计算机组成原理课程设计基本模型机的设计与实现第

计算机组成原理课程设计(基本模型机的设计与实现(第1组))沈阳工程学院课程设计设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23指导教师王健、李贞职称讲师、教授起止日期：2008年12月

沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：基本模型机的设计与实现（第1组）系别信息工程系班级计本061学生姓名刘根虎、都子卿、吴长鑫学号9、11、23指导教师王健、李贞职称讲师、教授课程设计进行地点：计算机组成原理实验室任务下达时间：2008年12月5日起止日期：2008年12月教研室主任李贞2008一、课程设计的原始资料及依据查阅有关计算机组成原理的教材、实验指导书等资料，进一步熟悉微程序控制器原理，微指令的设计方法。在掌握运算器、存储器、微程序控制器等部件的单元电路实验的基础上，进一步将各部件组成系统，构造一台基本模型计算机。为给定的机器指令编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。二、课程设计主要内容及要求1．认真阅读资料，掌握给定的机器指令的操作功能。2．分析并理解数据通路图。3．根据数据通路图画出给定的机器指令的微程序流程图。4．根据微指令格式编写每条机器指令对应的微程序，形成“二进制微指令代码表”。5．全部微程序设计完毕后，将微程序中各个微指令正确地写入E2PROM芯片2816中。6．进行机器指令程序的装入和检查。7．运行程序，检查结果是否和理论值一致。8．IN、ADD、JMP指令为必做指令，另外新定义1条机器指令重复上述过程。各组要求新定义的机器指令如下：设计组编号机器指令助记符操作功能说明设计组编号机器指令助记符操作功能说明1AND[addr]R0AND[addr]->R06NOT[addr]2OR[addr]R0OR[addr]->R07DEC[addr][addr]-1->R03XOR[addr]R0XOR[addr]->R08LOD[addr][addr]->R04SUB[addr]R0-[addr]->R09DECRR0-1->R05ROA[addr]9．STA和OUT指令为选做指令，供有能力的学生完成。10．记录出现故障的现象，并对故障进行分析，说明排除故障的思路及故障性质。11．独立思考，认真设计。遵守课程设计时间安排。12．认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。三、对课程设计说明书撰写内容、格式、字数的要求1．课程设计说明书是体现和总结课程设计成果的载体，主要内容包括：设计题目、设计目的、设备器材、设计原理及内容、设计步骤、遇到的问题及解决方法、设计总结、设计小组评语、参考文献等。一般不应少于3000字。2．在适当位置配合相应的实验原理图、数据通路图、微程序流程图、实验接线图、微指令代码表等图表进行说明。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3．设计总结部分主要写本人设计期间所做工作简介、得到了哪些设计成果、以及自己的设计体会，包括通过课程设计有何收获，程序有哪些不足之处，哪里遇到了困难，解决的办法，以及今后的目标。设计小组评语处注明设计组编号、设计组组长、设计组成员，并由设计组组长给出评语。评语包括该同学主要完成了哪些任务，课程设计期间的表现和态度如何，组长自己的评语由小组其他成员集体讨论后写出。4．课程设计说明书手写或打印均可，具体要求如下：手写时要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时采用A4纸，页边距均为20mm，章标题(如:2设计原理及内容)和目录、摘要、参考文献、设计小组评语等部分的标题用小三号黑体，上下各空1行，居中书写；一级节标题(如:2.1设计原理)采用黑体四号字，二级节标题(如:2.1.1数据通路)采用黑体小四号字，左对齐书写。正文采用宋体小四号字，行间距18磅，每个自然段首行缩进2个字。图和表的要有编号和标题，如：图2.1数据通路图；表1.1机器指令表。图题与表题采用宋体五号字。表格内和插图中的文字一般用宋体五号字，在保证清楚的前提下也可用更小号的字体。英文字体和数字采用TimeNewRoman字体，与中文混排的英文字号应与周围的汉字大小一致。页码用五号字，在每页底端居中放置。5．课程设计说明书装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献、设计小组评语。在左侧用订书钉装订，不要使用塑料夹。四、设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求1．完成“基本模型机”中指定机器指令的操作功能，运行稳定。2．撰写课程设计说明书。五、时间进度安排顺序阶段日期计划完成内容备注1第1天（12月8日）阅读资料、系统分析设计2第2天（12月9日）系统分析设计、微程序编制3第3-4天（12月10日-11日）微程序输入、调试及运行4第5天（12月12日）基本模型机运行验收按组号验收5第6-7天（12月13日-14日）撰写课程设计说明书六、主要参考资料（文献）[1]王健、王德君.