计算机组成原理实验指导书(TDN-CM)教学版

1、计算机组成原理实验指导书（西安唐都科教仪器公司TDN-CM系统）梁海英 整编2013年8月TDN-CM系统构成1.控制信号发生单元（JT UNIT（TDN-CM）即W/R UNIT（TDN-CM+）用来转换产生各单元电路所需的时序信号T1T4，以及外总线所需的读/写控制信号W/R。2.时序电路单元（STATE UNIT）其电路由四部分构成：消抖电路（KK2）、时序控制（TS1、TS2、TS3、TS4）、时钟信号源（）、拨动二进制开关组（STOP、STEP）。用户只需将信号与信号源的输出插孔相连，然后按动START（KK1）微动开关，根据STOP及STEP的状态，T1T4将输出有规则的方波信号。

2、（1）单拍脉冲及消抖电路在实验中KK2一般用来作为单拍脉冲信号发生器；START已将其输出接入时序电路中的START处，作为时序电路的启动开关。（2）时序控制电路、拨动开关组STEP（单步）、STOP（停机）分别是来自实验台上部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。启动是来自实验台“STATEUNIT”单元的一个微动开关START的按键信号。当STOP开关置为RUN状态，STEP开关置为EXEC时，按下START，时序信号TS1TS4将周而复始的发送出去。若STEP开关置为STEP状态时，按下START，机器处于单步运行状态，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

3、次只产生一条微指令，因而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，如果使STOP开关置STOP，也会使机器停机，或将CLR开关置为零，也可使时序清零。3.信号源单元“SIGNAL UNIT”可先调节W1，使H23端输出用户期望的某一频率的波形信号，信号的频率在30Hz-300Hz；然后，再调节W2使H23端输出特定占空比的信号，供实验时选择使用。4.运算器单元（ALU UNIT）运算器单元由以下部分构成：两片74LS181构成了并-串型8位ALU；两个8位寄存器DR1和DR2作为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果；ALU的输出三态门74LS245通过排针连到数据总

4、线上；一片8位的移位寄存器74LS299可通过排针连到数据总线上；由GAL（general array logic，通用阵列逻辑）和74LS74锁存器组成进位标志控制电路和为零标志控制电路；进位标志和为零标志指示灯。5.寄存器堆单元（REG UNIT）寄存器堆单元由三片8位寄存器R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数及中间运算结果等，三个寄存器的输入已连至BUS总线，输出共用一个RJ1引出，待用排线连至总线。6.总线单元（BUS UNIT）包括6组排针，它们是横向对应连通的。排针下方是和总线对应的8位数据显示灯，以显示总线上的二进制数值，将引出的排针与总线单元用8孔排线连好，就可构成相应的实

5、验电路的数据通路。7.主存贮器单元（PRAM UNIT）用于存贮实验中的机器指令。8.微控器电路单元（MICRO-CONTROLLER UNIT）本系统的微控器单元主要由编程部分和核心微控器部分组成。编程部分是通过编程开关的相应状态选择及由CLK、CLK0引入的节拍脉冲的控制来完成将预先定义好的机器指令对应的微代码程序写入到2816控制存贮器中，并可以对控制存贮器中的机器代码程序进行校验。该系统具有本机现场直接编程功能，且由于选用2816E2PROM芯片为控制存贮器，所以具备掉电保护功能。核心微控器主要完成接收机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令

6、的功能进行解释或执行的工作。更具体地讲，就是通过接收CPU指令译码器发来的信号，找到本条机器指令对应的首条微代码的微地址入口，再通过由CLK引入的时序节拍脉冲的控制，逐条读出微代码。实验板上的微控器单元中的24位显示灯（MD1MD24）显示的状态即为读出的微指令。然后，其中几位再经过译码，一并产生实验板所需的相应控制信号，将它们加到数据通路中相应的控制位，可对该条机器指令的功能进行解释和执行。指令解释到最后，再继续接收下一条微代码对应的微地址入口，这样周而复始，即可实现机器指令程序的运行。核心微控器同样是根据24位显示灯所显示的相应控制位，再经部分译码产生的二进制信号来实现机器指令程序顺序、分

