計算機組成原理實驗報告

.../...《計算機組成與系統(tǒng)結構》實驗指導書計算機與信息工程系20XX7月目錄實驗概述2實驗項目一專用寄存器<1>3實驗項目二通用寄存器5實驗項目三專用寄存器<2>7實驗項目四數(shù)據(jù)輸出/移位門10實驗項目五微程序計數(shù)器13實驗項目六運算器15實驗項目七程序計數(shù)器17實驗項目八存儲器讀寫20實驗項目九微程序存儲器讀寫23實驗項目十中斷25實驗項目十一模型計算機設計27實驗概述一、實驗目的1．加深對講授內(nèi)容的理解,通過實驗來掌握計算機系統(tǒng)原理。熟練地掌握計算機中每個部件的電路設計方法并完成調(diào)試和分析結果。2．熟悉所用的仿真軟件。學會使用仿真軟件上機調(diào)試電路。3．通過使用實驗箱實驗來觀察系統(tǒng)運行結果。二、實驗準備工作1．熟悉所用的實驗箱和計算機的性能和使用方法。2．復習和掌握與本次實驗有關的教學內(nèi)容。3．每個實驗之前設計好實驗所需電路。三、實驗報告實驗報告應包括以下內(nèi)容：實驗目的、實驗內(nèi)容、運行結果、對運行結果的分析以及本次實驗所取得的經(jīng)驗。四、實驗任務與時間安排序號實驗項目實驗類型實驗類別學時1專用寄存器<1>必做驗證性22通用寄存器選做驗證性23專用寄存器<2>選做驗證性24數(shù)據(jù)輸出/移位門選做驗證性25微程序計數(shù)器必做綜合性26運算器選做驗證性27程序計數(shù)器必做驗證性28存儲器讀寫必做驗證性29微程序存儲器讀寫必做驗證性210中斷必做驗證性211模型計算機設計〔數(shù)據(jù)傳送指令選做綜合性2五、參考教材《計算機組成原理》唐朔飛著高等教育出版社《計算機組成與結構》王愛英著清華大學出版社實驗項目一專用寄存器<1>一、實驗目的掌握模型機中專用寄存器結構、工作原理及其控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,將數(shù)據(jù)寫入專用寄存器A、工作寄存器W,然后讀出數(shù)據(jù)。2、實驗原理CPTH用74HC574來構成寄存器。74HC574的引腳圖見圖1,功能如下：<1>在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到8個觸發(fā)器中。<2>當OC=1時觸發(fā)器的輸出被關閉,當OC=0時觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)。圖174HC574的引腳圖圖174HC574的引腳圖實驗原理圖如圖2和圖3所示。圖2寄存器A原理圖圖2寄存器A原理圖圖3寄存器W原理圖圖3寄存器W原理圖3、實驗步驟首先設置手動模式：按[TV/ME]鍵三次,進入"Hand"手動狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>連接數(shù)據(jù)線：K16~K23分別連接D0~D7。<3>系統(tǒng)清零K23-K16開關置零,按[RST]鈕。<4>將55H寫入A寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H：置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。<5>將66H寫入W寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)66H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)66H被寫入W寄存器。操作注意事項：*數(shù)據(jù)是在放開STEP鍵后改變的,也就是CK的上升沿數(shù)據(jù)被打入。*WEN,AEN為高時,即使CK有上升沿,寄存器的數(shù)據(jù)也不會改變。實驗項目二通用寄存器一、實驗目的掌握模型機中通用寄存器結構、工作原理及其控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,將數(shù)據(jù)寫入R0,R1,R2,R3寄存器并讀出。2、實驗原理通用寄存器的原理圖如圖4所示。圖4通用寄存器原理圖圖4通用寄存器原理圖3、實驗步驟首先設置手動模式：按[TV/ME]鍵三次,進入"Hand"手動狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>將11H寫入R0寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)11H：按下表置控制信號。按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R0的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R0寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)11H被寫入R0寄存器。<3>將22H寫入R1寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)22H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R1的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R1寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)22H被寫入R1寄存器。<4>將33H寫入R2寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)33H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R2的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R2寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)33H被寫入R2寄存器。