计算机组成原理实验指导书.沈阳工程学院,2005[2]白中英.计算机组成原理(第4版).北京:科学出版社,2007[3]蒋本珊.计算机组成原理.北京:清华大学出版社,2004[4]唐朔飞.计算机组成原理.北京:高等教育出版社,2000沈阳工程学院课程设计报告沈阳工程学院计算机组成原理课程设计成绩评定表系（部）：信息工程系班级：计本061学生姓名：刘根虎、都子卿、吴长鑫指导教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作。0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计指导教师签名：年月日评阅教师评审意见评价内容具体要求权重评分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以4）分加权分合计评阅教师签名：年月日答辩小组评审意见评价内容具体要求权重评分加权分学生汇报汇报准备充分，思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确，有层次，有重点，基本上反映了所完成任务的全部内容；时间符合要求。0.55432答辩思路清晰；回答问题有理论依据，基本概念清楚；主要问题回答准确，深入，有说服力。0.55432答辩小组评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计答辩小组教师签名：年月日课程设计总评成绩分PAGEI摘要“计算机组成原理”讲授单处理机系统的组成和工作原理，他涉及的知识面非常广，内容包括中央处理器、指令系统、存储系统、总线和输入输出系统等方面，内容抽象难于理解。借助于“计算机组成原理”实验系统，学生通过实验环节，可以进一步融会贯通学习内容，掌握计算机各模块的工作原理，相互关系的来龙去脉。计算机的指令系统是由一系列的机器指令组成的。指令就是计算机执行某种操作的命令。从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令。微指令是微程序级的命令，属于硬件；宏指令是由若干条机器指令组成的软件指令，属于软件；机器指令是介于微指令与宏指令之间，通常称为指令，每一条机器指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算操作。本系统采用TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统搭建电路图，从而在实验箱上实现一指令系统。该系统在基本模型机的基础上改进并实现IN,STA,OUT,加ADD，跳转JMP，AND与等6条指令的功能。关键词：计算机组成原理；微指令；机器指令；基本模型机目录摘要 I1需求分析 -1-2概要设计 -2-2.1设计题目 -2-2.2设计目的 -2-2.3实验器材 -2-2.4设计内容 -2-2.4.1实验原理 -2-2.4.2数据通路图 -3-2.4.3设计流程 -4-2.4.4设计内容 -10-2.5设计步骤 -10-3详细设计 -13-3.1系统需求分析述 -13-3.2系统目标 -13-3.3功能分析 -13-4遇到的问题及解决方法 -14-设计总结 -15-致谢 -16-设计小组评语 -17-参考文献 -18-沈阳工程学院课程设计报告1-1需求分析一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。计算机的指令格式与机器的字长、存储器的容量及指令的功能都有很大的关系。从便于程序设计、增加基本操作并行性、提高指令功能的角度来看，指令中应包含多种信息。但在有些指令中，由于部分信息可能无用，这将浪费指令所占的存储空间，并增加了访存次数，也许反而会影响速度。因此，如何合理、科学地设计指令格式，使指令既能给出足够的信息，又使其长度尽可能地与机器的字长相匹配，以节省存储空间，缩短取指时间，提高机器的性能，这是指令格式设计中的一个重要问题。计算机是通过执行指令来处理各种数据的。为了指出数据的来源、操作结果的去向及所执行的操作，一条指令必须包含下列信息：⑴操作码。它具体说明了操作的性质及功能。一台计算机可能有几十条至几百条指令，每一条指令都有一个相应的操作码，计算机通过识别该操作码来完成不同的操作。⑵操作数的地址。CPU通过该地址就可以取得所需的操作数。⑶操作结果的存储地址。把对操作数的处理所产生的结果保存在该地址中，以便再次使用。⑷下条指令的地址。执行程序时，大多数指令按顺序依次从主存中取出执行，只有在遇到转移指令时，程序的执行顺序才会改变。为了压缩指令的长度，可以用一个程序计数器（ProgramCounter，PC）存放指令地址。每执行一条指令，PC的指令地址就自动+1（设该指令只占一个主存单元），指出将要执行的下一条指令的地址。当遇到执行转移指令时，则用转移地址修改PC的内容。由于使用了PC，指令中就不必明显地给出下一条将要执行指令的地址。一条指令实际上包括两种信息即操作码和地址码。操作码（OperationCode，OP）用来表示该指令所要完成的操作（如加、减、乘、除、数据传送等），其长度取决于指令系统中的指令条数。地址码用来描述该指令的操作对象，它或者直接给出操作数，或者指出操作数的存储器地址或寄存器地址（即寄存器名）。