7、支、循环运行的，所以，有效地定义24位微代码对系统的设计至关重要。（1）核心微控器单元通过编程开关的不同状态,可进行微代码的编程、校验、运行在单元电路原理图中：微地址显示灯显示的是后续微地址，而24位显示灯显示的是后续地址的二进制控制位。CLK0为微地址锁存器（U24）的时钟信号，实验板中已接至“JT UNIT”单元中的T1中。2816单元的片选信号（CS）在手动状态下一直为“0”，而在和PC联机状态下，受89C51控制。MK1MK24为微控器的微代码输入二进制开关。MJ19为微地址输入端，微控器实验中在编程和校验状态时，我们可通过它来人为的确定微地址单元并完成读、写操作。CLK为微代码输出锁

8、存器（U30、U31、U32）及后续的微地址输出锁存器的信号引出端，实验板中已将CLK接至“JT UNIT”单元中的T2。CLR为清零信号的引出端，实验板中已接至“SWITCH UNIT”单元中最右边的CLR开关上，所以此二进制开关为CLR专用。SE1SE6端挂接到CPU的指令译码器的输出端，通过译码器确定相应机器指令的微代码入口处，也可人为手动模拟CPU的指令译码器的输出，达到同一目的。（2）编程器单元在该实验电路中设有一编程开关，它具有三种状态：PROM（编程）、READ（校验）、RUN（运行）。处于编程状态时，微地址锁存器（U24）读有效，微代码输入三态门（U18、U19、U20）打开，

9、后续微地址三态门（U29）关闭，同时2816写有效，读无效。此时若启动时序电路，即可将微代码写入相应的微地址中，并在相应的显示灯上显示处于校验状态时，微地址锁存器读有效，微代码输入三态门关闭，后续微地址三态门关闭，同时2816读有效，写无效。此时若启动时序电路，即可将相应的微地址中的微代码读出，并在显示灯上显示。处于运行状态时，微地址锁存器关闭，微代码输入三态门关闭，后续微地址三态门打开，同时2816读有效，写无效。此时若启动时序电路，即从微地址显示灯显示的地址向下运行。9.指令寄存器单元（INS UNIT）指令寄存器单元中指令寄存器的输出以排针形式引出，构成模型机时用它作为指令译码电路的输入

10、，实现程序跳转控制。10.逻辑译码单元（LOG UNIT）本单元主要功能是根据机器指令及相应的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，及三个工作寄存器R0、R1、R2的选通译码，它们共由两片GAL构成。11.输入设备单元（DATA UNIT（TDN-CM）即INPUT DEVICE（TDN-CM+）使用8个拨动开关作为输入设备。12.开关单元（SWITCH UNIT）单元中的开关都可作为通用电路使用，为防止实验时接至二进制开关产生混乱，二进制开关下方均有丝印字，所以实验连线时可将实验中的各电平控制模拟信号接至相应二进制开关。连线时应注意： 表示两个引脚

11、是导通的，指同一个信号； 表示两个引脚没有导通，指两个不同的信号(以后均不再说明) 。实验一 算术逻辑运算实验运算器主要由算术逻辑运算部件ALU、累加器、暂存器、通用寄存器堆、移位器、进位控制电路及其结果判断电路等组成。实验一至实验三均为运算器实验。一、 实验目的1了解运算器的组成结构、工作原理、设计方法。2掌握简单运算器的数据传送通路。3验证运算功能发生器74LS181 的组合功能。二、实验设备TDN-CM教学实验系统一套三、实验原理实验中所用的运算器数据通路图如图1-1。图中所示的是由两片74LS181 芯片以并/串形式构成的8 位字长的运算器。右方为低4 位运算芯片，左方为高4 位运算芯

12、片。低位芯片的进位输出端Cn+4 与高位芯片的进位输入端Cn 相连，使低4 位运算产生的进位送进高4位运算中。低位芯片的进位输入端Cn 可与外来进位相连，高位芯片的进位输出引至外部。两个芯片的控制端S0S3 和M 各自相连。为进行双操作数运算，运算器的两个数据输入端分别由两个数据暂存器DR1、DR2（用锁存器74LS273 实现）来锁存数据。要将内总线上的数据锁存到DR1 或DR2 中，则锁存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 须为高电平。当T4 脉冲来到的时候，总线上的数据就被锁存进DR1 或DR2 中。为控制运算器向内总线上输出运算结果，在其输出端连接了一个三态门（用74L

