把打开的源文件下载到实验仪里，在下载过程中屏幕上方出现“正在传送文件”的提示，当文件传送完毕，提示消失。5 文件传送完毕，要检查源文件是否正确传送到实验仪RAM（6116存储器）和ROM（E2PROM2816控制存储器）里，首先检查实验仪RAM的内容，单击“程序RAM”打开该窗口，查看此时显示的地址和内容与实验程序中机器指令的地址和内容是否一致，若不一致，重复4的操作，若一致，就单击菜单栏中“调试”菜单，然
11、后选择并单击“刷新数据”或按“F5”热键对“程序RAM”窗口显示的程序进行刷新。刷新完后，再查看此时显示的地址和内容与实验程序中机器指令程序是否一致，若不一致，则要检查用户接线是否正确或实验仪其他问题。6 然后再检查实验仪ROM的内容，单击“程序ROM” 打开该窗口，查看此时显示的地址和内容与实验程序中机器指令的地址和内容是否一致，若不一致，重复4的操作，若一致，就单击菜单栏中“调试”菜单，然后选择并单击“刷新数据”或按“F5”热键对“程序ROM”窗口显示的程序进行刷新。刷新完后，再查看此时显示的地址和内容与实验程序中机器指令程序是否一致，若不一致，则要检查用户接线是否正确或实验仪其他问题。7
12、 经过上面5、6操作的检查后，若程序正确，就可以运行程序。（2）运行程序时要求：1 程序运行前必须要求对微地址清零。拨动实验仪右下角清零开关CLR（1-0-1）后，观看实验仪右上方的微地址显示灯（UA0-UA5）是否全为零，若全为零，则正确，若不全为零，说明有问题，要检查。2 使用单步微指令运行程序，单击该系统第三行的“单步微指令”图标即可。3 在每次单步执行一条微指令的过程中，都要观察屏幕动态流线显示的运行结果，根据屏幕显示的结果分析该条微指令的格式和功能是否一致。若不一致，必须检查原因。（3）记录程序运行过程的数据和结果，并；回答下面问题：1执行输入指令时，要求：a.写出输入指令由哪些微指令组成。答：那些输入指令是由SW
