基本模型機的設計與實現(xiàn)

1、南 京 曉 莊 學 院信息工程學院計算機組成原理 課程實驗報告實驗名稱： 基本模型機的設計與實現(xiàn) 年級專業(yè)班級：14 級 計算機 專業(yè)專本1班 班級學號： 14131521 姓名： 殷宇翔 學號： 姓名： 學號： 姓名： 時間： 2016 年 12 月 10 日一、 實驗目的、要求：1、在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其組成系統(tǒng)以構造一臺基本模型實驗計算機。 2、設計五條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調試，掌握整機軟硬件組成概念。 二、實驗儀器設備、器件及環(huán)境：儀器設備名稱規(guī)格型號編號備注計算機組成原理系統(tǒng)DWCC-C8JH20112055三、實驗方法、原理： 部件實驗過程中，

2、各部件單元的控制信號是人為模擬產生的，而本次實驗將能在微程序控制下自動產生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，實驗計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序。 有關微控制器部分在前一實驗中已詳細介紹 主存儲器的讀、寫和運行 為了向主存儲器RAM中裝入程序或數(shù)據(jù)，并且檢查寫入是否正確以及能運行主存儲器中的程序，必須設計三個控制操作微程序。 存儲器讀操作：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為“0 0”時，按要求連線后，連續(xù)按“啟動運行”開關，可對主存儲器RAM連續(xù)手

3、動讀操作。 存儲器寫操作：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為“0 1”時，按要求連線后，再按“啟動運行”開關，可對主存儲器RAM進行連續(xù)手動寫入。 運行程序：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為“1 1”時，按要求連線后，再按“啟動運行”開關，即可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。 上述三條控制指令用兩個開關SWC、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下： SWCSWA控制臺指令001011讀內存寫內存啟動程序 指令寄存器介紹 指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(zhí)行一條指令時，先把它從內存取到緩沖寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制

4、構成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必須對操作碼進行測試P(1)，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”根據(jù)指令中的操作碼進行譯碼，強置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應的微程序首地址。 輸入/輸出設備 本系統(tǒng)有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關KD0KD7，它作為輸入設備INPUT；另一種是數(shù)碼顯示塊，它作為輸出設備OUTPUT。例如：輸入時，二進制開關數(shù)據(jù)直接經過三態(tài)門送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開關狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當寫信號（W/R）有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅動數(shù)碼塊顯示。 設計指令 根據(jù)基本模型機的硬件設

5、計五條機器指令：外設輸入指令IN、二進制加法指令ADD、存數(shù)指令STA、輸出到外設指令OUT、無條件轉移指令JMP。指令格式如下： 助記符 機器指令碼說明 IN 00000000 ；“外部開關量輸入”KD0KD7的開關狀態(tài)R0 ADD addr0001 0000 ；R0+addrR0 STA addr 0010 0000 ； R0addr OUT addr 00110000 ； addrBUS JMP addr 01000000 ； addrPC 說明： 指令IN為單字節(jié)指令，其余均為雙字節(jié)指令， 為addr對應的主存儲器二進制地址碼。 基本模型機監(jiān)控軟件的設計 本模型機監(jiān)控軟件主要完成從輸入

6、設備讀入數(shù)據(jù)，進行簡單算術運算后，將結果存入內存的某個單元，最后通過輸出設備輸出結果。 監(jiān)控軟件詳細如下： 地址 內容 助記符 說明 00000000 00000000IN；“INPUTDEVICE”R0 00000001 00010000ADD0AH； R00AHR0 00000010 00001010 00000011 00100000STA0BH； R00BH 00000100 00001011 00000101 00110000OUT0BH； 0BHBUS 00000110 00001011 00000111 01000000JMP00H ； 00HPC 00001000 000000

7、00 00001001 00001010 00000001；自定義參加運算的數(shù) 00001011 ；求和結果存放單元 四、實驗內容、步驟：（1）根據(jù)機器指令畫出對應的微程序流程圖 本實驗的微程序流程見圖，當擬定“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P（1）測試。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）的測試結果出現(xiàn)多路分支。本機用指令寄存器的前4位I7I4作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元。 實驗機控制操作為P（4）測試，它以控制開關SWC、SWA作為測試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個固定微地址單元。當分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指

8、令占用控存一個微地址單元隨意填寫。 注意：微程序流程圖上的單元地址為16進制。 （2）根據(jù)微程序流程圖設計微指令并轉換成16進制代碼文件。 當全部微程序設計完畢后，應將每條微指令代碼化，即按微指令格式將圖微程序流程圖轉化成二進制微代碼表，如表所示，再轉換成16進制代碼文件。 運 行 微 程 序圖 微程序流程圖OUTPCAR0BPC+1RAMBUS0EBUSARRAMBUS0FBUSDR1DR1LED1501JMPPCAR0CPC+1RAMBUS16BUSPC01ADDPCAR09PC+1RAMBUS03BUSAR04RAMBUSBUSDR205RODR106(DR1)+(DR2)01ROSWR

