计算机组成原理实验指导书

1、计 算 机 组 成 原 理实 验 指 导四川大学计算机学院西安唐都科教仪器公司实验一运算器组成实验（一） 算术逻辑运算实验一 实验目的 掌握简单运算器的数据传送通路。验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。二实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容 实验原理实验中所用的运算器数据通路如图所示。其中运算器由两片74LS181以并串形式构成位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关(“INPUT DEVICE”)用来给出参与运算

2、的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT”）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明（其他实验相同，不再说明），其中除T4为脉冲信号，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W/R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B各电平控制信号用“SWITCH UNIT”中的二进制数据开

3、关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。图运算器数据通路 实验步骤（） 连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。（） 用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数。具体操作步骤图示如下：数据开关（01100101）三态门寄存器DR1（01100101）寄存器DR2（10100111）数据开关（10100111） ALU-B=1 LDDR1=1 LDDR1=0 SW-B=0 LDDR2=0 LDDR2=1 T4= T4=检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW-B=1），打开ALU输出三态门（ALU-B=0），当置S

4、3、S2、 S1、S0 、M为时，总线指示灯显示DR1中的数，而置成时总线指示灯显示DR2中的数。（） 验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑） 在给定DR1=65、DR2=A7的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表中，并和理论分析进行比较、验证。表1DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0（算术运算）M=1（逻辑运算）Cn=1无进位Cn=0有进位656565A7A7A7 F=（65）F=（E7）F=（7D）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（66）F=（E8

5、）F=（7E）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（9A）F=（18）F=（82）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）F=（ ）(二） 进位控制实验一实验目的.验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。2.按指定数据完成几种指定的算术运算。二实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容 实验原理图进位控制实验原理图进位控制运算器的实验原理如图所示，在实验（）的基础上增加进位控制部分，其

6、中181的进位进入一个74锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4 连至“ STATE UNIT”的微动开关KK2上。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。 实验步骤（） 连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源（） 用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数，具体方法: 关闭ALU输出三态门（ALU-B=1），开启输入三态门（SW-B=0），设置数据开关 例如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。具体操作步骤如下：数据开关（01010101）三态门寄存器DR1（010101

7、01）寄存器DR2（10101010）数据开关（10101010） ALU-B=1 LDDR1=1 LDDR1=0 SW-B=0 LDDR2=0 LDDR2=1T4= T4=（） 进位标志清零具体操作方法如下：实验板中“SWITCH UNIT”单元中的CLR开关为标志CY、ZI的清零开关，它为零时是清零状态，所以将次开关做1à0à1操作，即可使标志位清零。注：进位标志指示灯CY亮时表示进位标志为“”，无进位；标志指示灯CY灭时表示进位为“”，有进位。（） 验证带进位运算及进位锁存功能，使Cn=1，Ar=0来进行带进位算术运算。例如：做加法运算，首先向DR1 、DR2置数，然

8、后使ALU-B=0，S3 S2 S1 S0 M状态为1 0 0 1 0，此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关KK2，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，有进位。（三） 移位运算实验一 实验目的验证移位控制的组合功能。二实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容1实验原理图移位运算实验原理图移位运算实验原理如图所示，使用了一片74LS299作为移位发生器，其八输入输出端以排针方式和总线单元连接。299-B信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，实验时将“W/R UNIT”中的T4接至“STATE UNIT”中

9、的KK2单脉冲发生器，由S0 S1 M控制信号控制其功能状态，其列表如下：299-B S1S0M功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意1任意装数实验步骤（） 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。（） 移位操作： 置数，具体步骤如下：三态门三态门 置数 （01101011）数据开关（01101011） SW-B=0 S0=1 SW-B=1 S1=1 T4= 移位，参照上表改变S0 S1 M 299-B的状态，按动微动开关KK2，观察移位结果。实验二存储器实验（一） 静态随机存储器实验一 实验目的掌握静态随机存储器RAM工作特性及数据的

10、读写方法。二 .实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容 实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图2-1-1所示，实验中的静态存储器一片6116（2K×8）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器（74LS273）给出。地址灯AD0AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。 因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7A0，而高三位A8A10接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。当片选有效（CE=0）时，OE=0时进

11、行读操作，WE=0时进行写操作。本实验中将OE常接地，在此情况下，当CE=0、WE=0时进行读操作，CE=0、WE=1时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。实验时将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其它电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高电平有效。 实验步骤（） 形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如下： 接通电源，用示波器接入方波信号源的输出插孔H24，调节电位器W1 ，使H24端输出实验所期望的频率的方波。 将时序电路模块中的和H23排针相连。 在时序电路模块中有两个二进制开关“S