13、S245 实现）。若要将运算结果输出到总线上，则要将三态门74LS245 的控制端ALU-B置低电平。数据输入单元(DATA UNIT)用以给出参与运算的数据。其中，输入开关经过一个三态门（74LS245）和内总线相连，该三态门的控制信号为SW-B，取低电平时，开关上的数据则通过三态门送入内总线中。将“JT UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的微动开关KK2 的输出端。在进行实验时，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。总线数据显示灯（在BUS UNIT 单元中）已与内总线相连，用来显示内总线上的数据。控制信号中除T4 为脉冲信号，其它均为电平信号。S3、S2、 S1

14、、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制信号则使用“SWITCH UNIT”单元中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。图1-1 运算器通路图 对于单总线数据通路，作实验时就要分时控制总线，即当向DR1、DR2工作暂存器打入数据时，保证数据开关三态门打开，运算器输出三态门关闭；当运算器输出结果至总线时，也应保证关闭数据输入三态门。四、实验步骤1.按图1-2 连接实验电路并检查无误后打开电源开关。图中将用户需要连接的信号线用小圆圈标明（其它实验相同，不再说明）。2.用输入开关向暂存器DR1和

15、DR2 置数（1）使SWITCH UNIT 单元中的开关SW-B=0（打开数据输入三态门）、ALU-B=1（关闭 ALU 输出三态门）。（2）拨动输入开关形成二进制数01100101（或其它数值）。（数据显示灯亮为0，灭为1）；置LDDR1=1、LDDR2=0；按动微动开关KK2，则将二进制数01100101 置入DR1 中。（3）拨动输入开关形成二进制数10100111（或其它数值）；使LDDR1=0、LDDR2=1；按动微动开关KK2，则将二进制数10100111 置入DR2 中。图1-2 算术逻辑实验连线图3.检验DR1 和DR2 中存的数是否正确。（1）关闭数据输入三态门（SW-B=1

16、），打开ALU 输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器。（2）置S3 S2 S1 S0 M 为1 1 1 1 1，总线显示灯则显示DR1 中的数。（3）置S3 S2 S1 S0 M 为1 0 1 0 1，总线显示灯则显示DR2 中的数。4.验证74LS181 的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）表1-1给出的74LS181的功能表。表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。（1）SW-B=1、ALU-B=0 保持不变。（2）可以通过改变S3 S2 S1 S0 M CN的组合来实现不同的功能，通过总线显示灯观察运算器

17、的输出，填入表1-2中，和理论分析进行比较、验证。五、记录实验结果，完成实验报告表1-1 74LS181功能表S3S2S1S0M=0（算术运算）M=1逻辑运算CN=1无进位CN=0有进位0000F=F=A加1F=0001F=F=（）加1F=0010F=F=（）加1F=0011F=0减1F=0F=0100F=加F=加加1F=0101F=（）加F=（）加加1F=0110F=减减1F=减F=0111F=减1F=F=1000F=加F=加加1F=1001F=加F=加加1F=1010F=（）加F=（）加加1F=1011F=减1F=F=1100F=加F=加加1F=11101F=（）加F=（）加加1F=111

18、0F=（）加F=（）加加1F=1111F=减1F=F=表1-2 ALU功能表DR1DR2S3S2S1S0M=0（算术运算）M=1（逻辑运算）CN=1无进位CN=0有进位65HA7H0000F=( 65 )F=( 66 )F=( 9A )0001F=( E7 )F=( E8 )F=( 18 )0010F=( 7D )F=( 7E )F=( 82 )0011F=( )F=( )F=( )0100F=( )F=( )F=( )0101F=( )F=( )F=( )0110F=( )F=( )F=( )0111F=( )F=( )F=( )1000F=( )F=( )F=( )1001F=( )F=(

19、 )F=( )1010F=( )F=( )F=( )1011F=( )F=( )F=( )1100F=( )F=( )F=( )1101F=( )F=( )F=( )1110F=( )F=( )F=( )1111F=( )F=( )F=( )实验二 进位控制实验一、 实验目的1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教学实验系统一套。三、实验原理进位控制运算器的实验原理如图2-1所示，在图1-1基础上增加进位控制部分，其中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 UNI

