实验报告5.docx
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实验报告5
实验5CPU组成与指令周期实验
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实验前请预习课本第344页11.7节。
一.结合实验4介绍的机器指令格式，对机器指令系统组成的简单程序进行译码。
内存地址
机器指令
机器代码
IR7IR6IR5IR4
IR3IR2
IR1IR0
00H
ADDR1,R0
01H
JCR3
02H
STAR1,[R2]
03H
LDAR2,[R2]
04H
ANDR2,R0
05H
SUBR2,R3
06H
OUTR2
07H
STP
二.将编程开关拨到“正常”位置，控制器的TJ与时序电路的TJ相连。
将有关控制信号和二进制开关对应接好，仔细复查一遍，然后接通电源。
接线图：
控制器
LDIR
PC+1
LDPC#
AR+1
LDAR#
LDDR1
LDDR2
LDRi
数据通路
控制器
SW_BUS#
Rs_BUS#
ALU_BUS#
RAM_BUS#
CER#
CEL#
数据通路
控制器
LR/W#
Cn#
M
S0
S1
S2
S3
数据通路
控制器
进位C
IR7
IR6
IR5
IR4
数据通路
数据通路
数据通路
RS1
RS0
RD1
RD0
WR1
WR0
三.存程序代码，设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的第一组值及存储器相关单元的数据。
本组的寄存器数据是R0=35H,R1=43H,R2=10H,R3=07H。
存储器10H单元的值为55H。
（一）设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的值。
令DP=0，DB=0，使系统处于连续运行状态。
令SWC=0，SWB=1，SWA=1，使系统处于写寄存器状态WRF。
按CLR#按钮，使系统处于初始状态。
在SW7-SW0上设置一个存储器地址0FFH，该存储器地址供设置通用寄存器使用。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，将0FFH写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
一.P0。
判别控制台命令，进入写寄存器状态
二．SW-BUS#,LDAR#,LDPC,TJ。
从开关输入地址到AR和PC
PC=FFH
IR=00H
AR=FFH
DBUS=FFH
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
D
微地址：
1
D
3.按QD按钮，将00H写入指令寄存器IR，选择R0
执行的微操作：
一.CEL#,SW-BUS#。
将00从左端口写入存储器
二．CER,LDIR,TJ。
从RAM右端口读指令到IR
PC=FF
IR=00
AR=FF
DBUS=00
下一条微指令：
0
0
0
C
0
4
1
D
微地址：
0
E
4.按QD按钮，将35H写入IR指定的R0寄存器
执行的微操作：
SW-BUS#,LDRi,TJ。
将35H写入寄存器
PC=FF
IR=00
AR=FF
DBUS=35
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
D
微地址：
1
D
5.按QD按钮，将01H写入指令寄存器IR，选择寄存器R1
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
6.按QD按钮，将43H写入IR指定的R1寄存器
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
（二）存程序机器代码。
从00地址开始存入程序的8个机器代码。
在10H单元存入55H，作为10H单元的初值，以检查LDA和STA两条指令的作用。
令DP=0，DB=0，使系统处于连续运行状态。
令SWC=0，SWB=0，SWA=1，使系统处于写双端口存储器工作方式WRM。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，将00H写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
一.P0。
判别控制台命令，进入写存储器状态
二．SW-BUS#,LDAR#,TJ。
从开关输入地址到AR
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
5
微地址：
0
4
3.按QD按钮，将第一个机器代码写入存储器00H单元
执行的微操作：
一.CEL#,SW-BUS#。
将代码写入左端口
二.AR+1,TJ。
AR指向存储器下一个地址
PC=00H
IR=00H
AR=01H
DBUS=01H
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
5
微地址：
0
4
4.按QD按钮，将第二个机器代码写入存储器01H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
5按QD按钮，将第三个机器代码写入存储器02H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
6
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
7
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
8
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
9
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
10
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
11.按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
8
12.将10H写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
13.将55H写入存储器10H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
（三）用单拍DP方式执行一遍程序。
置SWC=0,SWB=0,SWA=0,DP=1,DB=0,使实验系统处于单拍运行状态。
置SW7-SW0=00H，使程序从地址00H开始执行。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，启动程序
执行的微操作：
P0。
判别控制台指令，进入启动程序状态PR
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
8
2
0
0
F
微地址：
0
8
3.按QD按钮，将程序起始地址00写入PC
执行的微操作：
SW-BUS#,LDPC#
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
8
0
0
8
9
0
微地址：
0
F
4.按QD按钮，读出第一条程序指令到IR
执行的微操作：
CER#,LDIR，P1。
判别指令类型
PC=00H
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
0
0
0
3
0
0
1
8
微地址：
1
0
5.按QD按钮，从寄存器读数到DR1和DR2
执行的微操作：
LDDR2,LDDR1
PC=00H
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
9
0
2
4
1
0
0
F
微地址：
1
8
6.按QD按钮，将加法的结果存入寄存器
执行的微操作：
A加B，ALU-BUS#,LDRi,PC+1。
进位C=
PC=01H
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
0
0
8
0
0
8
9
0
微地址：
0
F
7.按QD按钮，读出第二条程序指令到IR
执行的微操作：
CER#,LDIR,P1。
判别指令类型
PC=01H
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
0
0
0
3
0
0
1
8
微地址：
1
0
8
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
9
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
10按QD按钮，读出第三条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
11
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
12
