1、基 本 模 型 機 設 計設計目的在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其組成系統構造一臺稍微復雜的模型 計算機；為其定義5條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調試掌握整機概念設計內容部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產生的，而本次實驗將能在微 程序控制下自動產生各部件單元控制信號，實現特定指令的功能，這里，計算機數據通 路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結束的一 個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序。概要設計為了向RAM中裝入程序和數據，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設計三 個控制臺操作微程序

2、.存儲器讀操作:撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB,SWA為”0 0”時，按START微 動開關，可對RAM連續(xù)手動讀操作.存儲器寫操作:撥動總清開關CLR后,控制臺開關SWB SWA置為”0 1”時，按START 微動開關可對RAM進行連續(xù)手動寫入.啟動程序:撥動總清開關CLR后,控制臺開關SWB SWA置為“1 1”時，按START微 動開關，既可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行.上述三條控制臺指令用兩個開關SWB SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下表3-1讀寫變化SWBSWA控制臺指令00讀內存（KRD）01寫內存（KWE）11啟動程序（RP）根據以上要素設計數據通路框圖，如圖

3、3-1：表3-2微代碼的定義微程序2423222120-19181716151413控制信號S3S2S1S0MCNRDM17M16A121110987654321BPuA5uA4uA3uA2uA1uA0表3-3 A, B, P字段內容A字段B字段P字段151413控制信號121110控制信號987控制信號000.000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010010011LDDR2011011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC當擬定“取指令”微指令時，該微指令的判別測試字段為P1測試。由于“取指”

4、微 指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1測試結果出現多路分支。本次課程設計 用指令寄存器的前4位（I7-I4）作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定微地址單J元。控制臺操作為P4測試，它以控制臺開關SWB，SWA作為測試條件，出現了 3路分支， 占用3個固定微地址單元。當分支微地址單元固定后，剩下的其他地方就可以一條微指 令占用控存一個微地址單元隨意填寫?？刂婆_0020WRITE ( 01 )READ(00)RUN(11)222030o流幽27表3-4二進制微代碼表微地址S3CNRDM17 M16ABPuA5uA0000 0 0 00 001 10 0 00 0 01 0 00 1

5、0 00 0010 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 01 0020 0 0 00 000 11 0 00 0 00 0 10 0 1 00 0030 0 0 00 000 11 1 00 0 00 0 00 0 0 10 0040 0 0 000 10 1 10 0 00 0 00 0 0 10 00 1050 0 0 00 001 10 1 00 0 10 0 00 0 0 11 0061 0 0 10 101 10 0 11 0 10 0 00 0 0 00 1070 0 0 00 000 11 1 00 0 00 0 00 1 0 11 0100 0 0

6、 00 000 00 0 10 0 00 0 00 0 0 00 1110 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0120 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1130 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 0 1 11 0140 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 11 0150 0 0 00 010 10 0 00 0 10 0 00 0 0 00 1160 0 0 00 000 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1170 0 0 000 10 1 00 0 00 0 00

7、 1 0 10 00 1200 0 0 00 001 11 1 01 1 01 1 00 1 0 01 0210 0 0 00 001 11 101 1 01 1 00 1 0 10 0220 0 0 00 000 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1230 0 0 00 001 10 0 00 0 00 0 00 0 0 00 1240 0 0 00 000 00 1 00 0 00 0 00 1 1 00 0250 0 0 00 111 00 0 01 0 10 0 00 0 0 00 1260 0 0 00 010 10 0 00 0 10 0 00 0 0 00 1270 0

8、 0 00 111 00 0 01 0 10 0 00 1 0 00 0300 0 0 00 110 10 0 01 0 10 0 00 1 0 00 1四.詳細設計上圖為本實驗的連線圖測試數據及運行結果正常測試數據（3組）及運行結果；輸入：03 結果：04輸入：02 結果：03輸入：07 結果：08調試情況，設計技巧及體會經過這次課程設計，我體會到自己所學的東西太少了，很多都不知道。雖然這次設 計的只是一個小程序，但是這其間我還是學到了不少東西。在這次課程設計的過程，有 些很基本的知識出現記混淆的現象，通過查書及詢問同學，最終明白了。本次課程設計我們要設計一臺微程序控制的模型機，以對計算機能