<5>將44H寫入R3寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)44H：置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器R3的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R3寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)44H被寫入R3寄存器。注意觀察：數(shù)據(jù)是CK的上升沿數(shù)據(jù)被打入。K1<SB>,K0<SA>用于選擇寄存器。<6>讀R0寄存器。置控制信號為：這時寄存器R0的紅色輸出指示燈亮,R0寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00010001.將K11<RRD>置為1,關閉R0寄存器輸出。<7>讀R1寄存器。置控制信號為：這時寄存器R1的紅色輸出指示燈亮,R1寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00100010。將K11<RRD>置為1,關閉R1寄存器輸出。<7>讀R2寄存器。置控制信號為：這時寄存器R2的紅色輸出指示燈亮,R2寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00110011。將K11<RRD>置為1,關閉R2寄存器輸出。<8>讀R3寄存器。置控制信號為：這時寄存器R3的紅色輸出指示燈亮,R3寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：01000100。將K11<RRD>置為1,關閉R3寄存器輸出。注意觀察：1.數(shù)據(jù)在K11<RRD>為0時輸出,不是沿觸發(fā),與數(shù)據(jù)打入不同。實驗項目三專用寄存器<2>一、實驗目的掌握模型機中其它專用寄存器結構、工作原理及其控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,將數(shù)據(jù)寫入MAR寄存器、ST寄存器、OUT寄存器并讀出。2、實驗原理MAR寄存器、ST寄存器、OUT寄存器的原理圖分別如圖5、6、7所示。圖圖5MAR寄存器原理圖圖圖6ST寄存器原理圖圖7圖7OUT寄存器原理圖3、實驗步驟首先設置手動模式：按[TV/ME]鍵三次,進入"Hand"手動狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<1>將12H寫入MAR寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器MAR的黃色選擇指示燈亮,表明選擇MAR寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)12H被寫入MAR寄存器。K14<MAROE>為0,MAR寄存器中的地址輸出,MAR紅色輸出指示燈亮。將K14<MAROE>置為1,關閉MAR輸出。<2>將34H寫入ST寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)34H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器ST的黃色選擇指示燈亮,表明選擇ST寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)34H被寫入ST寄存器。<3>將56H寫入OUT寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)56H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器OUT的黃色選擇指示燈亮,表明選擇OUT寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)56H被寫入OUT寄存器。實驗項目四數(shù)據(jù)輸出/移位門一、實驗目的1、掌握模型機中數(shù)據(jù)總線的原理。2、掌握運算器中移位功能的實現(xiàn)方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀的開關做為控制信號,將指定寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線DBUS上；觀察移位門輸出結果。2、實驗電路CPTH中有7個寄存器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù),但在某一特定時刻只能有一個寄存器輸出數(shù)據(jù),由X2,X1,X0決定那一個寄存器輸出數(shù)據(jù) ,下表是X2,X1,X0與各個寄存器的關系表。圖8是總線上的7個寄存器的控制端原理圖。X2X1X0輸出寄存器000IN-OE外部輸入門001IA-OE中斷向量010ST-OE堆棧寄存器011PC-OEPC寄存器100D-OE直通門101R-OE右移門110L-OE左移門111沒有輸出圖8圖8數(shù)據(jù)輸出選擇器原理圖3、實驗步驟首先設置手動模式：按[TV/ME]鍵三次,進入"Hand"手動狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>數(shù)據(jù)輸出。置下表的控制信號,檢驗輸出結果。<2>移位。ALU直接輸出和零標志位產(chǎn)生原理圖如圖9所示。圖9圖9ALU直接輸出和零標志位產(chǎn)生原理圖ALU左移輸出原理圖、ALU右移輸出原理圖分別如圖10和圖11所示。圖10圖10ALU左移輸出原理圖圖11圖11ALU右移輸出原理圖直通門將運算器的結果不移位送總線。當X2X1X0=100時運算器結果通過直通門送到數(shù)據(jù)總線。