计算机组成原理实验（接线、实验步骤）

计算机组成原理实验（接线、实验步骤）
实验⼀运算器
[实验⽬的]
1.掌握算术逻辑运算加、减、乘、与的⼯作原理；
2.熟悉简单运算器的数据传送通路；
3.验证实验台运算器的8位加、减、与、直通功能；
4.验证实验台4位乘4位功能。

[接线]
功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1 IR/DBUS=DBUS
接线：LRW：GND（接地）
IAR-BUS# 、M1、M2、RS-BUS#：接+5V
控制开关：K0：SW-BUS# K1：ALU-BUS
K2：S0 K3：S1 K4：S2
K5：LDDR1 K6：LDDR2
[实验步骤]
⼀、(81)H与(82)H运算
1.K0=0：SW开关与数据总线接通
K1=0：ALU输出与数据总线断开
2.开电源，按CLR#复位
3.置数（81）H：
在SW7—SW0输⼊10000001→LDDR2=1，LDDR1=0→按QD：数据送DR2置数（82）H：
在SW7—SW0输⼊10000010→LDDR2=0，LDDR1=1→按QD：数据送DR1 4.K0=1：SW开关与数据总线断开K1=1：ALU输出与数据总线接通
5. S2S1S0=010：运算器做加法
（观察结果在显⽰灯的显⽰与进位结果C的显⽰）
6.改变S2S1S0的值，对同⼀组数做不同的运算，观察显⽰灯的结果。

⼆、乘法、减法、直通等运算
1.K0K1=00
2.按CLR#复位
3.分别给DR1和DR2置数
4.K0K1=11
5. S2S1S0取不同的值，执⾏不同的运算
[思考]
M1、M2控制信号的作⽤是什么？
运算器运算类型选择表
选择操作
S2 S1 S0
0 0 0 A&B
0 0 1 A&A(直通)
0 1 0 A+B
0 1 1 A-B
1 0 0 A(低位)ΧB(低位)
完成以下表格
ALU-BUS SW-BUS# 存储器内容S2S1S0 DBUS C
输⼊时：计算时：DR1：01100011
DR2：10110100
（与）
DR1：10110100
DR2：01100011
（直通）
DR1：01100011
DR2：01100011
（加）
DR1：01001100
DR2：10110011
（减）
DR1：11111111
DR2：11111111
（乘）
实验⼆双端⼝存储器
[实验⽬的]
1.了解双端⼝存储器的读写；
2.了解双端⼝存储器的读写并⾏读写及产⽣冲突的情况。

[接线]
功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1 IR/DBUS= DBUS AR1/AR2=AR1接线：IAR_BUS# ←→+5V ：禁⽌IAR输出
RS_BUS# ←→+5V ：禁⽌寄存器堆RF输出
M3 ←→+5V ：
ALU_BUS ←→GND（接地）：禁⽌运算器输出
AR1_INC ←→GND（接地）：禁⽌AR1⾃动+1
控制开关：K0：CEL# K1：LRW K2：CER
K3：LDAR1 K4：LDAR2 K5：SW-BUS#
K6：LDIR
CEL# = 0：选中左端⼝LRW= 0：左端⼝读
1：禁⽌左端⼝1：左端⼝写
注意：①SW-BUS#、CEL#不能同时为0。

②使⽤左端⼝向某⼀存储单元写⼊，将地址写⼊AR1后，应置LDAR1(K4)=0，避免写数时数据同时进⼊AR1。

[实验内容及步骤]
⼀、向左端⼝写数并读出
1．写数
IR/DBUS= DBUS AR1/AR2=AR1
K0-6=1101000
SW7-0=00H，按QD：将00地址写⼊AR1
K0K1K3=000
SW7-0=80H，按QD：将数据80写⼊00单元
重复在10H、20H、30H、40H单元分别写⼊数据81H、82H、83H、84H
2．读数
K0-6=1101000
SW7-0=00H，按QD：将00地址写⼊AR1
K5=1，K3=0，K0=0，K1=1：读出00地址的数据
重复读出10H、20H、30H、40H单元的数据，记录DBUS和AR1的灯显⽰。

⼆、在右端⼝读数（将00H、10H、20H、30H、40H单元的数据从右端⼝读出，
写⼊IR）
IR/DBUS= IR AR1/AR2=AR2
K0-6=1100100
SW7-0=00H，按QD：将00地址写⼊AR2
K4=0，K2=1，K6=1，按QD：读出00地址的数据，并写⼊IR
重复读出10H、20H、30H、40H单元的数据，记录IR和AR2的灯显⽰。