9、有一個整機的概念, 完成對計算機組成原理這門課程的綜合應用，達到學習本書的作用。作為一個計算機系學生這是必需掌握的，使我們對數據選擇器，移位器，加法器，運算器，存儲器和微程 序控制器，有了比較透徹的認識。由于計算機設計的部件較多，結構原理較復雜，對于我們這樣的初設計者來說感到無 從下手，所以我們在整個過程中采取由淺入深，由簡單到復雜的放法，通過這次設計， 使我們能清楚的了解計算機的基本組成，基本原理和設計步驟，設計思路和調試步驟， 最終能清晰的建立起整機概念，為獨立完成計算機設計奠定了基礎。參考文獻計算機組成原理實驗指導書西安郵電學院計算機系 邢高峰牛曉晨 王勁松計算機組成原理白中英 科學出版

10、社附錄：源代碼（電子版）本實驗采用5條指令實現加1操作，設計機器指令如下：地址? ？內容?助記符?說明0000；輸入開關數據-R0,米集數據0110R0+0AHfR0020A；地址0320T0BH040B；地址05300BH -BUS，輸出顯示060B；地址0740一pc0800；地址090A010BINADD0AH；STA0BH； R0OUTOBH；JMP08H； OOH;自定 求和結果復雜模型機的設計設計目的在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其組成系統構造一臺復雜的模型計 算機；在基本指令的基礎上，進行擴充指令并編寫相應的微程序，具體上機調試掌握整 機概念設計內容設計一個必須包含IN

11、、OUT、STA、ADD、JMP指令的復雜指令模型機，指令種類自己 決定，至少包括5條。部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產生的，而 本次實驗將能在微程序控制下自動產生各部件單元控制信號，實現特定指令的功能，這 里，計算機數據通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到 指令執(zhí)行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一 個微程序。概要設計為了向RAM中裝入程序和數據，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設計三 個控制臺操作微程序.存儲器讀操作:撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB,SWA為”0 0”時，按START微 動開關

12、，可對RAM連續(xù)手動讀操作.存儲器寫操作:撥動總清開關CLR后,控制臺開關SWB SWA置為”0 1”時，按START 微動開關可對RAM進行連續(xù)手動寫入.啟動程序:撥動總清開關CLR后,控制臺開關SWB SWA置為“1 1”時，按START微 動開關，既可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行.上述三條控制臺指令用兩個開關SWB SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下表3-1讀寫變化SWBSWA控制臺指令00讀內存（KRD）01寫內存（KWE）11啟動程序（RP）根據以上要素設計數據通路框圖,如下圖所示:微程序：$M00018108$M1101ED85$M0101ED82$M1201ED8D$M

13、0200C050$M1301EDA6$M0300A004$M173D9A01$M0400E0A0$M1901A22A$M0500E006$M1A01B22C$M0600A007$M1B01A232$M0700E0A0$M1C01A233$M0801ED8A$M1D01A236$M0901ED8C$M1E318237$M0A00A03B$M1F318239$M0B018001$M2205DB81$M0C00203C$M230180E4$M0D00A00E$M2595AAA0$M0E01B60F$M2600A027$M0F95EA25$M2701BC28$M1001ED83$M2895EA29四1

14、.$M2995AA0$M2A01B42B$M2B959B41$M2C01A42D$M2D65AB6E$M2E0D9A01$M2F01AA30$M300D8171$M31959B41詳細設計實驗的連線圖$M32019A01$M3301B435$M3405DB81$M35B99B41$M360D9A01$M3919883A$M3A019801$M3B070A08$M3C068A09P(4)RO-BREG UNITli ooTS2TS1H24I I IKI TT?L UNITAUJ3 ILDDR1LDDR2ALUBLDDR1LDDR2ALU-BP(4)LDIPITB7|B0LDR0LDR1RS-B

15、ldar LOADUNITLDIRLDARLOADPC-BLDPCM16LDPC M17 MICRO-CONTROLLER2.指令系統本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪存指令和程序控 制指令4條，輸入輸出指令2條，其它指令1條，表列出了各條指令的格式、 匯編符號、指令功能。助記符號指令格式功能CLR rdMOV rs， rdADC rs， rd011100rd0rd rsrdrs+rd+cy一rd1000rsrd1001rsrd1010rsrdSBC rs, rdINC rdAND rs, rdCOM rdRRC rs, rdRLC rs, rd1011rdrsrdcyfrd

16、rd+1rdrsArdrd新二rd rsrd rsrd1100rsrd1101rd1110rsrd1111rsrdLDA M, D, rdSTA M, D, rdJMP M, DBZC M, D00M00rdErsrdEE-PC當CY= 1或7 =1, E-PCD00M01rd00M00rdD00M00rdDIN addr, rdOUT addr, rd010001rdaddr-rd rd-addr010101rdHALT010001rd停機測試數據及運行結果輸入值：03和01輸出值：02 00030003 FF 00調試情況，設計技巧及體會1.調試步驟按圖連接實驗線路寫入程序1)手動寫入A.