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
13按QD按钮，读出第四条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
14
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
15
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
16按QD按钮，读出第五条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
17
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
18
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
19按QD按钮，读出第六条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
20
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
21
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
22按QD按钮，读出第七条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
23
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
24按QD按钮，读出第八条程序指令到IR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
25
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
（四）用连续方式执行一遍程序。
由于上面的单拍执行程序，已破坏了寄存器R1、R2和存储器10单元的内容，因此需要重新设置它们的值。
设置R1=35H,R1=43H,从控制台指令设置写寄存器状态WRF，使系统处于连续运行状态。
令DP=DB=SWC=SWB=SWA=
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，将0FFH写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
一.P0。
判别控制台命令，进入写寄存器状态
二．SW-BUS#,LDAR#,LDPC,TJ。
从开关输入地址到AR和PC
PC=FFH
IR=00H
AR=FFH
DBUS=FFH
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
D
微地址：
1
D
3.按QD按钮，将00H写入指令寄存器IR，选择R0
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
4.按QD按钮，将35H写入IR指定的R0寄存器
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
5.按QD按钮，将01H写入指令寄存器IR，选择寄存器R1
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
6.按QD按钮，将43H写入IR指定的R1寄存器
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
设置存储器10H单元的内容为55H,从控制台指令设置写存储器状态WRM，使系统处于连续运行状态。
令DP=DB=SWC=SWB=SWA=
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
8
2.将10H写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
3.将55H写入存储器10H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
设置实验系统处于连续运行状态，置DP=0,DB=0,SWC=0,SWB=0,SWA=0,SW7-SW0=00H,使程序从地址00H开始执行。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，连续执行程序
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
3.按QD按钮
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
4.按QD按钮，
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
四．存程序代码，设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的第二组值及存储器相关单元的数据。
本组的寄存器数据是R0=86H,R1=88H,R2=10H,R3=07H。
存储器10H单元的值为55H。
（一）设置通用寄存器R0、R1、R2和R3的值。
令DP=0，DB=0，使系统处于连续运行状态。
令SWC=0，SWB=1，SWA=1，使系统处于写寄存器状态WRF。
按CLR#按钮，使系统处于初始状态。
在SW7-SW0上设置一个存储器地址0FFH，该存储器地址供设置通用寄存器使用。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，将0FFH写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
一.P0。
判别控制台命令，进入写寄存器状态
二．SW-BUS#,LDAR#,LDPC,TJ。
从开关输入地址到AR和PC
PC=FFH
IR=00H
AR=FFH
DBUS=FFH
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
D
微地址：
1
D
3.按QD按钮，将00H写入指令寄存器IR，选择R0
执行的微操作：
一.CEL#,SW-BUS#。
将00从左端口写入存储器
二．CER,LDIR,TJ。
从RAM右端口读指令到IR
PC=FF
IR=00
AR=FF
DBUS=00
下一条微指令：
0
0
0
C
0
4
1
D
微地址：
0
E
4.按QD按钮，将86H写入IR指定的R0寄存器
执行的微操作：
SW-BUS#,LDRi,TJ。
将86H写入寄存器
PC=FF
IR=00
AR=FF
DBUS=86
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
D
微地址：
1
D
5.按QD按钮，将01H写入指令寄存器IR，选择寄存器R1
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
6.按QD按钮，将88H写入IR指定的R1寄存器
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
（二）存程序机器代码。
从00地址开始存入程序的8个机器代码。
在10H单元存入55H，作为10H单元的初值，以检查LDA和STA两条指令的作用。
令DP=0，DB=0，使系统处于连续运行状态。
令SWC=0，SWB=0，SWA=1，使系统处于写双端口存储器工作方式WRM。
实验步骤
观察分析结果（用16进制来表示各类指示灯）
1.按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态
执行的微操作：
初始化
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
0
0
0
0
0
4
8
微地址：
0
0
2.按QD按钮，将00H写入左端口地址寄存器AR
执行的微操作：
一.P0。
判别控制台命令，进入写存储器状态
二．SW-BUS#,LDAR#,TJ。
从开关输入地址到AR
PC=00H
IR=00H
AR=00H
DBUS=00H
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
5
微地址：
0
4
3.按QD按钮，将第一个机器代码写入存储器00H单元
执行的微操作：
一.CEL#,SW-BUS#。
将代码写入左端口
二.AR+1,TJ。
AR指向存储器下一个地址
PC=00H
IR=00H
AR=01H
DBUS=01H
下一条微指令：
0
1
0
8
0
0
0
5
微地址：
0
4
4.按QD按钮，将第二个机器代码写入存储器01H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
5按QD按钮，将第三个机器代码写入存储器02H单元
执行的微操作：
PC=
IR=
AR=
DBUS=
下一条微指令：
微地址：
6
执行的微操作：
PC=
IR
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