三、并⾏读写，访问冲突
1．AR1/AR2=AR1
K0-6=1101000
SW7-0=38H，按QD：将38地址写⼊左边
AR1/AR2=AR2
K3=0，K4=1，K5=0
SW7-0=38H，按QD：将38地址写⼊右边
2．K2=1 K0=1 测BUSYL
K2=1 K0=0 测BUSYL 先选中右边再选中左边
K2=1 K0=1 测BUSYL
3．K0=0 K2=0 测BUSYR
K0=0 K2=1 测BUSYR 先选中左边再选中右边
K0=0 K2=0 测BUSYR
完成以下表格
00H 10H 20H 30H 40H AR1
1．左端⼝
读数
DBUS
AR2
2．右端⼝
读数
IR
BUSYL BUSYR
K2=1 K0=1K0=0 K2=0
K2=1 K0=0K0=0 K2=1
K2=1 K0=1K0=0 K2=0
实验三数据通路
[实验⽬的]
1. 将双端⼝通⽤存储器堆和双端⼝存储器模块联机；
2. 进⼀步熟悉计算机的数据通路；
3. 锻炼分析问题与解决问题的能⼒，培养独⽴分析故障现象，并解除故障的能⼒。

与总线相连的数据源有5个，任⼀时刻只能有⼀个有效。

数据源1：运算器ALU ：ALU_BUS
数据源2：寄存器堆RF ：RS_BUS#
数据源3：数据开关SW7-0 ：SW_BUS#
数据源4：双端⼝存储器RAM ：CEL#、LRW
数据源5：中断寄存器：IAR_BUS#
RF寄存器堆有R0，R1，R2，R3四个寄存器，带⼀个写⼊端和两个读出端。

RD0、RD1控制A端，RS0、RS1控制B端。

WRD=1 将（ER）写⼊WR0，WR1选中的寄存器
WRD=0 读
双端⼝存储器（左端⼝控制信号）
CEL#=1 禁⽌左端⼝
CEL#=0 允许左端⼝，（LRW=0 左端⼝写，LRW=1 左端⼝读）
[接线]
功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1
接线：IAR_BUS# ←→+5V ：禁⽌IAR输出
CER ←→GND（接地）：禁⽌双端⼝存储器右端⼝输出
AR1_INC←→GND（接地）：禁⽌AR1⾃动+1
M2 ←→GND（接地）：DR2选择RF作数据源
S2S1S0=001：直通运算
控制开关：K0：SW-BUS# K1：RS_BUS# K2：ALU-BUS K3：CEL# K4：LRW K5：LDAR1 K6：LDDR2 K7：LDER K8：RS0
K9：RS1 K10：RD0 K11：RD1
K12：WR0 K13：WR1 K14：WRD
[实验内容及步骤]
⼀、向RF中的四个通⽤寄存器分别置数：
R0=（0F）H R1=（F0）H R2=（55）H R3=（AA）H
（1）将0F送⼊R0
K0-14=0 101 100 000 000 00
K0K7=01 , 开关置数0F，按QD ：0F送⼊ER
K7K14=01，K12K13=00，按QD ：（ER）送⼊R0
（2）将F0送⼊R1
（3）将55送⼊R2
（4）将AA送⼊R3
⼆、将寄存器R0⾄R3的数据读⼊DR2寄存器和DBUS。

1. 将寄存器R0⾄R3的数据读⼊DBUS
（1）将R0送⼊DBUS
IR/DBUS=DBUS
K0=1，K2-7=011000 K10-14=00000
K1=0，K8K9=00，记录DBUS灯显⽰的值
（2）将F0送⼊DBUS
（3）将55送⼊DBUS
（4）将AA送⼊DBUS
2. 将寄存器R0⾄R3的数据读⼊DR2寄存器再到DBUS
（1）将寄存器R0的数据读⼊DR2寄存器再到DBUS
K01=11 K3-5=110 K7-9=000 K12-14=000
K2=1 K10,11,6=001 按QD, 记录DBUS灯显⽰的值
（2）将寄存器R1的数据读⼊DR2寄存器再到DBUS
（3）将寄存器R2的数据读⼊DR2寄存器再到DBUS
（4）将寄存器R3的数据读⼊DR2寄存器再到DBUS
三、将寄存器R0⾄R3的数据分别送⼊存储器0FH、F0H、55H、AAH单元。