2概要设计2.1设计题目基本模型机的设计与实现2.2设计目的1.掌握机器指令与微程序的对应关系。2.掌握机器指令的执行流程。3.掌握机器指令的微程序的编制、写入。4.在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将组成系统，构成一台基本模型计算机。5.为其定义六条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试，掌握整机概念。2.3实验器材TDN-CM计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。2.4设计内容2.4.1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，如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。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段微程序。本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关(DATAUNIT)，它作为输入设备；另一种是发光二极管(BUSUNIT上的一组发光二极管)，它作为输出设备。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管显示。本次设计采用六条机器指令；IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），AND(与运算)，得指令格式表（前4位为操作码），如表2-1所示。表2-1指令格式助记符机器指令码说明IN00000000“DATAUNIT”中的开关状态->R0ADDaddr00010000xxxxxxxxR0+[addr]->R0STAaddr00100000xxxxxxxxR0->[addr]OUTaddr00110000xxxxxxxx[addr]->BUSJMPaddr01000000xxxxxxxxAddr->PCAND[addr]01010000xxxxxxxxR0AND[addr]->R0其中IN为单字长（8位），其余为双字长指令，xxxxxxxx为addr对应的二进制地址码。微控器读取一条机器指令后，将通过如下的逻辑电路，对SE1～SE5中的某一位或者几位激活，从而实现机器指令与微程序的对应。当然，该逻辑电路还能接收外部控制输入SWA、SWB，内部状态输出FC、FZ等信号，并对这些信号给出相应的输出。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“00”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为“01”时，按START微动开关，可对RAM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为“11”时，按START微动开关，即可转入到第01号“取指”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，得SWB、SWA定义表，如表2-2所示。表2-2SWB、SWA定义表SWBSWA控制台指令00读内存（KRD）01写内存（KWE）11启动程序（RP）2.4.2数据通路图实验系统的数据通路图，如图2.1所示。图2.1数据流程图注意：①片选信号CE=0为有效电平，CE=1为无效电平。②WE=1为写入，WE=0为读出。③LOAD和LDPC同时为“1”时，可将总线上的数据装入到PC中，LDPC为“1”，同时LOAD为“0”时，将PC中的内容加1。④M=0为算术运算，M=1为逻辑运算。⑤CN=0表示运算开始时低位有进位，否则低位无进位。图2.1中包括运算器、存储器、微控器、输入设备、输出设备以及寄存器。这些部件的动作控制信号都有微控器根据微指令产生。需要特别说明的是由机器指令构成的程序存放在存储器中，而每条机器指令对应的微程序存储在微控器中的存储器中。三个控制台操作微程序的流程图，如图2.2所示。图2.2控制台操作微程序流程图控制台操作为P(4)测试，它以控制台开关SWA、SWB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，剩下的其他地方就可以一条微指令占用控制存储器一个微地址单元随意填写。当设计“取指”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共微指令，因此P(1)的测试结果出现多路分支。本机器用指令寄存器的前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。2.4.3设计流程1．微指令格式微指令字长共24位，其控制顺序图，如图2.3所示。图2.3微指令格式图其中UA5~UA0为下一条微指令微地址，A、B、C为三个译玛字段，分别由三个控制位译码出多种不同控制信号。A字段中的LDRi为打入工作寄存器信号的译码器使能控制位。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。