17、按如下步驟講微代碼寫入微控器中的存儲器2816中：將編程開關置為PROM (編程)狀態(tài)。將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”，“STOP”置為“RUN” 狀態(tài)。用二進制模擬開關置微地址MA5-MA0O在MK24-MK1開關上置微代碼，24位開關對應24位顯示燈，開關量置 為“0”時燈亮，開關量為“1”時燈滅。啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），即將微代碼寫入到2816的相 應地址對應的單元中。重復一步驟，將所有的微代碼寫入2816中。按如下步驟校驗微代碼將編程開關置為READ （校驗）狀態(tài)。將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”

18、，“STOP”置為“RUN” 狀態(tài)。用二進制模擬開關置微地址MA5MA0。啟動時序電路（按動啟動按鈕“START”），讀出微代碼。觀察顯示燈MD24 -MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，滅為“1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入 的相同。如果不同，則將開關置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行）即可。按如下步驟使用KWE微程序進行機器指令程序的裝入。使編程開關處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。撥動總清開關CLR （0-1-0），微地址寄存器清零，程序計數器清零，然 后使控制臺SWB、SWA開關置為“0 1”，并按動一次START，微地址顯示 燈顯示“010001”。再按動一

19、次START，微地址燈顯示“010100”，此時數據開關的內容置為 要寫入的機器指令。再按動兩次START鍵后，即完成該條指令的寫入， 并且微地址顯示燈顯示“010001”。（注：由KWE的流程圖可知，該流程 每執(zhí)行一次，將向PC寄存器所指向的存儲器單元中寫入一個字節(jié)的數據， 并且將PC加1。）如果還需要向存儲器中輸入數據，則需重復重新執(zhí)行。按如下步驟使用KRD微程序進行機器指令程序的檢查。使編程開關處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。撥動總清開關CLR （0-1-0），微地址寄存器清零，程序計數器清零，然 后使控制臺SWB、SWA開關置為“0 0”，并按動一

20、次啟動開關START，微 地址顯示燈顯示“010000”。再按動一次START，微地址燈顯示“010010”，第三次按動STRAT，微地 址燈顯示為“010111”，再按動STRAT后此時輸出單元的數碼管顯示為PC 寄存器所指單元的內容。（注：由KRD的流程圖可知，該流程每執(zhí)行一次， 將顯示PC寄存器所指向的存儲器單元中一個字節(jié)的數據，并且將PC加 1。）如果還需要檢查存儲器中其他單元的數據，則需重復重新執(zhí)行。2）聯機讀/寫程序將微代碼寫入文本文件中，通過聯機軟件載入實驗系統。（3）運行程序1）本機運行A.單步運彳丁程序使編程開關處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RU

21、N”狀 態(tài)。撥動總清開關CLR （0-1-0），微地址寄存器清零，程序計數器清零。單步運行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運行一條微指令。 對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否與流程一致。當運行結束后，可檢查存數單元（0BH）中的結果是否和理論計算結果一致。B.連續(xù)運行程序使編程開關處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“EXEC”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀 態(tài)。撥動總清開關CLR （0-1-0），微地址寄存器清零，程序計數器清零。按動START鍵，系統將連續(xù)運行程序，直至將STOP撥至“STOP”狀態(tài)。當運行結束后，可檢查存數單元（0BH）中的結果是否和理論計算結果一 致。2）聯機運行

22、聯機運行程序時，進入軟件界面，裝載機器指令及微指令后，運行即可。2.對設計及調試過程的心得體會。復雜模型機的設計與實現比簡單模型機難得多，在設計過程中，我對計 算機的大致組成以及運行原理有了進一步的了解，對實驗流程也比較熟悉。覺得 做實驗的時候必須一絲不茍，要善于排錯，不能慌張。再設計指令的時候要講求 合理，寫出詳細的微程序，設計初步完成后，要編寫適當的程序進行測試，不斷 調試，從而成功的完成實驗。經過這次課程設計，我體會到自己所學的東西太少了，很多都不知道。雖然 這次設計的只是一個小程序，但是這其間我還是學到了不少東西。在這次課程設 計的過程，有些很基本的知識出現記混淆的現象，通過查書及詢問同學，最終明 白了。本次課程設計我們要設計一臺微程序控制的模型機，以對計算機能有一個整 機的概念，完成對計算機組成原理這門課程的綜合應用，達到學習本書的作用。 作為一個計算機系學生這是必需掌握的，使我們對數據選擇器，移