计算机组成原理简单模型机实验.doc

实验四 简单模型机实验1.1实验目的1）将微程序控制器模块通过总线同运算器模块、存储器模块联机，组成一台模型计算机；2）用微程序控制器控制模型机数据通路；3）通过CPU运行5条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立机器的整机概念。1.2电路图本次实验用到前几次实验所有电路，将几个模块组成一台简单计算机，由微程序控制器控制数据通路，实现cpu从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一个指令周期，由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一个微程序。图1 电路图1.3 实验原理（1）PC计数器初始值为“0”，微程序默认从00地址开始执行，产生控制信号，使PC的地址通过ABUS将送到存储器（6116）的地址锁存器AR中， PC=PC+1;（2） 读出存储器中存放内容,通过DBUS送到IR指令寄存器中，实现指令译码，指令的操作码送至微程序控制器的程序跳转控制部分，在P(1)的控制下与微程序中储存的下一条指令地址进行逻辑运算，产生真正的下一条微程序地址；（3）在微程序的控制下单步执行微指令序列。1.4 微指令格式表1 微指令格式位23222120191817161514131211109876543210控制信号S3S2S1S0M-Cn-CEWELOADLDR0LDDR1LDDR2LDIRLDPCLDAR-ALU_BUS-PC_BUS-SW_BUS-RO_BUSP(1)uA3uA2uA1uA01.5 微程序流程图：图2 微程序流程图1.6微程序代码表位23 22 21 20 19 1817161514131211109876543210微地址S3 S2 S1 S0 M -CN-CEWELOADLDR0LDDR1LDDR2LDIRLDPCLDAR-ALU_B-PC_B-SW_B-RO_BP(1)uA3uA2uA1uA00 00000011010000111011000010 10000010010001001111110000 20000010010000011111000110 30000010010010001111001000 40000011010100001110001010 51001001011000000111000000 60000010010000011111001110 70000010110000001110000001 00000011011000001101000001 10000011010000111011000101 20000011010000111011001101 30000011010000111011011011 40000011010000111011011111 50000010010000101111011101 60000011010000001111000001 70000010000000101111000001.7 数据通路总体图图3 数据通路总体图五条机器指令格式(其中，A为内存地址8bit)：IN000XXXXX8bitADD001XXXXX A16bitSTA010XXXXX A16bitOUT011XXXXX A16bitJMP100XXXXX A16bitRAM中装入的程序和数据(其中，地址为8进制)：地址内容含义0000000000IN（开关数据自定）0100100000ADD0200001010120301000000STA0400001011130501100000OUT0600001011130710000000JMP10000000000011121000001113求和结果1.8 实验任务及步骤（1）实验连线：本次实验大部分的连线已由教师完成，请同学们对照微指令格式，完成微程序控制器的剩余部分连线。（2）实验环境初始化：实验平台通电前请关闭DR1（74ls273），DR2（74ls273）,存储器（6116）的地址锁存器（74ls273），微程序控制器的地址锁存器（74ls175）的自动清零功能，将几个芯片的-MR引脚置为“1”。时钟发生器的功能设定为单步执行，具体信号为：STOP=0，STEP=1。（3）加电运行初始化：指令寄存器IR自动清零，程序计数器PC手动清零，将两片74ls163的ENT,ENP引脚置“1”，-CR引脚置“0”，打开三态门开关，给单步时钟脉冲；程序计数器PC设定为单步技术功能，并交由微程序控制，将-CR引脚置“1”，关闭三态门开关；关闭指令寄存器IR清零功能，交由微程序控制，将-MR设为“1”。 （4）在seq