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。AR为算术运算是否影响进位及零标志位控制位，其为2.微程序流程图0020(SW)PC0020(SW)PCP(4)PCARPC+1(SW)BUSBUSRAM24PCARPC+1RAMBUS2120221KWE(01)RP(11)KRD(00)KTPCPCARPC+1SWR040PCARPC+141PCARPC+142PCARPC+144RAMBUSBUSAR52R0BUSBUSRAM53RAMBUSBUSAR54RAMBUS55RAMBUSBUSAR46RAMBUSBUSDR247R0DR150DR1+DR2R051PCARPC+145RAMBUSBUSAR57R0DR161DR1.DR2R062RAMBUSBUSDR26043RAMBUSBUSPC56123PCARPC+1RAMBUSBUSIR25译码4023INADDSTAOUTJMPAND图2.4微程序流程图3.微程序根据流程图，设计各机器指令的微程序表，如表2-3所示。表2-3各机器指令的微程微地址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微程序执行顺序强制改变原理：微控器读取一条机器指令后，将通过如下的逻辑电路，对SE1～SE5中的某一位或者几位激活，从而实现机器指令与微程序的对应。当然，该逻辑电路还能接收外部控制输入SWA、SWB，内部状态输出FC、FZ等信号，并对这些信号给出相应的输出。得微程序地址转移电路图，如图2.5所示。图5微程序地址转移电路注：FC：进位标志FZ：0标志SWA、SWB存储器读写控制标志P（1）～P（4）：微指令C字段译码输出结果I2～I7：机器指令第2位～第7位。根据该逻辑电路图，得SE1～SE5的逻辑表达式如下：（1）（2）（3）（4）（5）由这些逻辑表达式可知：①由于P（1）～P（4）微指令中C字段译码后的部分输出，所以它们至多有一个有效（低电平）。②当P（1）有效时，在T4时刻，可以通过对I4～I7置“1”，使对应的SE1～SE4有效（低电平）。③当P（2）有效时，在T4时刻，可以通过对I2～I3置“1”，使对应的SE1～SE2有效（低电平）.④当P（3）有效时，在T4时刻，标志位FZ或者FC有效（高电平）使SE7有效（低电平）。⑤当P（4）有效时，在T时刻，外部输入控制信号SWA或者SWB有效（高电平），使SE1～SE2有效（低电平）。如图2.2所示，后继地址是由6片正沿触发的双D触发器（74）构成，它们带有清“0”和置“1”端，可以让CLR有效（低电平）使MA0～MA5置0，也可以让SE1～SE5有效（低电平），使对应的触发器置1。在微程序的运行过程中，在T2时刻，将当前运行的微指令中的µA5～µA0置入对应的触发器中，作为下条执行微指令的地址，如果在T2后的T4时刻，可能会使SE1～SE5中的某一位或者几位有效，将强制的置对应触发器为“1”，从而改变由µA5～µA0指定的微地址，改变微程序执行流程。得后继地址逻辑图，如图2.6所示。图2.6后继地址逻辑图注：CLR：清零信号T2：时钟信号µA5～µA0：对应微指令中µA5～µA0微程序微控器的00单元内容表，如表2-4所示。表2-4微程序微控器的00单元内容表微地址S3S2S1S0MCNWECELDPCABCUA5UA000000000011101110100010000计算机启动后，微控器从微程序存储器的第一个单元（00）处读取微指令，该微指令中的C字段值为“100”，该值的译码结果使P（4）有效，而µA5～µA0的值“010000”当SWA有效，SWB无效，对应的取值组合为（01），将使SE1的值有效，由图1可知，SE1有效将使MA0的输出将变为“1”。而MA1～MA5的值为µA1～µA5的输入，所以微控器中下条执行的微指令地址为“010001”当SWA无效，SWB无效，对应的取值组合为（00），不会使SE1及SE2值有效，由图1可知，MA0～MA5的值为µA0～µA5的输入，则下条执行的微指令地址为“010000”当SWA有效，SWB有效，对应的取值组合为（11），会使SE1及SE2值都有效，由图1可知，SE1有效将使MA0的输出将变为“1”，SE2有效将使MA1的输出将变为“1”，MA2～MA5的值为µA2～µA5的输入，则下条执行的微指令地址为“010011”计算机启动后，微程序流程将按图2.4所示流程运行，由上面分析可知，当SWA、SWB都有效时，微程序转入图4所示流程。微程序存储器中20、22单元的内容。存储器读写控制信号，当存储器片选信号有效时，微指令中“WE”字段的值决定了对存储器的读写操作。当“WE”为0时，对存储器读，当“WE”为1时，对存储器写。01单元中微指令中的A、B、C字段的值分别为“110”、“111”、“000”，由译码规则可知将会产生“LDAR”信号、“PC-B”信号，由数据通路图可知，这2个信号将会选通PC所指的存储器单元，同时将PC＋1。同时该微指令的µA5～µA0的值为“000010”，由图2.1和图2.02单元中微指令中的A字段的值为“100”，将产生LDIR信号。WE信号“0”，将会发出WR信号。CE的值为“0”，将会使存储器的CE有效。这几个信号的配合将会把PC所指单元的机器指令读入机器指令寄存器IR中。B字段的值为“000”，不产生控制信号。