计算机组成原理课程设计 实验四 简单模型机实验

实验7 简单模型机实验 一、实验目的 二、实验原理 三、实验内容及要求 四、实验步骤

一、实验目的 掌握微程序控制器的结构和工作原理。 掌握手动装入与修改程序的方法。 掌握联机装入与修改程序的方法。 掌握整机概念和程序的执行过程。

二、实验原理 1、简单模型机的系统结构 2、简单模型机的指令系统 3、简单模型机的微程序流程图 4、简单模型机的微指令地址分配 5、简单模型机的微代码 6、微代码装入方法 7、程序的机器码装入方法 8、启动程序执行

2、简单模型机的指令系统 (1)IN DR，PORTAR 功能：输入设备(开关)数据送DR，PORTAR为输入设备的端口地址。 11 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 11 0000 DR PORTAR (2)ADD DR， [ADDR] 功能：（DR）+[ADDR] →DR，结果影响标志；直接寻址，直接地址ADDR在指令第二字节。 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 11 0001 DR ADDR

2、简单模型机的指令系统 (3)STA [ADDR]，DR 功能：DR→[ADDR]；直接寻址，DR的内容送主存ADDR地址单元。 11 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 11 0010 DR ADDR (4)OUT [PORTAR]，[ADDR] 功能：[ADDR]→LED；直接寻址，主存ADDR地址单元的内容送输出设备发光管显示。 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 11 0011 DR ADDR PORTAR

2、简单模型机的指令系统 (5)JMP ADDR 功能：ADDR→PC，程序跳转到主存ADDR地址继续执行。 11 0100 DR ADDR I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 11 0100 DR ADDR

3、简单模型机的微程序流程图

控制台流程图

控制台操作 作用： 控制：开关KB、KA 写内存：手动从开关装入程序和数据→主存中 读内存：手动检查写入的程序和数据是否正确 执行程序：启动程序执行 控制：开关KB、KA 拨CLR开关“1→0→1”后，按START微动开关 KB KA 控制台指令 功能 10 读内存 对内存从0号单元开始连续进行读操作 01 写内存 对内存从0号单元开始连续进行写操作 00、11 启动程序 转入取指令微程序段入口开始执行

4、简单模型机的微指令地址分配 首先确定那些J1＃～J5＃微指令的下址字段，然后再确定它散转到的微指令的地址。 然后其他顺序执行的微指令就随意安排。 本实验中只涉及J1＃和J3＃。 “J1＃”微指令的下址字段：10H “J3＃”微指令的下址字段：08H

4、简单模型机的微指令地址分配 J1#=0时，根据指令的操作码（OP）I7～I4进行散转，产生该条指令的微程序入口地址。散转规则： MA6～MA0 = MA6～MA0 || 010I5I4I3I2 当I7I6≠11时(即指令格式1、2、3的指令) ， MA6～MA0 = MA6～MA0 || 000I7I6I5I4

4、简单模型机的微指令地址分配 J3#=0时，根据开关KB、KA状态进行转移；主要用于控制台操作指令。散转规则： MA6～MA0 = MA6～MA0 || 00000KB KA

5、简单模型机的微代码 微地址 微代码 BTO OTB FUNC FS S3 - S0 M Ci N 下址 微指令注释 00H 01C008 000 011 1 000000 0001000 J(3) 01H DC4002 110 111 0000010 PC->AR,PC+1 02H 610003 010 0000011 RAM->IR 03H 00C010 001 0010000 J(1) 04H C10005 0000101 RAM->AR 05H 820001 100 0000001 IN->DR 06H C10007 0000111 07H 410020 0100000 RAM->DA2 08H 000001 NULL 09H DC400C 0001100 0AH C40E0F 001110 0001111 0->AR 0BH 0CH 21000D 0001101 RAM->DA1 0DH C40E0E 0001110

5、简单模型机的微代码 0EH 058109 000 001 011 000001 0001001 DA1->OUT 0FH 微地址 微代码 BTO OTB FUNC FS S3 - S0 M Ci N 下址 微指令注释 0EH 058109 000 001 011 000001 0001001 DA1->OUT 0FH 22001C 100 000000 0011100 IN->DA1 10H 0000000 NULL 1CH DC401D 110 111 1 0011101 PC->AR, PC+1 1DH 04BE0A 111110 0001010 DA1->RAM 20H 300021 0100001 DR->DA1 21H 87E501 100101 0000001 DA1+DA2->DR,CyNCn# 22H C10023 010 0100011 RAM->AR 23H 108001 DR->RAM 24H C10025 0100101 25H 210026 0100110 RAM->DA1

5、简单模型机的微代码 26H DC4027 110 111 000 1 000000 0100111 PC->AR, PC+1 微地址 微代码 BTO OTB FUNC FS S3 - S0 M Ci N 下址 微指令注释 26H DC4027 110 111 000 1 000000 0100111 PC->AR, PC+1 27H C10028 011 0000001 RAM->AR 28H 058101 001 000001 DA1->LED 29H 21002A 010 0101010 RAM->DA1 2AH E44101 RAM->PC 30H DC4004 0000100 PC->AR,PC+1 31H DC4006 0000110 32H DC4022 0100010 33H DC4024 0100100 34H DC4029 0101001