同時,直通門上還有判0電路,當運算器的結果為全0時,Z=1,右移門將運算器的結果右移一位送總線。當X2X1X0=101時運算器結果通過右通門送到數(shù)據(jù)總線。<3>將55H寫入A寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。S2S1S0=111時運算器結果為寄存器A內(nèi)容。注意觀察：移位與輸出門是否打開無關,無論運算器結果如何,移位門都會給出移位結果。但究竟把那一個結果送數(shù)據(jù)總線由X2X1X0輸出選擇決定。實驗項目五微程序計數(shù)器一、實驗目的掌握模型機中微程序計數(shù)器結構、工作原理及其控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,實現(xiàn)微程序計數(shù)器uPC的寫入和加1功能。2、實驗原理微程序計數(shù)器的原理圖如圖12所示。74HC161是一片帶預置的4位二進制記數(shù)器。功能如下：當RST=0時,記數(shù)器被清0；當IREN=0時,在CK的上升沿,預置數(shù)據(jù)被打入記數(shù)器；當IREN=1時,在CK的上升沿,記數(shù)器加1；TC為進位,當記數(shù)到F〔1111時,TC=1；CEP、CET為記數(shù)使能,當CEP=CET=1時,記數(shù)器工作；CEP=CET=0時,記數(shù)器保持原值。圖12圖12uPC原理圖理圖3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>uPC加1。置控制信號為：按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。<3>uPC打入。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號為：當EMWR,EMEN=0時,數(shù)據(jù)總線〔DBUS上的數(shù)據(jù)被送到指令總線〔IBUS上。按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器uPC的黃色預置指示燈亮,表明uPC被預置。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)10H被寫入uPC寄存器。實驗項目六運算器一、實驗目的掌握模型機中算術邏輯運算單元的控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀的K16..K23開關做為DBUS數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,將數(shù)據(jù)寫累加器A和工作寄存器W,并用開關控制ALU的運算方式,實現(xiàn)運算器的功能。2、實驗原理CPTH中的運算器由一片CPLD實現(xiàn),有8種運算〔見下表,通過S2、S1、S0來選擇,運算數(shù)據(jù)由保存到寄存器A及寄存器W中,運算結果輸出到直通門D。3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>將55H寫入A寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H：置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫入A寄存器。<3>將33H寫入W寄存器。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)33H：置控制信號為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)33H被寫入W寄存器。<4>置下表的控制信號,檢驗運算器的運算結果。注意觀察：運算器在加上控制信號及數(shù)據(jù)<A,W>后,立刻給出結果,不需時鐘。實驗項目七程序計數(shù)器一、實驗目的掌握模型機中程序計數(shù)器PC的工作原理及其控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,實現(xiàn)程序計數(shù)器PC的寫入及加1功能。2、實驗原理PC是由兩片74HC141構成的八位帶預置記數(shù)器,預置數(shù)據(jù)來自數(shù)據(jù)總線。記數(shù)器的輸出通過74HC245〔PCOE送到地址總線。PC值還可以通過74HC245〔PCOE_D送回數(shù)據(jù)總線。PC原理圖由圖13所示。圖圖13寄存器W原理圖圖3圖3PC原理圖在CPTH中,PC+1由PCOE取反產(chǎn)生。當RST=0時,PC記數(shù)器被清0。當LDPC=0時,在CK的上升沿,預置數(shù)據(jù)被打入PC記數(shù)器。當PC+1=1時,在CK的上升沿,PC記數(shù)器加1。當PCOE=0時,PC值送地址總線。圖圖14PC打入控制原理圖PC打入控制電路由一片74HC151構成<isp1016實現(xiàn)>。原理圖如圖14所示。功能表見下表。當ELP=1時,LDPC=1,不允許PC被預置。當ELP=0時,LDPC由IR3,IR2,Cy,Z確定。當IR3IR2=1X時,LDPC=0,PC被預置。當IR3IR2=00時,LDPC=非Cy,當Cy=1時,PC被預置。當IR3IR2=01時,LDPC=非Z,當Z=1時,PC被預置。3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>按照下表設置控制信號。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)PC被加1。<3>二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號為：每置控制信號后,按一下STEP鍵,觀察PC的變化。