C字段的值分别为“001ADD：00010000STA：00100000OUT：00110000当读取的机器指令为STA时，由逻辑表达式（4）可知，将会使SE2有效。由图2.5可知，SE2将会使MA1输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“001010”当读取的机器指令为ADD指令时，由逻辑表达式（5）可知，将会使SE1有效。由图2.5可知，SE1将会使MA0输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“001001”（11），从而转向ADD指令对应的微程序。当读取的机器指令为OUT指令时，由逻辑表达式（4）、（5）可知，将会使SE1、SE2有效。由图5可知，SE1、SE2将会使MA0、MA1输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“001011”（13），2.4.4设计内容本实验系统的指令寄存器（IR）：本实验系统的指令寄存器（IR）：指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当前执行一条指令时，先把它从地址码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试P（1），通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”（实验板上标有“INSDECODE”有芯片）根据指令中的操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址。本系统使用两种外部设备，一种是二进制代码开关，它作为输入设备（DATAUNIT）；另一种是发光二极管，它作为输出设备（BUSUNIT上的一组发光二极管）。例如：输入时，二进制开关数据直接经过三态门送到总线上，只要开关状态不变，输入阻抗的信息也不变。输出时，将输出数据送到数据总线BUS上，驱动发光二极管显示。得到机器指令程序及数据存放地址表，如表2-6所示。表2-6机器指令程序及数据存放地址表地址内容助记符说明0100000000000000IN"DATAUNIT"-->R00100000100010000ADD[4B]R0+[4B]-->R001000010010010110100001100100000STA[4D]R0-->[4D]01000100010011010100010100110000OUT[4D][4D]-->BUS01000110010011010100011101000000JMP49H49H-->PC01001000010010010100100101010000AND[4C]R0.[4C]-->R001001010010011000100101100000001内容可自定0100110000000010内容可自定01001101求和结果2.5设计步骤1．仿照表2-6设计各条机器指令代码及数据，并为指令和数据分配存储地址。2．根据每条机器指令的功能，为每条机器指令画出微程序流程图，并为其中的每条微指令分配地址。3．将画出的微程序流程图中每一CPU周期的微操作转化成二进制代码。4．按图2.7连接实验线路，仔细查线路无误后接通电源。5．写程序⑴按如下步骤讲微代码写入微控器中的存储器2816中：将编程开关置为PROM（编程）状态。将实验板上“STATEUNIT”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MK24－MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量置为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。启动时序电路（按动启动按钮“START”），即将微代码写入到2816的相应地址对应的单元中。重复①－⑤步骤，将微代码写入2816中。图2.7试验接线图⑵按如下步骤校验微代码将编程开关置为READ（校验）状态。将实验板上“STATEUNIT”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。启动时序电路（按动启动按钮“START”），读出微代码。观察显示灯MD24－MD1的状态（灯亮为“0”，灭为“1”），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=3\*GB3③）即可。⑶使用控制台KWE和KRD微程序进行机器指令程序的装入和检查。①使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。②拨动总清开关CLR（0->1），微地址寄存器清零。此时用“DATAUNIT”单元的8位二进制开关给出要写入RAM区的首地址，控制台SWA、SWB开关置为“10”，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，按动一次START键，即完成该条指令的写入。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，只有在微地址灯显示③写完程序后须进行校验。