淮海工學院組成原理實驗四基本模型機的設計與實現(xiàn)

1、淮海工學院計算機工程學院試驗報告書 課程名 計算機組成原理 題 目： 基本模型機的設計和實現(xiàn) 班 級： 學 號： 姓 名： 一、試驗目的1、在駕馭部件單元電路試驗的基礎上，進一步將其組成系統(tǒng)以構造一臺基本模型試驗計算機。2、設計五條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調試，駕馭整機軟硬件組成概念。二、試驗原理部件試驗過程中，各部件單元的限制信號是人為模擬產生的，而本次試驗將能在微程序限制下自動產生各部件單元限制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，試驗計算機數(shù)據(jù)通路的限制將由微程序限制器來完成，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

2、應一個微程序。有關微限制器部分在前一試驗中已具體介紹 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，必需設計三個限制操作微程序。·存儲器讀操作：撥動總清開關后，置限制開關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)手動讀操作。·存儲器寫操作：撥動總清開關后，置限制開關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，置限制開關SWC、SWA為“1 1”時，按要求連線后，再按“啟動

3、運行”開關，即可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。上述三條限制指令用兩個開關SWC、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下：SWCSWA限制臺指令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，由二進制構成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必需對操作碼進行測試P(1)，通過節(jié)拍脈沖T4的限制以便識別所要求的操作。“指令譯碼器”依據(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

4、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)干脆經過三態(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。 設計指令依據(jù)基本模型機的硬件設計五條機器指令：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)R0ADD addr0001 000

5、0 ×××× ××××；R0+addrR0STA addr 0010 0000 ×××× ××××； R0addrOUT addr 00110000 ×××× ××××； addrBUSJMP addr 01000000 ×××× ××××； addrPC說明：指令IN為單字節(jié)指

6、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設備讀入數(shù)據(jù)，進行簡潔算術運算后，將結果存入內存的某個單元，最終通過輸出設備輸出結果。監(jiān)控軟件具體如下：地址 內容 助記符 說明00000000 00000000IN；“INPUTDEVICE”R000000001 00010000ADD0AH； R00AHR000000010 0000101000000011 00100000STA0BH； R00BH00000100 00001

7、01100000101 00110000OUT0BH； 0BHBUS00000110 0000101100000111 01000000JMP00H ； 00HPC00001000 000000000000100100001010 00000001；自定義參與運算的數(shù)00001011 ；求和結果存放單元三、試驗電路1、試驗連線圖a、跳線器J1J12全部撥在右邊（自動工作方式）；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、試驗原理圖參見圖。四、試驗步驟依據(jù)機器指令畫出對應的微程序流程圖本試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”微指令是全部微程序都運用的公用微指令，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。試驗機限制操作為P（4）測試，它以限制開關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

9、，剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。留意：微程序流程圖上的單元地址為16進制。1 依據(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。監(jiān)控程序的16進制文件格式（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 二進制微代碼表讀寫程序手動方法寫微程序參看試驗六。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，“運行限

15、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。然后使限制開關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。若細致閱讀微程序流程，就不難發(fā)覺，機器指令的首地址只要第一次給出即可，PC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，直到全部機器指令寫完。

16、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，然后使限制開關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)單元內容。留意：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

17、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）裝入試驗系統(tǒng)即可（具體操作見隨機軟件的README）。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),“運行限制”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。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),“運行限制”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”

18、開關，系統(tǒng)連續(xù)運行程序。假如要停止程序的運行，只需將“運行限制”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、試驗分析1、當外部開關量輸入KD0KD7為00000111，運行程序后檢查存數(shù)單元0BH中的結果是否正確。答：據(jù)試驗顯示存數(shù)單元0BH的結果正確。是082、當外部開關量輸入同上，若運行程序后希望存數(shù)單元0BH中的結果是0FH，則應當如何修改模型機監(jiān)控程序的16進制格式文件（文件名C8JHE1）？答：模型機監(jiān)控程序的16進制格式文件為  0E 六、思索題1、結合圖3.7.2微程序流程圖，說明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、在手動方法寫代碼程序（機器指令）時，每次按動“啟動運行”開關，為什么只有在微地址燈顯示“010100”時，才能設置內容，直到全部機器指令寫完？答：機器指令的首地址只要第一次給出即可，PC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，才能設置內容，直到全部機器指令寫完。3、在手動方法寫完程序后進行檢驗時，為什么每次僅