20、T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。四、实验步骤1.按图2-2连接实验电路并检查无误后打开电源开关。2.用输入开关向暂存器DR1和DR2 置数（方法同前, SW-B=0, ALU-B=1）（1）将二进制数01010101 置入DR1 中（LDDR1=1、LDDR2=0）。（2）将二进制数10101010 置入DR2 中（LDDR1=0、LDDR2=1）。3.关闭数据输入三态门（SW-B=1），打开ALU 输出三态门（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，关闭寄存器输入控制门。4.检

21、验DR1 和DR2 中存的数是否正确。（方法同前）5.对进位标志清零。实验系统上“SWITCH UNIT”单元中的CLR开关为标志CY、ZI的清零开关，它为零状态时是清零状态，所以将此开关做101 操作，即可使标志位清零。注意：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。6.验证带进位运算及进位锁存功能（AR0、SW-B=1、ALU-B=0）（1）使Cn1（低位无进位），进行带进位算术运算。例如：做加法运算，S3 S2 S1 S0 M 置为1 0 0 1 0，按动微动开关KK2，此时，数据总线上显示的数据为DR1+DR2+/Cn的和，最高位进

22、位由进位标志灯CY显示，若指示灯亮，则无进位，反之则有进位。（2）使Cn0（低位有进位），进行带进位算术运算，例如：做加法运算，S3 S2 S1 S0 M 置为1 0 0 1 0，按动微动开关KK2，此时，数据总线上显示的数据为DR1+DR2+/Cn的和，最高位进位由进位标志灯CY显示。注：/Cn表示对Cn取反。即有进位末位加1，无进位末位加0。图2-1进位控制实验原理图图2-2进位控制实验连线图 五、记录实验结果，完成实验报告实验三 移位运算实验一、 实验目的1了解移位发生器74LS299 的功能。2验证移位控制电路的组合功能。二、实验设备TDN-CM教学实验系统一套。三、实验原理图3-1所

23、示为移位控制电路。其中使用了一片74LS299 作为移位发生器，其8位输入输出端可连接至内部总线。74LS299移位器的片选控制信号为299-B，在低电平时有效。T4 为其控制脉冲信号，由“JT UNIT”单元中的T4 接至“STATE UNIT”单元中的单脉冲发生器KK2 上而产生，S0、S1、M 作为移位控制信号，此移位控制逻辑功能如表3-1 所示。四、实验步骤1.按图3-2连接实验电路并检查无误后打开电源开关。2.向移位寄存器置数。（1）拨动输入开关形成二进制数01101011（或其他数值）。（2）使SWITCH UNIT 单元中的开关SW-B=0，打开数据输入三态门。（2）使S0=1、

24、S1=1，并按动微动开关KK2，则将二进制数01101011 置入了移位寄存器。（4）使SW-B=1，关闭数据输入三态门。3.移位运算操作。参照表3-1中的内容，先将S1、S0置为0、0，检查移位寄存器单元装入的数是否正确，然后通过改变S0、S1、M、299-B的状态，并按动微动开关KK2，观察移位结果。五、记录实验结果，完成实验报告完成表3-2中的内容。图3-1移位控制电路原理图 表3-1移位控制功能真值表 299BS1S0M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11任意装数图3-2移位控制电路连线图 表3-2移位控制功能表 动作循

25、环右移CY带进位循环右移CY循环左移CY带进位循环左移CY原始011011010011011010011011010011011010按一次101101100001101101110110100110110100按两次010110110100110110101101010101101001按三次101011010010011011011010110011010011按四次110101100101001101110101100110100110按五次011010110110100110101011010101001101按六次10110101001101001101011011001001101

26、1按七次110110100101101001101101100100110110按八次011011010110110100011011010001101101按九次00110110100011011010实验四 静态存储器实验在程序执行过程中，所要执行的指令是从存储器中获取，运算器所需要的操作数是通过程序中的访存指令从存储器中得到，运算结果在程序执行完之前又必须全部写到存储器中，各种输入输出设备也直接与存储器交换数据。把程序和数据存储在存储器中，是冯·诺依曼型计算机的基本特征，也是计算机能够自动、连续快速工作的基础。一、实验目的掌握静态存储器RAM的工作特性及数据的读写方法。二、实验

