淮海工學(xué)院組成原理實(shí)驗(yàn)四基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、淮海工學(xué)院計(jì)算機(jī)工程學(xué)院試驗(yàn)報(bào)告書(shū) 課程名 計(jì)算機(jī)組成原理 題 目： 基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 一、試驗(yàn)?zāi)康?、在駕馭部件單元電路試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)以構(gòu)造一臺(tái)基本模型試驗(yàn)計(jì)算機(jī)。2、設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令，并編寫(xiě)相應(yīng)的微程序，具體上機(jī)調(diào)試，駕馭整機(jī)軟硬件組成概念。二、試驗(yàn)原理部件試驗(yàn)過(guò)程中，各部件單元的限制信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，而本次試驗(yàn)將能在微程序限制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元限制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，試驗(yàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的限制將由微程序限制器來(lái)完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)

2、應(yīng)一個(gè)微程序。有關(guān)微限制器部分在前一試驗(yàn)中已具體介紹 主存儲(chǔ)器的讀、寫(xiě)和運(yùn)行為了向主存儲(chǔ)器RAM中裝入程序或數(shù)據(jù)，并且檢查寫(xiě)入是否正確以及能運(yùn)行主存儲(chǔ)器中的程序，必需設(shè)計(jì)三個(gè)限制操作微程序。·存儲(chǔ)器讀操作：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)后，置限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為“0 0”時(shí)，按要求連線后，連續(xù)按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，可對(duì)主存儲(chǔ)器RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。·存儲(chǔ)器寫(xiě)操作：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)后，置限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為“0 1”時(shí)，按要求連線后，再按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，可對(duì)主存儲(chǔ)器RAM進(jìn)行連續(xù)手動(dòng)寫(xiě)入。·運(yùn)行程序：撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)后，置限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為“1 1”時(shí)，按要求連線后，再按“啟動(dòng)

3、運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取址”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。上述三條限制指令用兩個(gè)開(kāi)關(guān)SWC、SWA的狀態(tài)來(lái)設(shè)置，其定義如下：SWCSWA限制臺(tái)指令001011讀內(nèi)存寫(xiě)內(nèi)存啟動(dòng)程序 指令寄存器介紹指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)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(jìn)制構(gòu)成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必需對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試P(1)，通過(guò)節(jié)拍脈沖T4的限制以便識(shí)別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”依據(jù)指令中的操作碼進(jìn)行譯碼，強(qiáng)置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。 輸入/輸出設(shè)備本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)

4、備，一種是二進(jìn)制代碼開(kāi)關(guān)KD0KD7，它作為輸入設(shè)備INPUT；另一種是數(shù)碼顯示塊，它作為輸出設(shè)備OUTPUT。例如：輸入時(shí)，二進(jìn)制開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)干脆經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開(kāi)關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫(xiě)信號(hào)（W/R）有效時(shí)，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼塊顯示。 設(shè)計(jì)指令依據(jù)基本模型機(jī)的硬件設(shè)計(jì)五條機(jī)器指令：外設(shè)輸入指令I(lǐng)N、二進(jìn)制加法指令A(yù)DD、存數(shù)指令STA、輸出到外設(shè)指令OUT、無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令JMP。指令格式如下：助記符 機(jī)器指令碼說(shuō)明IN 00000000 ； “外部開(kāi)關(guān)量輸入”KD0KD7的開(kāi)關(guān)狀態(tài)R0ADD addr0001 000

5、0 ×××× ××××；R0+addrR0STA addr 0010 0000 ×××× ××××； R0addrOUT addr 00110000 ×××× ××××； addrBUSJMP addr 01000000 ×××× ××××； addrPC說(shuō)明：指令I(lǐng)N為單字節(jié)指