（1）将寄存器R0的数据写⼊存储器0FH单元AR1/AR2=AR1
K2=0 K5-7=000 K10-14=00000
K1=1 K0=0 K5=1 K3=1 开关置数0F，按QD：输⼊内存地址0F
K0=1 K1=0 K5=0 K8,9=00K3,4=00，按QD：R0数值存⼊0F单元（2）将寄存器R1的数据写⼊存储器F0H单元
（3）将寄存器R2的数据写⼊存储器55H单元
（4）将寄存器R3的数据写⼊存储器AAH单元
四、将存储器AAH、55H、F0H、0FH单元的值依次送⼊寄存器R0⾄R3。

1. 存储器AAH、55H、F0H、0FH单元的值送⼊寄存器R0⾄R3
（1）将存储器AAH单元的数据写⼊寄存器R0
K1=1 K2=0 K6=0 K8-11=0000
K0=0 K5=1 K3=1 K14=0 开关置数AA，按QD：输⼊地址AA K14=0 K0=1 K3=0 K4=1 K5=0 K7=1，按QD：(AA)H→ER K0=1 K5=0 K7=0 K3=1 K14=1 K12,13=00，按QD：ER→R0 （2）将存储器55H单元的数据写⼊寄存器R1
（3）将存储器F0H单元的数据写⼊寄存器R2
（4）将存储器0FH单元的数据写⼊寄存器R3
2. 寄存器R0⾄R3的值送⼊DBUS
（1）R0的值送⼊DBUS
IR/DBUS=DBUS
K0=1 K2-7=011 000 K10-14=00000
K1=0 K8,9=00 记录DBUS灯显⽰的值
（2）R1的值送⼊DBUS
（3）R2的值送⼊DBUS
（4）R3的值送⼊DBUS
完成以下表格
步骤DBUS(1) DBUS(2) DBUS(3) DBUS(4)
⼆、 1
⼆、 2
四、2
实验四常规型微程序控制器组成
[实验⽬的]
1. 掌握微程序控制器的组成原理；
2. 掌握微指令的格式及微程序流程。

[接线]
功能开关：DB=0 DZ=0 DP=1 接线：
SKIP ←→ GND
C ←→ K0
IR7～IR4 ←→ K1～K4
TJI ←→ K5
控制器
控制台⽅式开关SWC、SWB、SWA
SWC=0、SWB=0、SW A=0（PR，启运程序）
SWC=0、SWB=0、SW A=1（KRD读双端⼝存储器）
SWC=0、SWB=1、SW A=0（KWE写双端⼝存储器）
在按CLR#复位后，根据SWC、SWB、SWA状态来选择⼯作⽅式。

（1）PR，启运程序：⾸先在SW7-SW0指定启动地址，按启动按钮QD后，启动程序运⾏。

（2）KRD读双端⼝存储器：
①⾸先在SW7-SW0输⼊存储器地址，按QD，将地址打⼊地址寄存器AR1，读出存储器内容到数据总线；
②按QD，地址寄存器AR1加1，读出新地址存储器内容到数据总线；
③重复，直到按复位按钮CLR#为⽌。

（3）KWE写双端⼝存储器：
①⾸先在SW7-SW0输⼊存储器地址，按QD，将地址打⼊地址寄存器AR1；
②在SW7-SW0输⼊数据，按QD，写数据到AR1指定的存储单元，地址寄存器AR1加1；
③返回②，重复，直到按复位按钮CLR#为⽌。

[实验内容]
⼀、实验前完成下⾯的表格
微指令地址微指令编码微指令地址微指令编码00H ( 00 05 C0 02 07 )H3CH
07H 17H
27H 3FH
3DH 3EH
三种控制台指令的功能由SWC、SWB、SWA三个⼆进制开关的状态来指定（KRD=001B，KWE=010B，PR=000B）。