27、设备TDNCM教学系统一套三、实验原理本实验中静态存储器采用6116（2K*8位）芯片，其原理图如图4-1所示，数据线接至数据总线，地址线由地址寄存器（74LS273）给出。地址灯AD0AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经一个三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址与数据。因地址寄存器为8位，所以接入6116的地址为A7A0，而高三位A8A10接地，所以实际容量为256字节。6116有三位控制线：CE（片选线）、OE（读线）、WE（写线）。当片选信号CE0有效时，OE0，WE1为存储器写操作，OE0，WE0为存储器读操作，其读写时间与T3宽度一致。实验时将T3脉冲接至实验板

28、上时序电路模块的TS3相应插孔中，其它电平控制信号由SWITCH UNIT单元的二进制开关模拟，其中SWB是低电平有效，LDAR是高电平有效。四、实验步骤1.按照图4-2连接实验线路，连好检查无误后再接通电源。2.在时序电路模块中有两个二进制开关“STOP”和“STEP”。将“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。图4-1 存储器实验原理图图4-2存储器接线图3.写存储器：用手动开关控制的方法，给存储器的00H、01H、02H、03H、04H地址单元中分别写入数据11H、12 H

29、、13 H、14 H、15 H。由于数据和地址全由一个数据开关给出，因此要分时地给出。下面的写存储器要分两个步骤:（1）写地址，先关掉存储器的片选（CE=1），打开地址锁存器门控信号（LDAR=1），打开数据开关三态门（SW-B=0），由开关给出要写入的存储单元的地址，按动START 产生T3 脉冲将地址输入到地址锁存器；（2）写数据，关掉地址锁存器门控信号（LDAR=0），打开存储器片选，使之处于写状态（CE=0，WE=1），由开关给出此单元要写入的数据，按动START 产生T3 脉冲将数据写入到当前的地址单元中。写其他单元依次循环上述步骤。写存储器流程如图4-3 所示（以向00 号单元写入

30、11H 为例）。图4-3存储器写操作流程图4.读存储器：用手动开关控制的方法，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。同写操作类似，读每个单元也需要两步：（1）写地址，先关掉存储器的片选（CE=1），打开地址锁存器门控信号（LDAR=1），打开数据开关三态门（SW-B=0），由开关给出要写存储单元的地址，按动START产生T3 脉冲将地址输入到地址锁存器；（2）读数据，关掉地址锁存器门控信号（LDAR=0），关掉数据开关三态门（SW-B=1），片选存储器，使它处于读状态（CE=0，WE=0），此时数据总线上显示的数据即为从存储器当前地

31、址中读出的数据内容。读其他单元依次循环上述步骤。读存储器操作流程如图4-4 所示（以从00 号单元读出11H 数据为例）。图4-4存储器读操作流程图五、记录实验结果，完成实验报告实验五 微程序控制器实验控制器的基本功能就是把机器指令转换为按照一定时序控制机器各部件的工作信号，合各部件产生一系列动作，完成指令所规定的任务。控制器的实现有两大类：硬布线控制和微程序控制。一、实验目的1.掌握微程序控制器的组成原理。2.掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。二、实验设备TDNCM教学系统一套三、实验原理微程序控制器的基本任务是完成当前指令的翻译和执行，即将当前指令的功能转换成可以控制硬件逻辑部件工

32、作的微命令序列，完成数据传送和各种处理操作。实验所用的时序信号为TS1TS4，由时序电路产生。控制存储器采用3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3片正沿触发的双D触发器（74）组成，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入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“1”状态，完成地址修改。电路中有一个编程开关，有3种状态：PROM（编程）、READ（检验）、RUN（运行）。当开关

33、处于PROM状态时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当开关处于READ时，可以对写入的控制代码进行验证，判断是不是有错。当开关处于RUN时，只要给出微程序的入口地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。微指令格式如图5-1所示，有24位字长，其中UA0UA5为6位后继微地址，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5-2 所示，图中I7I2为指令寄存器的第72位输出，SE5SE1为

34、微程序控制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、RD-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5-3，图中I0I3为指令寄存器的第03位，LDRi为输入工作寄存器信号的译码器使能控制位。242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段C字段151413选择121110选择987选择000000

