计算机组成原理简单模型机实验.pdf

实验四简单模型机实验

1.1实验目的
1）将微程序控制器模块通过总线同运算器模块、存储器模块联机，组成一台
模型计算机；
2）用微程序控制器控制模型机数据通路；

3）通过CPU运行5条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关
系，牢固建立机器的整机概念。

1.2电路图
本次实验用到前几次实验所有电路，将几个模块组成一台简单计算机，由微程

序控制器控制数据通路，实现cpu从内存取出一条机器指令到执行指令结束的一
个指令周期，由微指令组成的序列来完成，一条机器指令对应一个微程序。

图1电路图
1.3实验原理

（1）PC计数器初始值为“0”，微程序默认从00地址开始执行，产生控制信
号，使PC的地址通过ABUS将送到存储器（6116）的地址锁存器AR中，PC=PC+1;
（2）读出存储器中存放内容,通过DBUS送到IR指令寄存器中，实现指令译码，
指令的操作码送至微程序控制器的程序跳转控制部分，在P(1)的控制下与微程序
中储存的下一条指令地址进行逻辑运算，产生真正的下一条微程序地址；（3）在
微程序的控制下单步执行微指令序列。
1.4微指令格式

表1微指令格式

位23222120191817161514131211109876543210

-ALU_-PC_B-SW_B-RO_B
控制信号S3S2S1S0M-Cn-CEWELOADLDR0LDDR1LDDR2LDIRLDPCLDARP(1)uA3uA2uA1uA0
BUSUSUSUS

1.5微程序流程图：

图2微程序流程图

1.6微程序代码表

位23222120191817161514131211109876543210

微地址S3S2S1S0M-CN-CEWELOADLDR0LDDR1LDDR2LDIRLDPCLDAR-ALU_B-PC_B-SW_B-RO_BP(1)uA3uA2uA1uA0
00000001101000011101100001
01000001001000100111111000
02000001001000001111100011
03000001001001000111100100
04000001101010000111000101
05100100101100000011100000
06000001001000001111100111
07000001011000000111000000
10000001101100000110100000
11000001101000011101100010
12000001101000011101100110
13000001101000011101101101
14000001101000011101101111
15000001001000010111101110
16000001101000000111100000
17000001000000010111100000
1.7数据通路总体图

图3数据通路总体图
五条机器指令格式(其中，A为内存地址8bit)：

IN000XXXXX8bit

ADD001XXXXXA16bit

STA010XXXXXA16bit

OUT011XXXXXA16bit

JMP100XXXXXA16bit

RAM中装入的程序和数据(其中，地址为8进制)：

地址内容含义

0000000000IN（开关数据自定）

0100100000ADD

020000101012

0301000000STA

040000101113

0501100000OUT

060000101113

0710000000JMP

100000000000

11

1210000011

13求和结果

1.8实验任务及步骤

（1）实验连线：本次实验大部分的连线已由教师完成，请同学们对照微指令格式，完成

微程序控制器的剩余部分连线。

（2）实验环境初始化：实验平台通电前请关闭DR1（74ls273），DR2（74ls273）,存储器

（6116）的地址锁存器（74ls273），微程序控制器的地址锁存器（74ls175）的自动清零功能，

将几个芯片的-MR引脚置为“1”。

时钟发生器的功能设定为单步执行，具体信号为：STOP=0，STEP=1。

（3）加电运行初始化：①指令寄存器IR自动清零，程序计数器PC手动清零，将两片

74ls163的ENT,ENP引脚置“1”，-CR引脚置“0”，打开三态门开关，给单步时钟脉冲；
②程序计数器PC设定为单步技术功能，并交由微程序控制，将-CR引脚置“1”，关闭三

态门开关；③关闭指令寄存器IR清零功能，交由微程序控制，将-MR设为“1”。

（4）在se