《计算机组成原理》简单模型机的设计Word下载.docx
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存储器写操作（MWE）：
拨动清零开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“10”时，按“单步”键，可对RAM连续写操作。
启动程序（RUN）：
拨动开关CLR对地址、指令寄存器清零后，指令译码输入CA1、CA2为“11”时，按“单步”键，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。
CA1、CA2由控制总线的E4、E5给出。
键盘操作方式时由监控程序直接对E4、E5赋值，无需接线。
开关方式时可将E4、E5接至控制开关CA1、CA2，由开关来控制。
图6-1模型机结构框图
与实验五一样，本系统设计的微指令字长24位，其控制位顺序如下：
24
23
22
21
20
19
18
17
16
151413
121110
987
6
5
4
3
2
1
S3
S2
S1
S0
M
Cn
WE
1A
1B
F1
F2
F3
uA5
uA4
uA3
uA2
uA1
uA0
表6－1Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３三个字段的编码方案，其余控制位的含义见实验五。
F1字段
F2字段
F3字段
选择
000
LDRi
RAG
P1
001
LOAD
ALU-G
AR
010
LDR2
RCG
P3
011
自定义
100
LDR1
RBG
P2
101
LAR
PC-G
LPC
110
LDIR
299-G
P4
111
无操作
系统涉及到的微程序流程见图6-2（图中各方框内为微指令所执行的操作，方框外的标号为该条微指令所处的八进制微地址）。
控制操作为P4测试，它以CA1、CA2作为测试条件，出现了写机器指令、读机器指令和运行机器指令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，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写。
机器指令的执行过程如下：
首先将指令在外存储器的地址送上地址总线，然后将该地址上的指令传送至指令寄存器，这就是“取指”过程。
之后必须对操作码进行P1测试，根据指令的译码将后续微地址中的某几位强制置位，使下一条微指令指向相应的微程序首地址，这就是“译码”过程（其原理见图5-4）。
然后才顺序执行该段微程序，这是真正的指令执行过程。
在所有机器指令的执行过程中，“取指”和“译码”是必不可少的，而且微指令执行的操作也是相同的，这些微指令称为公用微指令，对应于图6-2中01、02、31地址的微指令。
31地址为“译码”微指令，该微指令的操作为P
（1）测试，测试结果出现多路分支。
本实验用指令寄存器的前4位（I7-I4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。
当全部微程序流程图设计完毕后，应将每条微指令代码化，表6-2即为将图6-2的微程序流程按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”。
01
（a）五条机器指令的微指令流程图
开关CA1CA2=11
开关CA1CA2=00
开关CA1CA2=10
（b）输入/检查/运行机器指令的微指令流程图
图6-2微程序流程图
六、实验内容及参考代码
本实验采用五条机器指令，根据上面所说的工作原理，设计参考实验程序如下：
地址（二进制）机器指令（二进制）助记符说明
0000000000000000INAX,KIN数据输入电路AX
0000000100100001MOVBx,01H0001HBx
0000001000000001
0000001100010000ADDAx,BxAx+BxAx
0000010000110000OUTDISP,AxAx输出显示电路
0000010101000000JMP00H00HPC
0000011000000000
注：
其中MOV、JMP为双字长（32位），其余为单字长指令。
对于双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作数；
对于单字长指令只有操作码，没有操作数。
上述所有指令的操作码均为低8位有效，高八位默认为0。
而操作数8位和16位均可。
KIN和DISP分别为本系统专用输入、输出设备。
表6－2根据本实验程序流程图设计的二进制微代码表：
微地址（二进制）
S3S2S1S0MCNWE1A1B
UA5...UA0
000000
000000000
111
110
010000
000001
101
000010
000000010
011001
000011
010
100
000110
100101000
000
001
000111
001000
000000011
001001
001010
001011
000000101
001100
001101
010010
010001
010100
010111
010011
011000
000001101
111111110
七、实验步骤：
Ⅰ、单片机键盘操作方式实验
在进行单片机键盘控制实验时，必须把K4开关置于“OFF”状态，否则系统处于自锁状态，无法进行实验。
1、实验连线：
实验连线图如图6-3所示。
连线时应按如下方法：