以单拍（DP）⽅式执⾏控制台微程序，读出上述⼋条微指令，⽤P字段和微地址指⽰灯跟踪微指令的执⾏情况，并与上表数据对照。

步骤：
1．K5（TJI）=0 DP=1 DZ=0 DB=0
SWC=0、SWB=0、SWA=1（KRD读双端⼝存储器）
按CLR#，微地址显⽰为00H，⽤逻辑笔测试有关信号的电平，记下微指令编码
→按QD后，微地址显⽰为17H，⽤逻辑笔测试有关信号的电平，记下微指令编码
→按QD后，微地址显⽰为3FH，⽤逻辑笔测试有关信号的电平，记下微指令编码
→按QD后，微地址显⽰为3EH，⽤逻辑笔测试有关信号的电平，记下微指令编码
→按QD后，微地址显⽰为3FH→按QD后，微地址显⽰为3EH……
2. SWC=0、SWB=1、SWA=0（KWE写双端⼝存储器）
按CLR#→00H→27H→3DH→3CH
3．SWC=0、SWB=0、SWA=0（PR启运程序）
按CLR#→00H→07H→05H
⼆、熟悉05H，10H两条微指令的功能和P2测试的状态条件（IR4～IR7），⽤⼆进制开关设置IR7～IR4的不同状态，观察ADD⾄STP九条机器指令微地址转移逻辑功能的实现（⽤逻辑笔测试有关信号的电平）。

完成下⾯的表格。

*注：05H微指令：根据PC地址，取指令送指令寄存器，PC+1
05H微指令（00 05 C4 91 10）H：表⾯上下⼀微指令地址是10H，但P2=1，则下⼀微指令的真正地址=（10）H+IR7 IR6 IR5 IR4
指令OP码微指令地址微指令编码
ADD 0000 10H 3BH
SUB 0001 11H 3AH
MUL AND LDA STA
实验五 CPU 组成与机器指令执⾏
[实验⽬的]
1. 将微程序控制器同招待部件联机，组成⼀台模型计算机；
2. 运⾏九条指令组成的程序，掌握机器指令与微指令的关系，建⽴计算机的整
机概念。

[接线] 接线：
控制器的输出SW_BUS#、RS_BUS 、ALU_BUS 、CEL#、LRW 、WRD 、LDDR1(LDDR1+LDDR2)、M1(M1+M2)、S2、S1、S0、LDAR1(LDAR1+LDAR2)、LDIR(LDIR+CER)、LDPC(LDPC+LDR4)、PC_ADD 、PC_INC 、M4、LDIAR 、AR1_INC 、M3、LDER 、IAR_BUS#依次与数据通路的对应信号连接，共27条线。

控制台⽅式开关SWC 、SWB 、SWA
SWC=0、SWB=1、SW A=1（KLD ，加载寄存器堆） SWC=1、SWB=0、SW A=0（KRR ，读寄存器堆）
在按CLR#复位后，根据SWC 、SWB 、SWA 状态来选择⼯作⽅式。

● KLD 加载寄存器堆：
①⾸先在SW7-SW0输⼊存储器地址，按QD ：将此地址打⼊地址寄存器
AR1和地址寄存器AR2。

②在SW7-SW0置数据，数据的低2位D1、D0是寄存器号，按QD ：写
数据到AR1指定的存储单元；然后将写⼊的数据从右端⼝读出，并送⼊指令寄存器IR 。

③在SW7-SW0置好数据，该数据为写⼊寄存器的值，寄存器号由IR 低2
位指定，按QD ：将此数据写⼊寄存器ER 后写⼊指定的寄存器。

④返回②，依次进⾏下去，直到按复位按钮CLR#为⽌。

●KRR ，读寄存器堆：
①⾸先在SW7-SW0输⼊存储器地址，按QD ，将地址打⼊地址寄存器AR1
和地址寄存器AR2。

② SW7-SW0输⼊数据，数据的D3、D2位是寄存器号，按QD ：写数据到
AR1指定的存储单元；然后将写⼊的数据从右端⼝读出，并送⼊指令寄存器IR 。

同时将IR3、IR2指定的寄存器送往DBUS 。

从开关IR/DBUS 可看到IR 的值和IR 指定的寄存器的值。

C ←→ C IR7～IR4 ←→ IR7～IR4 TJ ←→ TJI 控制器 IR0 ←→ RD0 + WR0 IR1 ←→ RD1 + WR1 IR2 ←→ RS0 IR3 ←→ RS1
③返回②，重复，直到按复位按钮CLR#为⽌。

地址指令机器代码
00H LDA R0，[R2] 58H
01H LDA R1，[R3] 5DH
02H ADD R0，R1 04H
03H JC +5 95H
04H AND R2，R3 3EH
05H SUB R3，R2 1BH
06H STA R3，[R2] 4BH
07H MUL R0，R1 24H
08H STP 60H
09H JMP [R1] 84H
[实验内容]
分别⽤单拍、单指、连续⽅式运⾏上述程序。