拨动总清开关CLR（0->1）后，微地址清零。此时用“DATAUNIT”单元的8位二进制开关置要读的RAM区的首地址，控制台开关SWA、SWB为“00”，按动启动START，微地址灯显示“010000”，再按动START，微地址灯显示为“010010”，第三次按START，微地址灯显示为“010000”6．运行程序⑴单步运行程序①使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。②拨动总清开关CLR（0->1），微地址清零。③将“DATAUNIT”的8位数据开关（D7——D0）设为设置好的机器指令首地址（40H）。④按动START键，单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。⑤当运行结束后，可检查存数单元（4B）中的结果是否和理论值一致。⑵连续运行程序①使“STARTUNIT”中的STEP开关置为“EXEC”状态，STOP开关置为“RUN”状态。②将“DATAUNIT”的8位二进制开关设置为机器指令程序首地址（40H），然后按动START，系统连续运行程序，稍后将STOP拨至“STOP”时，系统停机。③停机后，可检查存数单元（4C）结果是否正确。7．设计新的机器指令在上述设计任务正确完成后，根据前面的设计原理和步骤，为该基本模型机设计一条新机器指令，在设计中我们设计了NXOR指令，微程序流程图和转化的二进制代码，在前面已和其它指令连接在一起一并执行。最终程序运行正确无误，无任何异常反应。结果存放在4CH单元中，经过手动运算与存储器中的结果完全相同。3详细设计3.1系统需求分析述一台计算机所能执行的各种指令集合称为指令系统或指令集。一台特定的计算机只能执行自己指令系统中的指令。因此，指令系统就是计算机的机器语言。指令系统表征着计算机的基本功能和使用属性，它是计算机系统设计中的核心问题。指令系统的设计主要括指令功能、操作类型的设计，寻址方式和指令格式的设计。计算机的性能与它所设置的指令系统有很大的关系，指令系统反映了计算机的主要属性，而指令系统的设置又与机器的硬件结构密切相关。指令是计算机执行某种操作的命令，而指令系统是一台计算机中所有机器指令的集合。通常性能较好的计算机都设置有功能齐全、通用性强、指令丰富的指令系统，而指令功能的实现需要复杂的硬件结构来支持。3.2系统目标在基本模型机的基础上改进并实现IN,ADD,STA,OUT,JMP,AND等6条指令的功能。3.3功能分析该系统实现的功能是对输入的数据可以和内存中的数据进行连续的与或非逻辑运算，并对其结果进行存储，显示等功能，从而得到一个简易的复杂模型机所实现的功能。4遇到的问题及解决方法问题：怎么根据数据流图画微程序流程图？方法：在网上和图书馆找资料，查询他们之间的转化工程和原理。读懂数据流程图后，根据它的原理就可以画出微程序流程图。2.问题：流程图画好后，怎么定义每一块的微地址和经过P(1)测试后算出下一条微指令的微地址？方法：请教老师，老师为我们做了详细的讲解。根据微程序地址转移电路，就可以得到P(1)测试后下一条微指令的地址，剩的微地址自己定义。问题：微指令在编的工程中应该注意什么？方法：请教老师，老师为我们做了详细的介绍。在写微指令时，没有用到的位置0，注意A、B、C字段的值，根据微程序流程图编写微指令。问题：按照实验5写存储完微指令后，根据课程设计指导书上的内容写完机器指令后，在调试的过程中，主控的流程不对？方法：仔细检查自己写的微指令，P(4)判断没写，写后问题就解决了。问题：SWA和SWB状态设为启动程序时，程序并没有按流程走？方法：检查输入的机器指令，输入的有问题，改正后，问题就解决了。问题：在断过一次电后，程序混乱？方法：请教老师，老师为我们讲解了其中的原理。断电后，存在RAM中的机器指令会不见，还有就是微指令的首条指令会被该掉。从输入机器指令后，再改正完微指令的首地址后，问题就解决了。问题：在单步运行时，不知道怎么看自己的结果对不对？方法：和同学讨论，第一看总线上面的二极管显示和程序上送往总线上的数对不对，第二就是检查微地址显示的对不对。问题：在单步运行的时候，解决不对？方法：检查自己的微指令，微指令有几条写的不对，改正后，问题就解决了。沈阳工程学院课程设计报告设计总结这次我们一组做的题目是基本模型机,这个模型机需要包括输入INT、输出OUT、存数STA、加ADD、跳转JMP、与AND这六个运算,我们实训在实验课阶段已经安排了关于简单模型机的学习,所以我们对设计充满了好奇。老师给我们讲授了基本的实训课时分配,我觉得原理很清晰,我们需要将相应的机器指令码设计出来,通过计算机程序将其输入到连接好的实验箱上去,关于从SN~UA0的24位二进制代码,我学习过基本模型机指令结构图,了解到微地址是以八进制来设计的,S3~CN是逻辑算术运算,WE=1时代表写,WE=0时代表读,UA5~UA0代表下址这些知识虽然很简单,但确实是我规划主程序流程图的最重要依据,关于A字段,B字段,P字段,从指导书上的对应意义可以轻松的得出。关于机器指令程序阶段的部分,对我来说是最难的部分,按照我先设计的流程图将相应的地址的内容准确的告诉给实验箱,一切衔接起来让我觉得这个实训很有趣味,中间走了很多弯路,当我们请教王老师问题时，老师很细心的给我们讲解,很清晰,很明了,我们很庆幸有他做我们的指导老师。