对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；
对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
2、写微代码：
（1）将开关K1K2K3K4拨到写状态即K1off、K2on、K3off、K4off，其中K1、K2、K3在微程序控制电路，K4在24位微代码输入及显示电路上。
在监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】状态下按【实验选择】键，显示【ES--__】输入06或6，按【确认】键，显示为【ES06】，再按下【确认】键。
（2）监控显示为【CtL1=_】，输入1显示【CtL1_1】，按【确认】。
（3）监控显示【U-Addr】，此时输入【000000】6位二进制数表示的微地址，然后按【确认】键，监控指示灯显示【U_CodE】，显示这时输入微代码【007F90】，该微代码是用6位十六进制数来表示前面的24位二进制数，注意输入微代码的顺序，先右后左，按【确认】键则显示【PULSE】，按【单步】完成一条微代码的输入，重新显示【U-Addr】提示输入第二条微代码地址。
（4）按照上面的方法输入表6-3微代码,观察微代码与微地址显示灯的对应关系（注意输入微代码的顺序是由右至左）。
表6－3微地址中的微代码
微地址（八进制）
微代码（十六进制）
00
007F90
005B42
02
016FD9
03
0029C6
06
9403C1
07
010FC1
10
018E01
11
0041C3
12
005B47
13
02F1C1
14
005B4D
15
011F41
005B52
005B54
014FD7
007FC1
01CFD8
25
010101
06F3C1
26
010110
27
06F3D0
30
FF73D1
31
016E08
3.读微代码及校验微代码：
（1）先将开关K1K2K3K4拨到读状态即K1off、K2off、K3on、K4off，按【RESET】按钮对单片机复位，使监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】状态。
（2）按【实验选择】键，显示【ES--__】输入06或6，按【确认】键，显示【ES06】。
按【确认】键。
（3）监控显示【CtL1=_】时，输入2，按【确认】显示【U_Addr】，此时输入6位二进制微地址，进入读代码状态。
再按【确认】显示【PULSE】，此时按【单步】键，微地址指示灯显示输入的微地址，同时微代码显示电路上显示该地址对应的微代码，至此完成一条微指令的读过程。
（4）此时监控显示【U_Addr】，按上述步骤对照表6-3表检查微代码是否有错误，如有错误，可按步骤2重新输入微代码。
4.写机器指令
（1）先将K1K2K3K4拨到运行状态即K1on、K2off、K3on、K4off，按【RESET】按钮对单片机复位，使监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】状态。
（2）按【实验选择】键，显示【ES--__】输入06或6，按【确认】键，显示【ES06】，再按【确认】。
（3）监控显示【CtL1=_】,按【取消】键，监控指示灯显示【CtL2=_】，输入1显示【CtL2_1】表示进入对机器指令操作状态，此时拨动CLR清零开关（在控制开关电路上，注意对应的JUI应短接）对地址寄存器、指令寄存器清零，清零结果是微地址指示灯（uA5—uA0）和地址指示灯（A7—A0）全灭，清零步骤是使其电平高－低－高即CLR指示灯状态为亮－灭－亮。
如不清零则会影响机器指令的输入！
！
确定清零后，按【确认】。
（4）监控显示闪烁的【PULSE】，连续按【单步】键，当微地址显示灯显示“010100”，时按【确认】键，监控指示灯显示【data】，提示输入机器指令“00”或“0000”（两位或四位十六进制数）,输入后按【确认】，显示【PULSE】，再按【单步】，微地址显示灯显示“011000”，数据总线显示灯显示“0000000000000000”，即输入的机器指令。
（5）再连续按【单步】，当微地址显示灯再次显示“010100”时，按【确认】输入第二条机器指令。
依此规律逐条输入表6－4的机器指令，输完后，可连续按【取消】或【RESET】退出写机器指令状态。
注意，每当微地址显示灯显示“010100”时，地址指示灯自动加1显示。
如输入指令为8位，则高8位自动变为0。
表6-4机器指令表
地址（十六进制）
机器指令（十六进制）
0000
0021
0001
0010
04
0030
05
0040
5.读机器指令：
在监控指示灯显示【CtL2=_】状态下，输入2，显示【CtL2_2】，表示进入读机器指令状态，按步骤4的方法拨动CLR开关对地址寄存器和指令寄存器进行清零，然后按【确认】键，显示【PULSE】，连续按【单步】键，微地址显示灯从“000000”开始，然后按“010000”、“010010”、“010111”方式循环显示。
当微地址灯再次显示为“010000”时，输出显示数码管上显示写入的机器指令。
读的过程注意微地址显示灯，地址显示灯和数据总线指示灯的对应关系。
如果发现机器指令有误，则需重新输入机器指令。
注意：
机器指令存放在RAM里，掉电丢失，故断电后需重新输入。
6.运行程序
在监控指示灯显示【CtL2=_】状态下，输入3，显示【CtL2_3】，表示进入运行机器指令状态，按步骤4的方法拨动CLR开关对地址寄存器和指令寄存器进行清零,使程序入口地址为00H，可以【单步】运行程序也可以【全速】运行，运行过程中提示输入相应的量，运行结束后从输出显示电路上观察结果。
