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1、基本模型机设计实验一实验目的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1TDN-CM+或TDN-CM+教学实验系统一台。2PC微机一台。三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段微程序。本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（
2、二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前位为操作码）： 助记符 机器指令码 说 明IN 0000 0000“INPUT DEVICE”中的开关状态 R0ADD addr0001 0000 R0+addr R0STA addr0010 0000 R0 addrOUT addr0011 0000 addr LEDJMP addr0100 0000 addr PC其中IN为单字长（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 ）
3、：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“”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“”时，按START 微动开关可对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“”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，其定义如下：SWBSWA控制台指令001011读内存（KRD）写内存（KWE）启动程序（RP）根据以上要求设计数据通路框图，如图6.5-1。微代码定义如表6.5
4、-1所示。图6.5-1数据通路框图表6.5-1微代码定义系统涉及到的微程序流程见图6.5-2，这里“取指”是公用微指令，为了能确定不同机器指令有各自不同的微程序转向，我们在这里以指令寄存器的前位（IR7IR4）作为测试条件，引入了P（1）指令测试字段，如此，对于5条机器指令，就可以有路P（1）测试分支，对于每一指令分别予以微程序解释。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，出现了路分支，占用个固定微地址单元。当分支微地址单元固定后，剩下的其它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进制。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指
5、令代码化，表6.5-2即为将图6.5-2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”。表6.5-2二进制代码表微地址S3S2 S1 S0 M CN WE A9A8 A BCA5A00 00 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 0 0 1
6、0 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 1070 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0
7、1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 01 50 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 11 70 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 12 00 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0
8、0 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 12 30 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 02 50 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 12 60 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 12 70 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 1
9、0 0 00 1 0 0 0 03 00 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1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，先把它从内存取到指令寄存器中，然后再对其进行译码、执行。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“INS DECODE”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
10、代码开关，它作为输入设备（INPUT DEVICE）；另一种是数码块，它作为输出设备（OUTPUT DEVICE）。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线上，当写信号（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。本实验设计机器指令程序如下：地址（二进制）内容（二进制） 助记符 说 明00000000 00000000 INR0“INPUT DEVICE” R00000 0001 0001 0000 ADD 0AH,R0R0+0AH R00000 0010 0000 1010 0000 0011 0010
11、 0000 STA R0,0BH R0 0BH0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH0BH LED0000 0110 0000 1011 0000 0111 0100 0000 JMP 00H 00H PC0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0000 0001 自定0000 1011 求和结果四实验步骤(1) 按图6.5-3连接实验线路。图6.5-3实验接线图(2) 写程序方法一：手动写入先将机器指令对应的微代码正确地写入2816中，由于在实验三微程序控制实验中已将微代码写入E2PROM芯片中，
12、对照表6校验正确后就可使用。使用控制台KWE和KRD微程序进行机器指令程序的装入和检查。. 使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。. 拨动总清开关CLR（101），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制台SWB、SWA开关置为“0 1”，按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动两次START键后，即完成该条指令的写入。若仔细阅读KWE的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环PC会自动加1，所以，每次按动START，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。. 写完程序后须进行校验。拨动总清开关CLR（101）后，微地址清零。PC程序计数器清零，然后使控制台开关SWB、SWA为“”，按动启动START，微地址灯将显示“010000”，再按START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010111”，再按START后，此时输出单元的数码管显示为该首地址中的内容。不断按动START，以后每个循环PC会自动加1，可检查后续单元内容。每次在微地址灯显示为“010000”时，