實驗項目八存儲器讀寫一、實驗目的掌握模型機中程序存儲器的工作原理及控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的K16..K23開關做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開關做為控制信號,實現(xiàn)程序存儲器EM的讀寫操作。2、實驗原理存儲器EM由一片6116RAM構成,是用戶存放程序和數(shù)據(jù)的地方。存儲器EM通過一片74HC245與數(shù)據(jù)總線相連。存儲器EM的地址可選擇由PC或MAR提供。存儲器EM的數(shù)據(jù)輸出直接接到指令總線IBUS,指令總線IBUS的數(shù)據(jù)還可以來自一片74HC245。當ICOE為0時,這片74HC245輸出中斷指令B8。EM原理圖如圖15所示。圖15圖15EM原理圖3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>按照下表置控制信號。<3>將地址0寫入MAR。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)00H：置控制信號為：按STEP鍵,將地址0寫入MAR。<4>將數(shù)據(jù)11H寫入EM[0]。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)11H：置控制信號為：按STEP鍵,將數(shù)據(jù)11H寫入EM[0]。<5>將地址1寫入MAR。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)01H：置控制信號為：按STEP鍵,將地址1寫入MAR。<6>將數(shù)據(jù)22H寫入EM[1]。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)22H：置控制信號為：按STEP鍵,將數(shù)據(jù)22H寫入EM[1]。<7>將地址0寫入MAR。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)00H：置控制信號為：按STEP鍵,將地址0寫入MAR。<8>讀EM[0]。置控制信號為：EM[0]被讀出：11H。<9>將地址1寫入MAR。二進制開關K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)01H：置控制信號為：按STEP鍵,將地址1寫入MAR。<10>讀EM[1]。置控制信號為：EM[1]被讀出：22H：實驗項目九微程序存儲器讀寫一、實驗目的1、掌握微程序控制方式模型機的基本工作原理。2、掌握微程序存儲器uM的控制方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的開關做為控制信號,實現(xiàn)微程序存儲器uM的輸出功能。2、實驗原理存儲器uM由三片6116RAM構成,共24位微指令,采用水平型微指令格式。存儲器的地址由uPC提供,片選及讀信號恒為低,寫信號恒為高.存儲器uM始終輸出uPC指定地址單元的數(shù)據(jù)。存儲器uM原理圖如圖16所示。圖圖16uM原理圖3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>微程序存儲器uM讀出。置控制信號為：K0為1。<3>uM輸出uM[0]的數(shù)據(jù)。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。<4>uM輸出uM[1]的數(shù)據(jù)。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。uM輸出uM[2]的數(shù)據(jù)。實驗項目十中斷一、實驗目的掌握模型機的中斷功能的工作原理及中斷過程中,申請、響應、處理、返回各階段時序。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求利用CPTH實驗儀上的開關做控制信號,實現(xiàn)中斷功能。2、實驗原理中斷電路有兩個D觸發(fā)器,分別用于保存中斷請求信號<IREQ>及中斷響應信號<IACK>。INT有上升沿時,IREQ觸發(fā)器被置為1。當下一條指令取指時<IREN=0>,存貯器EM的讀信號<EMRDP>被關閉,同時產(chǎn)生讀中斷指令<ICEN>信號,程序的執(zhí)行被打斷轉(zhuǎn)而去執(zhí)行B8指令響應中斷。在取B8的同時置IACK觸發(fā)器被置為1,禁止新的中斷響應。EINT信號置0,IACK,IREQ觸發(fā)器為0,中斷電路可以響應新的中斷。中斷控制器原理圖如圖17所示。圖圖17中斷控制器原理圖3、實驗步驟<1>按照下表連接線。<2>置控制信號。短路塊選擇端JINT指向RG側(cè),按RG脈沖鍵,產(chǎn)生中斷請求,此時黃色REQ指示燈亮,同時B8輸出紅色指示燈。按STEP脈沖鍵,產(chǎn)生取指脈沖,黃色ACK指示燈亮。置控制信號為：REQ,ACK燈滅。實驗項目十一模型計算機設計一、實驗目的1、掌握微程序控制模型計算機的基本工作原理和設計方法。2、掌握微程序存儲器uM的控制方法和上位機軟件的使用方法。二、實驗內(nèi)容1、實驗要求設計模型計算機,并利用CPTH實驗儀的上位機軟件控制該模型計算機,實現(xiàn)模型機的數(shù)據(jù)傳送功能。2、實驗原理2.1模型機總體結構CPTH模型計算機包括了一個標準CPU所具備所有部件,這些部件包括：運算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移門L、直通門D、右移門R、寄存器組R0-R3、程序計數(shù)器PC、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、中斷向量寄存器IA、輸入端口IN、輸出端口寄存器OUT、程序存儲器EM、指令寄存器IR、微程序計數(shù)器uPC、微程序存儲器uM,以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD來實現(xiàn),其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來代替。