9、008IN0101PCARPC+102RAMBUSBUSIRP(1)08STAPCAR0APC+1RAMBUS07BUSARROBUS0DBUSRAM01控 制器00十六進制微地址P(4)10(SWC SWA)KRD(00)RP(11)1301PCARPC+110RAMBUSBUSDR112DR1LED17KWE(01)DR1RAM18PCARPC+111(SW)BUSBUSDR114監(jiān)控程序的16進制文件格式（文件名C8JHE1）： 程序： P00 00 P01 10 P02 0AP03 20P04 0BP05 30P06 0BP07 40P08 00P0A 01微程序：M00 108105

10、M01 82ED05M02 48C004M03 04E004M04 05B004M05 06A205M06 019A95M07 0DE004M08 011004M09 83ED05M0A 87ED05M0B 8EED05M0C 96ED05M0D 018206M0E 0FE004M0F 15A004M10 92ED05M11 94ED05M12 17A004M13 018005M14 182004M15 010A07M16 81D104M17 100A07M18 118A06表 二進制微代碼表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5UA0000 0 0 0 0 1

11、0 1 1 0 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 1 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

12、 0 0 0 1070 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1080 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1090 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 10 A0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 10B0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 00C0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 00D0 0 0 0 0 1 1

13、 0 1 0 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 10E0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 10F0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1100 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0110 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0120 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1130 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 00 0 00 0 00 0

14、0 0 0 1140 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0150 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 11 70 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0180 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1（3）讀寫程序 手動方法寫微程序參看實驗六。 手動方法寫代碼程序（機器指令）步驟如下： 通過上一步將 機器指令對應的微代碼正

15、確地寫入E2ROM 2816芯片后，再進行機器指令程序的裝入和檢查。 A. 將“編程開關”置“運行”位置，“運行控制”開關置“運行”位置，“運行方式”開關置“單步”位置。 B. 撥動總清開關（01），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制開關SWC、SWA開關置為“0 1”，按動一次“啟動運行”開關，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示“010001”，再按動一次“啟動運行”開關，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示“010100”，此時數(shù)據(jù)開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次“啟動運行”開關，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀微程序流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址只要第一次給出即可，PC

16、會自動加1，所以，每次按動“啟動運行”開關，只有在微地址燈顯示“010100”時，才設置內容，直到所有機器指令寫完。 C. 寫完程序后須進行檢驗。撥動總清開關(01)后，微地址清零，PC程序計數(shù)器清零，然后使控制開關SWC、SWA為“0 0”,按動“啟動運行”開關，微地址燈將顯示“010000”，再按“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“010010”，第三次按“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“010111”，此時總線數(shù)據(jù)顯示燈LZD0LZD7顯示為該首地址的內容，再按動一次“啟動運行”開關，微地址燈顯示為“010000”，2位數(shù)碼管即顯示RAM中的程序。不斷按動“啟動運行”開關，可檢查后續(xù)單元內

17、容。 注意：每次僅在微地址燈顯示為“010000”時，2位數(shù)碼管顯示的內容才是相應地址中的機器指令內容。 聯(lián)機讀/寫微程序和機器指令 用聯(lián)機軟件的裝載功能將16進制格式文件（文件名為C8JHE1）裝入實驗系統(tǒng)即可（詳細操作見隨機軟件的README）。 （4）運行程序 單步運行程序 A. “編程開關”置“運行”狀態(tài)，“運行方式”開關置為“單步”狀態(tài),“運行控制”開關置為“運行”狀態(tài)。 B. 撥動總清開關(01)，微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為00H。 C. 按動“啟動運行”開關，即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 連續(xù)運行程序 A. “編程開關”置“運行”狀態(tài)，“運行方式”開關置為“連續(xù)”狀態(tài),“運行控制”開關置為“運行”狀態(tài)。 B. 撥動總清開關，清微地址及PC計數(shù)器，按動“啟動運行”開關，系統(tǒng)連續(xù)運行程序。如果要停止程序的運行，只需將“運行控制”開關置為“停止”狀態(tài)，系統(tǒng)就停機。 C. 停機后，可檢查存數(shù)單元0BH中的結果是否正確。 五、實驗現(xiàn)象、結果：實驗結果記錄表：1234567輸入指令INA80HAAA加法指令ADDBBAAABA傳送指令STAABAA輸出指令OUTBA無條件跳轉指令JMPAA六、實驗體會 這學