35、000001LDRi001RS-B001P(1)010LDDR1010RD-B010P(2)011LDDR2011RI-B011P(3)100LDIR100299-B100P(4)101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110SW-B111PC-B图5-1微指令格式图5-4为几条机器指令对应的微操作流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码，可得到表5-1的微指令二进制代码表（微地址为八进制）。图5-2指令译码图5-3寄存器译码四、实验步骤1.按图5-5所示连接实验电路，检查无误后打开系统电源。2.将STATEUNIT中的STEP置为STEP、STOP置为RUN。3.编程（编

36、程开关置为PROM）（1）二进制开关设置微地址MA5MA0；（2）在MK24MK1开关上置微代码， 24 位开关对应24 位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭；（3）启动时序电路按START，即将微代码写入到E2PROM 2816 的相应地址的单元中；（4）重复（1）（3）步，将表5-1的微代码逐行写入控制存储器中。4.检验（编程开关置为READ）（1）二进制开关设置微地址MA5MA0；（2）按动START开关，观察显示灯MD24MD1的状态，与写入的微代码比较，检查是否有错，如有错，则重新执行第3步。5.单步运行（编程开关置为RUN）（1）设置CLR开关从101，使微地址清0

37、；（2）按START，每按一次执行一条微指令。注意：可将“MICRO-CONTROLLER”单元的SE6SE1接至“SWITCH UNIT”中的S3Cn上，通过强置端SE1SE6人为设置分支首地址。首先将SE1SE6全部置“1”；然后根据需要，将某个或几个置“0”，设置CLR开关101，使相应的微地址位被强置为“1”，设置分支首地址；最后将“SWITCH UNIT”中的S3Cn接至“MICRO-CONTROLLER”单元的UA5UA上，按START，执行该分支。图5-4微程序流程图图5-5实验电路接线图表5-1微指令二进制代码表微地址S3 S2 S1 S0 M Cn WE CE LDPC AB

38、CuA5uA00 00 0 0 0 0 0 0 1 11 0 11 1 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 0 0 0 01 0 00 0 00 0 1 0 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 61 0 0 1 0 1 0

39、 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 1 00 0 11 1 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0

40、 1 0 11 50 0 0 0 0 0 1 0 00 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 11 70 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 1 0 0 0 02 30 0 0 0 0 0 0 1

41、 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 40 0 0 0 0 0 1 0 00 0 01 1 00 0 00 1 0 0 0 12 50 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1五、记录实验结果，完成实验报告实验六 基本模型机设计与实现一、实验目的1.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。2.为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试整机。二、实验设备TDNCM教学实验系统一套。三、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

42、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。1.五条机器指令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（前4位为操作码）如表6-1所示：表6-1 五条机器指令助记符机器指令码说明IN0000 0000“DATA UNIT”中的开关数据>R0 ADD addr0001 0000 XXXXXXXXRO+addr>R0, 双字长指令，XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码

43、STA addr0010 0000 XXXXXXXXRO>addrOUT addr0011 0000 XXXXXXXXaddr>BUSJMP addr0100 0000 XXXXXXXXaddr>PC本实验设计的机器指令程序如表6-2所示：表6-2 本实验中的五条机器指令地址内容助记符说明地址 内容0100 00000000 0000IN“DATA UNIT”>R040 00H0100 00010001 0000ADD 4AHRO+addr>R0 41 10H0100 00100100 101042 4AH0100 00110010 0000STA 4BHRO&g

44、t;addr43 20H0100 01000100 101144 4BH0100 01010011 0000OUT 4BHaddr>BUS45 30H0100 01100100 101146 4BH0100 01110100 0000JMP 40Haddr>PC47 40H0100 10000100 000048 40H0100 100149 40H0100 10100000 0001自定4A 01H0100 1011求各结果4B 01H2.三个控制台操作微程序为了向RAM中装入程序和数据，检查写是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。（1）存储器写操作（KWE

45、）拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为0 1时，按START微动开关，可对RAM连续手动写入程序和数据。（2）存储器读操作（KRD）拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为0 0时，按START微动开关，可对RAM连续手动读出程序和数据。（3）存储器写操作（RP）拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为1 1时，按START微动开关，即可转入到第01号取指微指令，启动并程序运行。上述三条控制台指令用两个开关SWB和SWA的状态来设置，其定义如表6-3所示：表6-3 控制台指令SWBSWA控制台指令00读内存（KRD）01写内存（KWR）11执行程序（RP）3微程序流