6、微代码装入方法 手动装入：通过24位微代码开关和7位微地址开关 联机装入：通过上位机（虚拟仿真）软件 上位机软件工作方式： 联机主控：可以通过软件来控制和动态显示指令在实验仪上执行过程；上下载程序、微程序 单步程序、单步微程序、连续执行、停止执行 联机从控：软件只用来上下载程序、微程序。 仿真方式：不使用实验仪，所有部件用软件模拟仿真实现。

7、程序的机器码装入方法 手动装入：执行控制台“写内存”操作，通过8位输入开关输入程序和数据 联机装入：通过上位机软件下载到实验仪内存

手动装入程序机器码 执行控制台“写内存”操作，通过8位输入开关输入程序和数据 将编程开关置于“RUN”状态，RUN#/STEP开关置于“STEP”状态。 操作CLR开关，使CLR信号“1→0→1”，程序计数器PC清零，微地址清零。 开关KBKA置为“0 1”，即写内存状态。

手动装入程序机器码 按动启动键START一次，则从控存00H单元开始执行微指令，微地址显示灯显示“0001010”，第二次按动START键，微地址显示灯显示“001111”，此时，将数据开关置为要写入的机器指令代码或数据，再按动START键两次，即完成该条指令的写入，同时PC指向下一个内存单元。继续按动START键，当且仅当微地址显示灯显示“0001111”时，才从开关上置入指令代码，直至所有的程序代码写入完毕。

手动校验程序机器码 执行控制台“读内存”操作，通过输出设备（8位LED显示灯）显示程序和数据代码 将编程开关置于“RUN”状态，RUN#/STEP开关置于“STEP”状态。 操作CLR开关，使CLR信号“1→0→1”，程序计数器PC清零，微地址清零。 开关KB KA置为“1 0”，即读内存状态。

手动校验程序机器码 按动启动键START一次，则从控存00H单元开始执行微指令，微地址显示灯显示“0001001”，第二次按动START键，微地址显示灯显示“0001100”， 第三次按动START键，微地址显示灯显示“0001101”， 第四次按动START键，微地址显示灯显示“0001110”，此时，输出设备（OUTPUT DEVICE）发光管上将显示内存00H号单元的内容，检查是否与写入的数据相同。 继续按动START键，当且仅当微地址显示灯显示“0001001”时，发光管上显示的内容才是内存的数据。每个循环PC会自动增1，由此，可检查后续单元的内容是否正确。

8、启动程序执行 脱机执行：执行控制台“启动程序”操作 联机执行： KB KA＝00/11，编程开关（三态）＝ RUN 单步执行：RUN#/STEP＝STEP 连续执行：RUN#/STEP＝RUN＃ CLR信号“1→0→1”，使微地址清零，PC清零，即程序首址为00H 按动START键，单步执行（微指令）或者连续执行。 联机执行： 联机主控：通过软件控制 联机从控：同脱机执行的控制方法

使用上位机软件装入程序和微程序 主控模式下： 打开文件 下装 运行 后缀为.yyy 从上位机装程序和微程序到实验仪 KBKA=11/00，CLR=1-0-1，编程开关=RUN 运行

三、实验内容及要求 1、要求运行以下测试程序，观察程序执行的流程，并检验结果是否正确。 助记符 备注 IN R0，[00H] IN →R0 ADD R0，[10H] R0+[10H] → R0 STA R0，[10H] R0 → [10H] OUT [10H] ，[00H] [10H] → LED JMP 00H 00H→PC

测试程序机器代码 地址 内容 助记符 备注 00H 11000000B ；IN R0，[PORTAR] IN ->R0 01H ；ADD R0，[10H] R0+[10H]-> R0 03H 00010000B ；直接地址10H 04H 11001000B ；STA R0，[10H] R0->[10H] 05H ；直接地址 10H 06H 11001100B ；OUT [10H] ，[PORTAR] [10H]->LED 07H 08H 09H 11010000B ；JMP 00H 00H→PC 0AH ；直接地址00H …… 10H ；和 ；须检验的结果

三、实验内容及要求 2、将程序中的R0更换为R2，应如何修改？ 3、若将微程序流程图中的“J1＃”散转的微指令下址改为20H，会发生什么情况？ 4、将指令系统5条指令的格式修改为格式 1 ，指令散转地址是多少？ 5、如果指令OUT的功能修改为以下所示，则如何修改微程序流程图和微代码？ I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 (4)OUT [PORTAR]，DR 功能：DR→LED； 11 0011 DR PORTAR

四、实验步骤 1、按图连接实验线路，并检查。 2、用串口线连接实验仪和微机。 3、运行上位机软件，选择相应串口，选择“联机主控”工作方式。 4、打开文件“简单模型机的设计与实现.yyy”，并下载。 5、实验仪清零（CLR开关），上位机清零（点击Clr按钮），实验仪KBKA＝00/11。 6、单步或者连续运行程序。 7、检查结果是否正确。 8、若结果正确，使用“联机从控”工作方式实验。

连线图