6、令，其余均為雙字節(jié)指令， ××××××××為addr對(duì)應(yīng)的主存儲(chǔ)器二進(jìn)制地址碼。 基本模型機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)本模型機(jī)監(jiān)控軟件主要完成從輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)潔算術(shù)運(yùn)算后，將結(jié)果存入內(nèi)存的某個(gè)單元，最終通過(guò)輸出設(shè)備輸出結(jié)果。監(jiān)控軟件具體如下：地址 內(nèi)容 助記符 說(shuō)明00000000 00000000IN；“INPUTDEVICE”R000000001 00010000ADD0AH； R00AHR000000010 0000101000000011 00100000STA0BH； R00BH00000100 00001

7、01100000101 00110000OUT0BH； 0BHBUS00000110 0000101100000111 01000000JMP00H ； 00HPC00001000 000000000000100100001010 00000001；自定義參與運(yùn)算的數(shù)00001011 ；求和結(jié)果存放單元三、試驗(yàn)電路1、試驗(yàn)連線圖a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動(dòng)工作方式）；b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；c、跳線器J13J15、J19、J25撥在右邊；d、跳線器J20J22、J26、J27連上短路片；e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；f、MBUS

8、連BUS2；g、REGBUS連BUS5；h、PCBUS連EXJ2；i、ALUBUS連EXJ3；j、ALUO1連BUS1；k、EXJ1連BUS3；2、試驗(yàn)原理圖參見(jiàn)圖。四、試驗(yàn)步驟依據(jù)機(jī)器指令畫(huà)出對(duì)應(yīng)的微程序流程圖本試驗(yàn)的微程序流程見(jiàn)圖，當(dāng)擬定“取指”微指令時(shí)，該微指令的判別測(cè)試字段為P（1）測(cè)試。由于“取指”微指令是全部微程序都運(yùn)用的公用微指令，因此P（1）的測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令寄存器的前4位I7I4作為測(cè)試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個(gè)固定微地址單元。試驗(yàn)機(jī)限制操作為P（4）測(cè)試，它以限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后

9、，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個(gè)微地址單元隨意填寫(xiě)。留意：微程序流程圖上的單元地址為16進(jìn)制。1 依據(jù)微程序流程圖設(shè)計(jì)微指令并轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制代碼文件。當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)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(zhuǎn)化成二進(jìn)制微代碼表，如表所示，再轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制代碼文件。監(jiān)控程序的16進(jìn)制文件格式（文件名C8JHE1）：程序：P00 00P01 10P02 0AP03 20P04 0BP05 30P06 0BP07 40P08 00P0A 01微程序：M00 108105M01 82ED05M02 48C004M03 04E004M04 05B004M05 06A205

10、M06 019A95M07 0DE004M08 011004M09 83ED05M0A 87ED05M0B 8EED05M0C 96ED05M0D 018206M0E 0FE004M0F 15A004M10 92ED05M11 94ED05M12 17A004M13 018005M14 182004M15 010A07M16 81D104M17 100A07M18 118A06微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0ABCUA5UA0000 0 0 0 0 1 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

11、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 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

12、 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 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

13、 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 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

14、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表 二進(jìn)制微代碼表讀寫(xiě)程序手動(dòng)方法寫(xiě)微程序參看試驗(yàn)六。手動(dòng)方法寫(xiě)代碼程序（機(jī)器指令）步驟如下：通過(guò)上一步將 機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼正確地寫(xiě)入E2ROM 2816芯片后，再進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。A. 將“編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”位置，“運(yùn)行限

15、制”開(kāi)關(guān)置“運(yùn)行”位置，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置“單步”位置。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)（01），微地址寄存器清零，程序計(jì)數(shù)器清零。然后使限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA開(kāi)關(guān)置為“0 1”，按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示“010001”，再按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址顯示燈LUA0LUA5顯示“010100”，此時(shí)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的內(nèi)容置為要寫(xiě)入的機(jī)器指令，再按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即完成該條指令的寫(xiě)入。若細(xì)致閱讀微程序流程，就不難發(fā)覺(jué)，機(jī)器指令的首地址只要第一次給出即可，PC會(huì)自動(dòng)加1，所以，每次按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，只有在微地址燈顯示“010100”時(shí)，才設(shè)置內(nèi)容，直到全部機(jī)器指令寫(xiě)完。