12、TOP”和“STEP” 。将“STOP”开关置为“RUN”状态、“STEP”开关置为“EXEC”状态时，按动微动开关START，则T3输出为连续的方波信号，此时调节电位器W1，用示波器观察，使T3输出实验要求的脉冲信号。当“STOP”开关置为“RUN”状态、“STEP”开关置为“STEP”状态时，每按动一次微动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。 关闭电源。图2-1-1存储器实验原理图（） 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。由于存储器模块内部的连线已经接好，因此只需完成实验电路的形成、控制信号模拟开关、时钟脉冲信号T3与存储模块的外部连接。（3）给存储器的00、

13、01、02、03、04地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15，具体操作步骤如下：（以向0号单元写入11为例）地址寄存器AR（00000000）三态门数据开关（00000000） SW-B=0 SW-B=1 SW-B=0 CE=1 CE=1 LDAR=1 T3= 数据开关（00010001）三态门存储器RAM（00010001）SW-B=0CE=0 WE=1 SW-B=0 SW-B=1LDAR=0 LDAR=0 T3= 依次读出第00、01、02、03、04号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否与前面写入的一致。具体操作步骤如下：（以从0号单元读出数据为例）数据开关（000000

14、00）存储器RAM（00010001）三态门地址寄存器AR（00000000） SW-B=1 SW-B=0 SW-B=0 SW-B=1 CE=1 CE=1 CE=0 WE=0 LDAR=1 LDAR=0 T3=（二） 先进先出（FIFO）存储器实验一实验目的 了解及掌握先进先出（FIFO）存储器的工作特性及其读写方法。二实验设备 TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容1 实验原理本实验用CPLD芯片来实现一个简单的8位x4的FIFO，其信号引脚如下： 8 x 4 FIFO EMPTY FULL OD0DO7 ID0ID7 FIFORD FIFOWR RST其各信号的

15、功能为：EMPTY：FIFO存储器为空标志，高电平有效。FULL：FIFO存储器满标志，高电平有效。RET：清FIFO存储器为空。FIFOWR：FIFO存储器写入信号，低电平有效。FIFORD：FIFO存储器读信号，低电平有效。ID0ID7：FIFO存储器输入数据线。OD0OD7：FIFO存储器读出数据线。 此8 x 4 FIFO的内部逻辑图如下： OD0OD7 MUX-4 OE1 OE2CLK273REG2CLK273REG0CLK273REG3CLK273REG1 C1 C2 C3 C4 ID0ID7 C1 C2 C3 C4 FIFO控制逻辑 FIFORD OE1 FIFOWR OE2 R

16、ST FULL EMPTY一 实验步骤（1）编写cpld芯片设计程序1.顶层电路图模块，见图2-2-1 2FIFO控制逻辑模块（fifo.abl）MODULE FIFO "INPUT RST,FIFORD,FIFOWR PIN ; "OUTPUT FULL,EMPTY PIN ISTYPE 'COM' C1,C2,C3,C4 PIN ISTYPE 'COM' "NODE OE1,OE2,O2,O1 PIN ISTYPE 'REG' FLAGG PIN ISTYPE 'REG' " OE=OE

17、2,OE1; O=O2,O1; " EQUATIONS OE.CLK=FIFORD; O.CLK=!FIFOWR; OE.AR=!RST; O.AR=!RST; FLAGG.CLK=FIFOWR; FLAGG.AR=(!FIFORD)#(!RST); FLAGG:=1; WHEN OE=3 THEN OE:=0 ELSE OE:=OE+1; WHEN O=3 THEN O:=0 ELSE O:=O+1; C1=FIFOWR&!O2&!O1; C2=FIFOWR&!O2&O1; 图2-2-1C3=FIFOWR&O2&!O1; C4=FIF

18、OWR&O2&O1; EMPTY=(OE=O)&!FLAGG; FULL=(OE=O)&FLAGG;END3.LS273模块（ls273.abl）MODULE LS273 "INPUT CLK PIN ; I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0 PIN ; "OUTPUT O7,O6,O5,O4,O3,O2,O1,O0 PIN ISTYPE 'REG' I=I7,I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0; O=O7,O6,O5,O4,O3,O2,O1,O0; " EQUATIONS O.CLK=CLK; O:

19、=I;END4MUX4多路选择模块（mux4.abl）MODULE MUX4 "INPUT OE1,OE2 PIN ; D07,D06,D05,D04,D03,D02,D01,D00 PIN ; D17,D16,D15,D14,D13,D12,D11,D10 PIN ; D27,D26,D25,D24,D23,D22,D21,D20 PIN ; D37,D36,D35,D34,D33,D32,D31,D30 PIN ; "OUTPUT O7,O6,O5,O4,O3,O2,O1,O0 PIN ; " I0=D07,D06,D05,D04,D03,D02,D01,D0

20、0; I1=D17,D16,D15,D14,D13,D12,D11,D10; I2=D27,D26,D25,D24,D23,D22,D21,D20; I3=D37,D36,D35,D34,D33,D32,D31,D30; OD=O7,O6,O5,O4,O3,O2,O1,O0; OE=OE2,OE1; EQUATIONS WHEN OE=0 THEN OD=I0; ELSE WHEN OE=1 THEN OD=I1; ELSE WHEN OE=2 THEN OD=I2; ELSE WHEN OE=3 THEN OD=I3;END（） 编译上述文件，并将生成的JEDEC文件下载至ISPLSI103

21、2E中。（） 按所画连线图接线。（） 操作步骤接线图中OO1、OO2、OOE1、OOE2是四个观察记数的指示灯，其中OO1、OO2是写信号记数，OOE1、OOE2是读信号记数。FULL及EMPTYy是满和空标志灯。 实验时，先拨动CLR开关使FIFO清空。然后给INPUT DEVICE单元中置一个数，按动START，此时将此数写入到FIFO中，依次写四次后，FULL满标志置位。此时再也写不进去，然后连续按动KK2-读信号，将顺序读出所存的四个数，从总线显示灯检查结果是否与理论值一致。实验三微控制器实验一实验目的 掌握时序产生器的组成原理。 掌握微程序控制器的组成原理。 掌握微程序的编制、写入，

22、观察微程序的运行。二 .实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台。三实验内容 实验原理实验所用的时序电路原理如图所示，可产生个等间隔的时序信号TS1TS4，其中为时钟信号，由实验台右上方的方波信号源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。学生可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器Cr，使TS1TS4信号输出可控。图中STEP（单步）、STOP（停机）分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。START键是来自实验板上方中部的一个微动开关START的按键信号。当STEP开关为时（EXEC），一

23、旦按下启动键，运行触发器Cr一直处于“”状态，因此时序信号TS1TS4将周而复始地发送出去。当STEP为（STEP）时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果STOP开关置“”（STOP），也会使机器停机。由于时序电路的内部线路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接（即将时序电路的时钟脉冲输入端接至方波信号发生器输出端H23 ），时序电路的CLR已接至实验板左下方的CLR模拟开关上。图时序电路原理图 微程序控制电路与微指令格式（） 微程序

24、控制电路微程序控制器的组成见图2，其中控制存储器采用片2816的E2PROM,具有掉电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“”状态，完成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验板右上方），它具有三种状态：PROM（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。当处于“编程状态”时，学生可根据微地址和

25、微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态”时，可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。（） 微指令格式微指令字长共24位，其控制位顺序如下：2423222120191817161514131211109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段 151413选择000001L

26、DRi010LDDR1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR B字段 121110选择000001RS-B010RD-B011RI-B100299-B101ALU-B110PC-B C字段987选择000001P（1）010P（2）011P（3）100P（4）101AR110LDPC表1其中UA5UA0为6位的后续微地址，A、B、C为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。C字段中的P（1）P（4）是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图所示，图中I7I2为指令寄存器的第72位

27、输出，SE5SE1为微控器单元微地址锁存器的强置端输出。AR为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B字段中的RS-B、R0-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器R0、R1及R2的选通译码，其原理如图，图中I0I4为指令寄存器的第04为，LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。图图 实验步骤（） 图为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表的二进制代码表。表二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5UA00 00

28、0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 61 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0

29、10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 01 50 0

30、0 0 0 0 1 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 11 70 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 12 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 12 30 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00

31、 0 00 0 0 0 0 12 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 02 50 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 12 60 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 12 70 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 03 00 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1（） 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。（） 观测时序信号用双踪示波器（或用 PC 示波器功能）观察方波信

