计算机组成原理-模型机综合实验

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1、一.实验设计方案实验序号实验名称基本模型机实验实验时间2014年11月19日实验室睿智4—3031.实验目的1、在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的难础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基木模型计算机；2、本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机凋试运行，形成整机概念。3、在原有程序的基础上修改一条指令和增加两条指令。2.实验原理、实验流程或装置示意图1、实验内容：根裾模型机的指令系统，编写相应的微程序，并上机调试运行，观察并id录结果。2、实验原理：在第一部分的单元实验中，所有的控制信号是人为用SWTTCH单元产生的，但

2、是在实际的CPU中，所有的控制信号都是由CPU自动产生的。所以在本次实验中我们用微程序来控制，自动产生各部件单元控制倌号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将山微程序控制器來完成，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段微程序。木实验设计了五条机器指令，K•指令格式如下：助记符机器指令码说明1N00000000输入，“INPUT”设备中的开关状态一KOADDaddr00010000xxxxxxxx二进制加法,R0+[addr]->R0STAaddr00100000

3、xxxxxxxx存数，R0-*[addr]OUTaddr00110000xxxxxxxx输出，[addr]-BUSJMPaddr01000000xxxxxxxx无条件转移，addr—PC机器指令码的前4位为操作码。其中IN为单字长,其余为双字长指令,XXXXXXXX为addr对应的二进制地址码。为了昀RAM屮装入程序和数据，检杏写入是否正确，丼能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作微程序。存储器读操作(READ)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“00”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。存储器写操作(WRIT

4、E)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA设置为“01”吋，按START微动开关可对RAM进行连续手动写入。启动程序(RUN):拨动总清开关CLR后,控制台开关SWB、SWA设置为“11”时,按START微动开关，即讨转入到笫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，K•定义如下：SWBSWA控制台命令00读内存(READ)01写内存(WRITE)启动祝序运行（RUN）根据以上要求设计数据通路框图，如图2-1。微代码定义如表2-1所示.地址总线T4ARIldarPC-GT4DR1LDD

5、R1

6、RO-GROLDRoJlddrJDR2PCLOADLl1LDPC数椐总线WE图2-1数据通路框图WESW-C表24基本模型机微指令结构图微程序2423222120191817161514131211109876543控制信号S3S2S1SOMCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2八字段B字段P字段151413控制信号121110控制信号987控制信号000000000001LDRT001RSG001Pl010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALUG101110

7、LDAR110PCG110LDPC系统涉及到的微程序流程见图2-2,当拟定“取指令”微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的测试结來出现多路分支。本机用指令寄存器的高4位（17—14操作码）作为测试条件，出现5路分支，占川5个固定微地址单元。控制台操作为P4测试，它以控制台开关SWB、SWA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，剩下的艽它地方就nJ•以一条微指令占用一个微地址单元随意填写。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表2-

8、2即为将图2-2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2-2二进制代码s;-f,fuys»r¥fxtJ•Mpi^>c丨cl—丨夕V.P0C?Ipt>pf(?£?€?Jr^-eT?夕C?6P^I!0rdr9Ir

9、Ii1K1Ifn-If~IXVt-久—,