计算机组成原理简单模型机设计与实现（实验七 基本模型机的设计与实现）
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2010-01-07
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实验七 基本模型机的设计与实现
一 实验目的
(1) 在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统，构造一台基本模型计
算机。
(2) 为其定义五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试掌握整机概念
二 实验设备
TDN—CM＋＋计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。
三 实验内容
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，而本次实验将能在微程序
控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。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个微程序。
本实验采用五条机器指令：IN(输入)，ADD(二进制加法)，STA(存数)，OUT(输出)，
JMP(无条件转移)。其指令格式如下(前 4 位为操作码)：
助记符 机器指令码 说明
IN 00000000 “INPUT DEVICE”中的开关状态 → R0
ADD addr 0001 0000 ×××××××× R0+[addr] → R0
STA addr 0010 0000 ×××××××× R0 → [addr]
OUT addr 0011 0000 ×××××××× [addr] → LED
JMP addr 0100 0000 ×××××××× addr → PC
其中：:IN 为单字长(8 位)，其余为双字长指令，××××××××为 addr 对应的二进制地址码。
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
三个控制台操作微程序。
* 存储器读操作(KRD)：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 为“0 0”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 置为“0 1” 时，
按 START 微动开关可对 RAM 进行连续手动写入。
* 启动程序：拨动总清开关 CLR 后，控制台开关 SWB、SWA 置为“1 1”时，按 START 微
动开关，即可转入到第 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，其定义如表 4 所示。
表 4 控制台的开关设置
SWB SWA
控制台指令
0
0
1
0
1
1
读内存(KRD)
写内存(KWE)
启动程序(RP)
根据以上要求，可设计数据通路框图，如图 19 所示。微指令定义如表 4 所示。
系统涉及到的微程序流程如图 21 所示。当拟定“取指”微指令时，该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用微指令，因此 P(1) 的测试结
果出现多路分支。本机用指令寄存器的前 4 位(IR7 一 IR4)作为测试条件，出现 5 路分支，
占用 5 个固定微地址单元。
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Apolloliuhx2014-10-02实验内容基本上都覆盖了
zixuanqiqi
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