计算机组成原理 基本模型机实验

淮海工学院计算机工程学院实验报告书

课程名：《计算机组成原理》

题目：实验四基本模型机实验

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1、目的与要求

1）在“微程序控制器的组成与微程序设计实验”的基础上，将第一部分中的各单元组成系统，构造一台基本模型计算机。

2）本实验定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试运行，形成整机概念。2、实验设备

1) ZYE1601B计算机组成原理教学实验箱一台，排线若干。

2) PC机一台。

3、实验步骤与源程序

l) 根据该模型机的指令系统，编写一段程序。这里给出两个参考程序。

参考程序一：

本程序从输入设备（数码开关）取入数据，保存在内存单元08，然后从08单元送到输出设备（LED数码管）进行显示。然后程序停止（请实验者考虑：如何修改程序，使程序不断从输入设备取出数据，送到输出设备显示。每次循环过程中，可以使输入设备数据改变，考察输出显示的结果。）。

设计机器指令程序如下（机器码为十六进制数据）。

地址内容助记符说明

00 00 IN ；输入开关数据→R0

01 20 STA [08H] ；R0→[08]

02 08 ；地址

03 30 OUT [08H] ；[08H]→BUS

04 08 ；地址

05 40 JMP [00H] ；00H→PC

06 00 ；跳转地址

参考程序二：

本程序从输入设备（数码开关）读入数据，与0A单元的数据相加，然后送到输出设备（LED 数码管）进行显示。本程序不断地循环运行，在运行中可改变输入开关（INPUT）的值，观察输出显示的变化。

设计机器指令程序如下（机器码为十六进制数据）。

地址内容助记符说明

00 00 IN ；输入开关数据→R0，采集数据

01 10 ADD [0AH] ；R0＋[0AH]→R0，输入数据与指定数据相加

02 0A ；地址

03 20 STA [0BH] ；R0→[0B]

04 0B ；地址

05 30 OUT [0BH] ；[0BH]→BUS，输出显示

06 0B ；地址

07 40 JMP [00H] ；00H→PC

08 00 ；跳转地址

0A 01 ；加数，可自定

0B ；求和结果保存在0B单元

2) 按图1连接实验线路。

3) 写程序：

对于本实验箱可以用两种方法来写入程序。

方法一：手动写入

（1）先将机器指令对应的微代码正确地写入2816中，由于在实验1.6微程序控制器的组成与微程序设计实验中已将微代码写入E2PR0M芯片中，对照表2—2校验正确后就可使用。

（2）使用控制台WRITE 和READ 微程序进行机器指令程序的装入和检查，其操作如下：

A. 使SP03为“STEP ”状态，SP04为“RUN ”状态，中断开关SP05处于“NORM ”状态，编程开关SP06处于“RUN ” 状态，。

B. 拨动总清开关CLR （1→0→1），微地址寄存器清零，程序计数器清零。然后使控制台SWB 、SWA 开关设置为“01”，按动一次启动开关START ，微地址显示灯显示“010001”，再按动一次START ，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令，按动两次START 键后，即完成该条指令的写入。若仔细阅读WRITE 的流程，就不难发现，机器指令的首地址总清后为零，以后每个循环PC 会自动加1。所以，每次按动START ，只有在微地址灯显示“010100”时，才设置内容，直到所有机器指令写完。

C. 校验。拨动总清开关CLR （1→0→1）后，微地址清零。PC 程序计数器清零，然后使控制台开关SWB 、SW A 为“00”，按动启动start ，微地址灯将显示“010000”，再按START ，微地址灯显示为“010010”，第三次按START ，微地址灯显示为“010111”，再按START 后，此时输出单元的数码管显示为该首地址中的内容。不断按动START ，以后每个循环PC 会自动加1，可检查后续单元内容。每次在微地址灯显示为“010000”时，是将当前地址中的机器指令写入到输出设备中显示。

方法二：联机读/写程序

按照规定格式，将机器指令及表2-2微指令二进制表编辑成十六进制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代码为将表2-2中的24位微代码按从左到右分成3个8位，将此三个8位二进制代码化为相应的十六进制数即可。

图1 基本模型机实验接线图

参考程序一的机器指令： $P0000 $P0120

$P0208 $P0330

$P0408

$P0540

$P0600 参考程序二的机器指令：

$P0000 $P0110 $P020A $P0320 $P040B

$P0530 $P060B $P0740 $P0800 $P0A01

微程序（以上两程序公用）：

$M00018110 $M0101ED82 $M0200C048 $M0300E004 $M0400B005 $M0501A206 $M06959A01 $M0700E00D $M08001001 $M0901ED83

$M0A01ED87

$M0B01ED8E

$M0C01ED96

$M0D028201

$M0E00E00F

$M0F00A015

$M1001ED92

$M1101ED94

$M1200A017

$M13018001

$M14002018

$M15070A01

$M1600D181

$M17070A10

$M18068A11

用联机软件的装载程序功能，将该格式文件传入实验箱即可（具体方法参见软件使用说明）。参考程序一的文件名为“基本模型机1”，参考程序二的文件名为“基本模型机2”

4) 运行程序

（1）单步运行程序

A. 使中断控制开关SP05处于“NORM”状态，编程开关SP06处于“RUN”状态，

SP03为“STEP”状态，SP04为“RUN”状态，SWA为“1”，SWB为“1”状态。

B. 拨动总清开关CLR（1→0→1），微地址清零，程序计数器清零，程序首址为00H。

C. 单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。对照微程

序流程图，观察微地址显示灯是否和流程一致。

D. 当运行结束后，可检查运行结果是否和理论值一致。

（2）连续运行程序

A. 使“SIGNAL UNIT”中的SP03开关设置为“RUN”状态。SP04开关设置为“RUN”

状态。

B. 拨动CLR开关，微地址及程序计数器清零，然后按动START，系统连续运行程序，

稍后将SP04拨至“STOP”时，系统停机。

C. 停机后，可检查运算结果是否正确。

（3）联机运行程序

按总清开关CLR（1→0→1）清零后，程序首址为00H。通过联机软件进入调试界面（其操作方法参见附录3系统联机操作软件说明），可以通过调试程序的操作界面控制程序的运行（注意SW A、SWB的状态都为“1”）。

4、结果分析与实验体会

本次实验要接的线比较多，接的我都有点头晕了。最终还是按照书上把线接好了。按好后，按照说明一步步做，得到了正确的结果。只要线接对，就没什么大的问题了。