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1、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构造，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、实验原理根本整机模型数据框图如下图，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来 完成,CPU从存中取岀一条机器指令到指令执行完毕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存放器，根据地址存放 器的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O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
2、用存放器中等待加工。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。图：模型机的数据通路图三、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 CONTROLUNIT的 T1-T42）手动控制开关单元MANUAL UNIT的KA , KB接到指令单元INS UNIT 的 KA, KBo3）指令单元INS UNIT的J 1 -J5、SE6-SE0. B-IR接到的微程序控制单元MAIN CONTROL
3、 UNIT的 J 1 -J5、SE6-SE0、B-IR04）输入/输岀单元INPUT/OUTPUT UNIT IO-W, IO-R接到微程序控制单元MAIN CONTROL UNIT的 IO-W, IO-R,Ai 接到地址单元ADDRESS UNIT 的A05）主存储器单元MEM UNIT MW、M-R接到微程序控制单元MAIN CONTROLUNIT的 M-Ws M-R, A7-A0 接到地址单元ADDRESS UNIT的 A7-A0.6）地址单元ADDRESS UNIT的BAR、BPC、PC+1、PC-B接到微程序控制单 元MAIN CONTROLUNIT的 B-AR、B-PC、PC+k
4、PC-B.7）通用存放器单元REG UNIT的B-Rs RO-B接到微程序控制单元MAINCONTROL UNIT的 BDR、DR-B08）把算术逻辑单元ALU UNIT的 B-DAK B-A2、ALU-B、Cy、CyN、S3SO、M、Ci程序控制单元MAIN CONTROL UNIT的 B-DAR B-A2、ALUB、Cy、CyNs S3SO、M、Cio2. 写入、检验微代码这项操作与实验七的操作过程一样3. 装入机器指令汇编程序操作1）微程序控制单元MAIN CONTROL UNIT编程开关責于“RUN”状态。2）手动控制开关单元MANUAL UNIT的“STEP/RUN开关置于“STEP
5、状 态。3）手动控制开关单元MANUAL UNIT的KA, KB开关責于1、0写主存储器 状态。4）拨动酥开关从1101,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址 存放器。5）拨动“SBRT按钮一次，从微程序控制存储器的00H微地址开场执行微指 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“SBRT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
6、“START按钮，暂停在0AH微地址 处，开场写机器指令汇编程序第二个字节。7）第六次至九次按动“START按钮与第二次至五次按动“S0RT按钮的作用 类似，当微地址为OAH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. 检査机器指令汇编程序1）微程序控制单元MAIN CONTROL UNIT编程开关責于“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开关責于0、1写主存储器 状态。4）拨动开关从1-0-1
7、,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址存放器。5）按动“S0RT按钮一次，从微程序控制存储器00H微地址开场执行微指令, 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“S0RT 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。7）第六至九次按动“START按钮的作用与第二至五次按动“S0RT按钮的作 用类似，在0CH微
8、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，那么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编程开关責于“RUN”状态。2）手动控制开关单元MANUAL UNIT的“STRP/RUN开关責于“STEP状 态。3）手动控制开关单元MANUAL UNIT的KA、KB开关責于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、
9、微地址存放器。5）按动“START按钮一次，从微程序控制存储器的00H微地址开场执行微指 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，开场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215中的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責于“RUN状态。
10、2）手动控制开关单元的“STEP/RUN开关責于“RUN状态。3）手动控制开关单元的KA、KB开关責于1、1或0、0运行机器码状态。4）拨动酥开关从1-0-1,产生一个负脉冲，清零程序计数器PC、微地址存放 器。5）按动“START按钮一次，模型计算机将自动执行表226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展连续加操作，假设在输入数 据开关上拨01H,那么进展连续加“1操作；假设拨03H,那么进展连续四、微指令运行步骤机器指令写入控制台指令机寻旨令读出机器指,取指译码机器指令执行执: 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
11、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，以扩大模拟计算机的功能。3）记录每条机器指令完毕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。 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控制台指令完毕时01FF01DC400294执行完后地址跳转至01HIN完毕时01010194输入01H
12、中的数据ADD完毕时01950194与输入数相加S1A完毕时01950194将结果送01HOUT完毕时01950195将01H数据输岀JMP完毕时01000195跳转至00H六、附录实验箱介绍PC微机RSClQ疋畀器存放器报警输入/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）实验仪根本组成框图1-简单模型计算机构架简单模型计算机逻辑构造如图1所示，构成简单模型计算机的实验部件以总线为根本连接通道，主要有以下7个：1）算术逻辑运算部件ALU UNIT进展算术逻辑运算操作。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）地址存放器部件
13、ADDRESS UNIT,包含两局部电路，地址存放器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存放器ARo4）指令存放器部件INS UNIT,存放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，送往地址存放器AR。5）输入/输出部件INPUT/OUTPUT,操作数据的输入与输出显示。6）通用存放器部件REG UNIT,暂存运算的中间数据。7）微程序控制器部件AAAIN CONTROL UNIT,控制各部件完成指令的功能。D7-D0:
14、hem imrr 1 4ourpur/MPur imrrUf-JJUMEM (6116)Aur imrr11QALU-E50515253ALUCT4IS181)VICT4LA2 动3)iVB-DA2i ZL_:DAIB-DA1 (74LS273)reg imrrgQQQQQOBROC74LS374)A7-A0OUTPUTD7-D0A7-A0ftmpurARC74LS273)B-ARMS UHTTB-IRI7-IOz口口IR(74LS273)DY-DOXT一盲fcjuK |*FC+1(74LS161) FPC7TsE6-SE0MAIH-COHTRDLIfflTT图仆简单模型计算机逻辑构造图2. 总线构造总线是多个系统部件之间进展