32、号源的输出，时序电路中的“STOP”开关置为“RUN”，“STEP”开关置为“EXEC”。按动START按键，从方波器上可观察到TS1、TS2、TS3、TS4各点的波形，比较它们的相互关系，画出其波形，并标注测量所得的脉冲宽度，见图37。图（） 观察微程序控制器的工作原理： 编程. 将编程开关置为PROM（编程）状态。. 将实验板上“STATE UNIT“中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。. 用二进制模拟开关置微地址MA5 MA0。. 在MK23MK0开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“”时灯亮，开关量为“”时灯灭。. 启动时序电路（按动启动按

33、纽“START”），即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中。. 重复步骤，将表的微代码写入2816。 校验. 将编程开关设置为READ（校验）状态。. 将实验板的“STEP”开关置为“STEP”状态。“STOP”开关置为“RUN”状态。. 用二进制开关置好微地址MA5 MA0。. 按动“START”键，启动时序电路，读出微代码.观察显示灯MD24MD1的状态（灯亮为“”，灭为“”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行即可。 单步运行. 将编程开关置于“RUN（运行）”状态。. 实验板的“STEP”及“STOP” 开关保持原状

34、。. 操作CLR开关（拨动开关在实验板右下角）使CLR信号，微地址寄存器A5 A0清零，从而明确本机的运行入口微地址为000000（二进制）。. 按动“START”键，启动时序电路，则每按动一次启动键，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。注意：在当前条件下，可将“MICRO-CONTROLLER”单元的SE6SE1接至“SWITCH UNIT”中的S3Cn对应二进制开关上，可通过强置端SE1SE6 人为设置分支地址。将SE1SE6对应二进制开关量为“1”，当需要人为设置分支地址时，将某个或几个二进制开关置“0”，相应的微地址位即被强置为“1”，

35、从而改变下一条微指令的地址。（二进制开关置为“”，相应的微地址位将被强置为“”） 连续运行. 将编程开关置为“RUN（运行）”状态。. 将实验板的单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。. 使CLR从，此时微地址寄存器清“”，从而给出取指微指令的入口地址为000000（二进制）。. 启动时序电路，则可连续读出微指令。实验四总线控制实验一实验目的1理解总线的概念及其特性。2掌握总线传输控制特性。二实验设备 TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台。三实验内容1总线的基本概念 总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地

36、址、数据和控制信息的操作。因此，所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。2实验原理 实验所用总线传输实验框图如图4-1所示，它将几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实验总线信息传输。图4-13实验要求根据挂在总线上的几个基本部件，设计一个简单的流程： 输入设备将一个数打入R0寄存器。 输入设备将另一个数打入地址寄存器。 将R0寄存器中的数写入到当前地址的存储器中。 将当前地址的存储器中的数用LED数码管显示。4实验步骤（1）按照所画接线图进行连线。（2）具体操作步骤图示如下：初始状态应设为

37、：关闭所有三态门（SW-B=1，CS=1，R0-B=1，LED-B=1），其他控制信号为LDAR=0，LDR0=0，W/R（RAM）=1，W/R（LED）=1。数据开关（01100011）三态门打入寄存器R0打入寄存器AR数据开关（00100000） SW-B=0 LDR0= LDAR=R0写入存储器三态门存储器打入到LED三态门 SW-B=1W/R（RAM）=0 CS=1 W/R（RAM）=1 R0-B=0CS=0 R0-B=1 CS=0 LED-B=0W/R（LED）=实验五基本模型机设计与实现一实验目的 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。 为其定义

38、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TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三实验内容 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，而本次实验将能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个微程序。本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（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

39、器指令码 说 明IN 0000 0000 “INPUT DEVICE”中的开关状态 ROADD addr 0001 0000 ×××××××× R0+addr R0STA addr 0010 0000 ×××××××× RO addrOUT addr 0011 0000 ×××××××× addr LEDJMP addr 0100 0000 ×&#

40、215;×××××× 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 ）：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

41、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5。微代码定义如表5所示。图5数据通路框图2423222120191817161514131211109 8 7654321S3S2S1S0MCnWEA9A8ABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段 151413选择000001LDRi010LDDR

42、1011LDDR2100LDIR101LOAD110LDAR B字段 121110选择000001RS-B010011100101ALU-B110PC-B C字段987选择000001P（1）010011100P（4）101110LDPC表5系统涉及到的微程序流程见图5，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。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） 的测试结果出现多路分支。本机用指令寄存器的前位（IR7IR4）作为测试条件，出现路分支，占用个固定微地址单元。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

43、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，应将每条微指令代码化，表5即为将图52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5二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M CN WE A9 A8ABCUA5UA00 00 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10

44、 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 60 0 0 0 0 0 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 01 50 0 0 0 0 0 0 0 10 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1