6.实验结果说明
1）.单步运行结果
在监控指示灯显示【runCodE】状态下，连续按【单步】键，可以单步运行程序。
当微地址显示灯显示“001000”时，监控显示【dAtA】,提示输入数据，即被加数，输入1234，按【确认】，再连续按【单步】，在微地址灯显示“010101”时，按【单步】，此时可由输出显示电路的数码管观察结果为1235，即1234＋0001＝1235，同时数据显示灯显示“0001001000110101”。
表示结果正确。
2）.全速运行结果
在监控指示灯显示【runCodE】状态下，按【全速】键，则开始自动运行程序，在监控指示灯显示【dAtA】时输入数据，按【确定】键，程序继续运行，此时可由输出显示电路的数码管显示加1运算结果。
Ⅱ、采用开关控制操作方式实验
本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。
连线时应注意：
1．实验接线
开关控制操作方式如图6－4所示：
图6－4开关控制方式的模型机实验接线图
数据输入电路DIJ1接数据总线BD7-----BD0
数据输入电路DIJ2接数据总线BD15-----BD8
数据输入电路DIJ-G接I/O控制电路Y3
微控器接口UAJ1接控制开关电路UA5---UA0
脉冲源及时序电路fin接脉冲源及时序电路f/8
脉冲源及时序电路T4—T1接控制总线T4---T1
控制开关电路CA1接控制总线E4
控制开关电路CA2接控制总线E5
2．实验步骤：
1）写微代码（以写表6-2的微代码为例）：
首先将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到写入状态，即K1off、K2on、K3off，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到on状态。
置控制开关UA5……UA0=“000000”，输入微地址“000000”，置24位微代码开关MS24---MS1为：
“000000000111111110010000”，输入24位二进制微代码，按【单步】，微地址灯显示“000000”，写入微代码。
保持K1K2K3K4状态不变，写入表6－2的所有微代码。
2）读微代码并验证结果：
将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到读出状态，即K1off、K2off、K3on，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到off状态。
置控制开关UA5……UA0=“000000”，输入微地址“000000”，按【单步】，微地址灯显示“000000”，24位微代码显示“000000000111111110010000”，即第一条微代码。
保持K1K2K3K4状态不变，改变UA5……UA0微地址的值，读出相应的微代码，并和表6－2的微代码比较，验证是否正确。
如发现有误，则需重新输入该微地址相应的微代码。
3）写机器指令
（1）将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到运行状态，即K1on、K2off、K3on，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到off状态。
拨动控制开关电路上的清零开关CLR，对地址寄存器、指令寄存器清零。
（2）确定清零后，把控制开关ＣＡ１、ＣＡ２置为“10”，按动一次【单步】按钮，微地址显示灯显示“０１０００１”，再按动一次【单步】，微地址灯显示“０１０１００”，此时通过数据输入电路的开关输入要写入的机器指令，置D15----D0=“0000000000000000”，按【单步】，微地址显示灯显示“011000”，数据总线显示灯显示“0000000000000000”，即输入的机器指令。
这样就完成本实验的第一条机器。
（3）再连续按【单步】，微地址显示灯再次显示“010100”时，按上面的方法通过数据输入电路的开关输入第二条机器指令指令“0000000000010000”，直至写完表6－4的所有二进制机器指令。
4）读机器指令及校验机器指令：
拨动控制开关电路上的清零开关CLR，对地址寄存器、指令寄存器清零，清零结果是微地址指示灯和地址指示灯全灭，置ＣＡ１、ＣＡ２开关置为“０0”，连续按【单步】键，微地址显示灯显示从“000000”开始，然后按“010000”、“010010”、“010111”方式循环显示。
5）运行程序
将微程序控制电路上的开关K1K2K3拨到运行状态，即K1on、K2off、K3on，然后将24位微代码输入及显示电路上的开关K4拨到off状态。
拨动控制开关电路上的清零开关CLR，对地址寄存器、指令寄存器清零，清零结果是微地址指示灯（和地址指示灯全灭，使程序的入口地址位00H。
置CA1CA2=“11”，连续按【单步】，当微地址显示灯显示“001000”时，通过数据输入电路输入二进制数据“0001001000110101”，再连续按【单步】，在微地址灯显示“010101”时，按【单步】，此时可由输出显示电路的数码管观察结果为1235H，同时数据显示灯显示“0001001000110101”，表示结果正确。
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