46、程及微指令代码系统涉及到的微程序流程见图5-4,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)的测试结果出现多分支本机用指令寄存器的前4位(IR7-IR4)作为测试条件，出现5路分支，占用5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SWBSWA作为测试条件,出现了3路分支,占用3个固定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八进制当全部微程序设计完毕后,应将每条微指令代码化,图5-4的微程序流程图按微指令格式化转化的十六进制

47、微代码表如表6-4所示表6-4微指令十六进制代码表微地址微指令微地址微指令0 0 Q0 1 D D 1 0 H1 3 Q0 1 E E 0 E H0 1 Q0 1 E E 0 2 H1 4 Q0 1 E E 1 5 H0 2 Q0 0 4 0 4 8 H1 5 Q0 2 0 2 0 1 H0 3 Q0 0 6 0 0 4 H1 6 Q0 0 6 0 0 F H0 4 Q0 0 3 0 0 5 H1 7 Q0 0 0 0 0 1 H0 5 Q0 1 2 2 0 6 H2 0 Q0 1 E E 1 2 H0 6 Q9 5 1 A 0 1 H2 1 Q0 1 E E 1 4 H0 7 Q0 0 6

48、0 0 D H2 2 Q0 0 0 0 1 0 H1 0 Q0 1 1 C 0 1 H2 3 Q0 1 0 0 0 1 H1 1 Q0 1 E E 0 3 H2 4 Q0 2 0 C 1 1 H1 2 Q0 1 E E 0 7 H2 5 Q0 0 D 0 0 1 H四、实验步骤1.按图6-1连接实验线路，检查无误后打开系统电源。2.使STEP 为“STEP”状态，STOP 为“RUN”状态。3.将微指令代码写入控制存储器（编程开关处于“PROM”）并进行校验（编程开关处于“READ”）将机器指令对应的微代码正确地写入E2PROM 控制存储器中，实际上在实验五微程序控制器实验中已将这些微代码写入

49、存储器芯片中了，对照表5-1或表6-4，校验正确后就可使用。4.编程开关处于“RUN”。5.写程序（SWB、SWA置为0 1）（1）拨动总清开关CLR（101），微地址寄存器清零，程序计数器清零，此时用DATA UNIT单元的8位二进制开关给出要写入RAM区的首地址40H；（2）按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，再按动一次START 后，即完成该条指令的写入。若仔细阅读KWE 的流程，就不难发现，机器指令的首地址只要第一次给入即可，PC会自动加1，所以，每次按动START，只

50、有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到将表6-2中的所有机器指令写完。6.校验程序（SWB、SWA置为0 0）（1）拨动总清开关CLR（101）后，微地址清零。PC 程序计数器清零，此时用DATA UNIT单元的8位二进制开关给出要读的RAM区的首地址40H；（2）按动启动开关START，微地址灯将显示“010000”，再按动START，微地址灯显示为“010010”，第三次按动START，微地址灯显示为“010000”，此时BUS UNIT的数码管显示为该首地址的内容。不断按动START，以后每个循环PC 会自动加1，这样可检查后续单元内容。每次微地址灯显示为“010000”时

51、，显示灯的内容才是相应地址中的机器指令内容。7.单步运行（SWB、SWA置为1 1）（1）拨动总清开关CLR（101），微地址清零，程序计数器清零，此时用DATA UNIT单元的8位二进制开关给出要执行RAM区程序的首地址40H；（2）每按动一次启动开关START，即单步运行一条微指令。对照图5-4所示的微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。（3）当微地址灯第一次出现01时，给DATA UNIT单元的输入开关置数（假定为40H），作为相加的一个操作数，另一个操作数为指令给定的的4AH单元中的数据01H。（4）当运行结束后，可检查存数单元（4BH）中的结果是否和理论值（即开关数40H+4AH单元中的数01H=41H）一致。图6-1硬件连接图五、记录实验结果，完成实验报告实验七 带移位运算的模型机设计与实现一、实验目的1.熟悉用微程序控制器控制模型机的数据通路。2.学习设计与调试