16、C. 寫(xiě)完程序后須進(jìn)行檢驗(yàn)。撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(01)后，微地址清零，PC程序計(jì)數(shù)器清零，然后使限制開(kāi)關(guān)SWC、SWA為“0 0”,按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈將顯示“010000”，再按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“010010”，第三次按“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，微地址燈顯示為“010111”，此時(shí)總線數(shù)據(jù)顯示燈LZD0LZD7顯示為該首地址的內(nèi)容，再按動(dòng)一次“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，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(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。留意：每次僅在微地址燈顯示為“010000”時(shí)，2位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容才是相應(yīng)地址中的機(jī)器指令內(nèi)容。 聯(lián)機(jī)讀/寫(xiě)微程

17、序和機(jī)器指令用聯(lián)機(jī)軟件的裝載功能將16進(jìn)制格式文件（文件名為C8JHE1）裝入試驗(yàn)系統(tǒng)即可（具體操作見(jiàn)隨機(jī)軟件的README）。運(yùn)行程序 單步運(yùn)行程序A. “編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”狀態(tài)，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置為“單步”狀態(tài),“運(yùn)行限制”開(kāi)關(guān)置為“運(yùn)行”狀態(tài)。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)(01)，微地址清零，PC計(jì)數(shù)器清零，程序首地址為00H。C. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，即單步運(yùn)行一條微指令。比照微程序流程圖，視察微地址顯示燈是否和流程一樣。連續(xù)運(yùn)行程序A. “編程開(kāi)關(guān)”置“運(yùn)行”狀態(tài)，“運(yùn)行方式”開(kāi)關(guān)置為“連續(xù)”狀態(tài),“運(yùn)行限制”開(kāi)關(guān)置為“運(yùn)行”狀態(tài)。B. 撥動(dòng)總清開(kāi)關(guān)，清微地址及PC計(jì)數(shù)器，按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”

18、開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序。假如要停止程序的運(yùn)行，只需將“運(yùn)行限制”開(kāi)關(guān)置為“停止”狀態(tài)，系統(tǒng)就停機(jī)。C. 停機(jī)后，可檢查存數(shù)單元0BH中的結(jié)果是否正確。五、試驗(yàn)分析1、當(dāng)外部開(kāi)關(guān)量輸入KD0KD7為00000111，運(yùn)行程序后檢查存數(shù)單元0BH中的結(jié)果是否正確。答：據(jù)試驗(yàn)顯示存數(shù)單元0BH的結(jié)果正確。是082、當(dāng)外部開(kāi)關(guān)量輸入同上，若運(yùn)行程序后希望存數(shù)單元0BH中的結(jié)果是0FH，則應(yīng)當(dāng)如何修改模型機(jī)監(jiān)控程序的16進(jìn)制格式文件（文件名C8JHE1）？答：模型機(jī)監(jiān)控程序的16進(jìn)制格式文件為  0E 六、思索題1、結(jié)合圖3.7.2微程序流程圖，說(shuō)明ADD、STA、OUT、JMP指令各是何種數(shù)據(jù)尋址方式？答：ADD、STA、OUT都是間接尋址方式；而JMP是干脆尋址方式。2、在手動(dòng)方法寫(xiě)代碼程序（機(jī)器指令）時(shí)，每次按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，為什么只有在微地址燈顯示“010100”時(shí)，才能設(shè)置內(nèi)容，直到全部機(jī)器指令寫(xiě)完？答：機(jī)器指令的首地址只要第一次給出即可，PC會(huì)自動(dòng)加1，所以每次按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開(kāi)關(guān)，只有在微地址燈顯示“010100”時(shí)，才能設(shè)置內(nèi)容，直到全部機(jī)器指令寫(xiě)完。3、在手動(dòng)方法寫(xiě)完程序后進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，為什么每次僅