初始值为：
R2=60H，R3=61H，（60H）=24，（61H）=83
1．置R2=60H，R3=61H
步骤：（1）DP-DZ-DB=000 SWC—SWB—SWA=011 按CLR：实验处于寄存器加载⼯作⽅式KLD；
（2）从SW7-SW0开关输⼊0FFH，按QD：将0FFH写⼊AR1和AR2；
从SW7-SW0开关输⼊02H，按QD：将02H 写⼊IR；
从SW7-SW0开关输⼊60H，按QD：将60H 写⼊R2；
从SW7-SW0开关输⼊03H，按QD：将03H 写⼊IR；
从SW7-SW0开关输⼊61H，按QD：将61H 写⼊R3；
（3）按CLR#
2．存程序机器码（00H-09H地址存指令58H、5DH，…）
步骤：（1）DP-DZ-DB=000 SWC—SWB—SWA=010 按CLR：实验处于写双端⼝存储器⼯作⽅式KWE；
（2）从SW7-SW0开关输⼊00H，按QD：输⼊内存⾸地址00H；
从SW7-SW0开关输⼊58H，按QD：将58H写⼊内存的00H单元；
从SW7-SW0开关输⼊5DH，按QD：将5DH写⼊内存的01H单元；
从SW7-SW0开关输⼊04H，按QD：将04H写⼊内存的02H单元；。

从SW7-SW0开关输⼊84H，按QD：将84H写⼊内存的09H单元；
（3）按CLR#
3．置（60H）=24，（61H）=83
步骤：（1）DP-DZ-DB=000 SWC—SWB—SWA=010 按CLR：实验处于写双端⼝存储器⼯作⽅式KWE；
（2）从SW7-SW0开关输⼊60H，按QD：输⼊内存⾸地址600H；
从SW7-SW0开关输⼊24H，按QD：将24H写⼊内存的60H单元；
从SW7-SW0开关输⼊83H，按QD：将5DH写⼊内存的61H单元；
（3）按CLR#
4．DP⽅式执⾏程序
步骤：（1）DP-DZ-DB=100 SWC—SWB—SWA=000 按CLR
（2）从SW7-SW0开关输⼊00H，多次按QD，随时观察微地址灯、判断字段指⽰灯对照微程序流程图，可以判断出微指令的地址和正在执⾏的微操作。

写出最后R0—R3、60H、61H的值。

5．DZ⽅式执⾏程序
步骤：（1）DP-DZ-DB=010 SWC—SWB—SWA=000 按CLR#
（2）重置R2、R3、60H、61H的值，
（3）从SW7-SW0开关输⼊00H，多次按QD，单指⽅式执⾏程序
6．连续⽅式执⾏程序
步骤：（1）DP-DZ-DB=000 SWC—SWB—SWA=000 按CLR#
（2）重置R2、R3、60H、61H的值，
（3）从SW7-SW0开关输⼊00H，按QD，连续⽅式执⾏程序
实验六中断原理[实验⽬的]
1. 模拟单级中断和中断返回过程；
2. 了解微程序控制器与中断控制器协调⼯作原理。

[接线]
同实验五。

[实验内容]
1．（1）设置R1=21H R2=10H
① DP-DZ-DB=0 SWB=1 SWA=1（KLD⽅式），按CLR#
② SW7-0=FFH（存储器地址），按QD：FF写⼊AR1和AR2
③ SW7-0=01H，按QD：01写⼊IR
④ SW7-0=21H，按QD：21写⼊R1
⑤ SW7-0=02H，按QD：02写⼊IR
⑥ SW7-0=10H，按QD：10写⼊R2
⑦按CLR#
（2）存程序代码，10H地址=01，20-29H地址存程序
① SWB=1 SWA=0（KWRD⽅式），按CLR#
② SW7-0=10H，按QD
SW7-0=01H，按QD：01存⼊10H存储单元
③ SW7-0=20H，按QD
SW7-0=B0H，按QD
SW7-0=58H，按QD
……
SW7-0=84H，按QD：将程序代码存⼊20H-29H存储单元④ SW7-0=A0H，按QD SW7-0=30H，按QD
SW7-0=A0H，按QD：A0、A1地址送数（30H、A0H）2．执⾏程序，按中断
① DP-DZ-DB=0
② SW7-0=20H，按QD：程序从20H地址运⾏
③按INTR（中断请求）
④ SW7-0=A0H：设中断程序⼊⼝地址
DP=1
按QD：A0送PC
按QD：取指
按QD：置数
按QD：R0&R0
按QD：写回
执⾏中断程序
按QD：判有⽆中断
按QD：取指
按QD：返回
按QD：判有⽆中断
按QD：取指，返回主程序。