模型機為8位機,數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位,但其工作原理與16位機相同。相比而言8位機實驗減少了煩瑣的連線,但其原理卻更容易被學生理解、吸收。模型機的指令碼為8位,根據(jù)指令類型的不同,可以有0到2個操作數(shù)。指令碼的最低兩位用來選擇R0-R3寄存器,在微程序控制方式中,用指令碼做為微地址來尋址微程序存儲器,找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中,按時序用指令碼產(chǎn)生相應的控制位。在本模型機中,一條指令最多分四個狀態(tài)周期,一個狀態(tài)周期為一個時鐘脈沖,每個狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯,實現(xiàn)模型機的各種功能。模型機有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出,選擇運算器的運算功能,存儲器的讀寫。24位控制位分別介紹如下：EMRD：程序存儲器EM讀信號。PCOE：將程序計數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN：將程序存儲器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通,由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫到EM中,還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN：將程序存儲器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計數(shù)器uPC。EINT：中斷返回時清除中斷響應和中斷請求標志,便于下次中斷。ELP：PC打入允許,與指令寄存器的IR3、IR2位結合,控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD：讀寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR：寫寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN：決定運算器是否帶進位移位,CN=1帶進位,CN=0不帶進位。FEN：將標志位存入ALU內(nèi)部的標志寄存器。X2、X1、X0三位組合來譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2：S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運算。2.2模型機尋址方式模型機的尋址方式分五種：累加器尋址：操作數(shù)為累加器A,例如"CPLA"是將累加器A值取反,還有些指令是隱含尋址累加器A,例如"OUT"是將累加器A的值輸出到輸出端口寄存器OUT。寄存器尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在R0-R3的寄存器中,例如"ADDA,R0”寄存器間接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中,數(shù)據(jù)的地址在寄存器R0-R3中,如"MOVA,@R1”存儲器直接尋址：參與運算的數(shù)據(jù)在存儲器EM中,數(shù)據(jù)的地址為指令的操作數(shù)。例如"ANDA,40H"指令是將存儲器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做邏輯與運算,結果存入累加器A。立即數(shù)尋址：參與運算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如"SUBA,#10H"是從累加器A中減去立即數(shù)10H,結果存入累加器A。2.3模型機指令集模型機的缺省的指令集分幾大類：算術運算指令、邏輯運算指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、跳轉(zhuǎn)指令、中斷返回指令、輸入/輸出指令。下表給出指令集中的部分指令。助記符機器碼1機器碼2注釋_FATCH_000000xx實驗機占用,不可修改,復位后,所有寄存器清0<IR除外>,首先執(zhí)行_FATCH_指令取指ADDCA,R?001000xx將寄存器R?的值加入累加器A中,帶進位SUBA,R?001100xx從累加器A中減去寄存器R?的值SUBA,@R?001101xx從累加器A中減去間址存儲器的值ANDA,#II010111xxII累加器A"與"立即數(shù)IIORA,MM011010xxMM累加器A"或"存儲器MM地址的值MOVA,R?011100xx將寄存器R?的值送到累加器A中MOVA,@R?011101xx將間址存儲器的值送到累加器A中MOVA,MM011110xxMM將存儲器MM地址的值送到累加器A中MOVA,#II011111xxII將立即數(shù)II送到累加器A中IN110000xx從輸入端口讀入數(shù)據(jù)到累加器A中OUT110001xx將累加器A中數(shù)據(jù)輸出到輸出端口2.4模型機微指令集指令/微指令表<insfile1.mic>見下表。助記符狀態(tài)微地址微程序數(shù)據(jù)打入地址輸出運算器uPCPC_FATCH_T000CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫入101FFFFFFA輸出102FFFFFFA輸出103FFFFFFA輸出1ADDCA,R?T220FFF7EF寄存器WA輸出1T121FFFE94寄存器A標志位C,Z帶進位加運算1T022CBFFFF指令寄存器I