CPU与简单模型机设计实验.docx

CPU与简单模型机实验报告本实验要实现一个简单的 CPU，并且在此 CPU 的基础上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU 由运算器、微程序控制器、通用寄存器，指令寄存器、程序计数器和地址寄存器组成。这个 CPU 在写入相应的微指令后，就具备了执行机器指令的功能，但是机器指令一般存放在主存当中，CPU 必须和主存挂接后，才有实际的意义，所以还需要在该 CPU 的基础上增加一个主存和基本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。一、实验目的(1) 掌握一个简单 CPU 的组成原理。(2) 在掌握部件单元电路的基础上，进一步将其构造一台基本模型计算机。(3) 为其定义五条机器指令，编写相应的微程序，并上机调试掌握整机概念。二、实验设备PC机一台，TD-CMA 实验系统一套。三、实验原理四、实验步骤1. 按图5-1-5 连接实验线路。2. 写入实验程序，并进行校验，分两种方式，手动写入和联机写入。1) 手动写入和校验(1) 手动写入微程序① 将时序与操作台单元的开关 KK1 置为‘停止’档，KK3 置为‘编程’档，KK4 置为‘控存’档，KK5 置为‘置数’档。② 使用 CON 单元的 SD05——SD00 给出微地址，IN 单元给出低 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的低 8 位。③ 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为‘加 1’档。④ IN 单元给出中 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的中 8 位。IN 单元给出高 8 位应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元的高 8 位。⑤ 重复①、②、③、④四步，将表 5-1-2 的微代码写入 2816 芯片中。图 5-1-5 实验接线图(2) 手动校验微程序① 将时序与操作台单元的开关 KK1 置为‘停止’档，KK3 置为‘校验’档，KK4 置为‘控存’档，KK5 置为‘置数’档。② 使用 CON 单元的 SD05——SD00 给出微地址，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，MC单元的指数据指示灯 M7——M0 显示该单元的低 8 位。③ 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为‘加 1’档。④ 连续两次按动时序与操作台的开关 ST，MC 单元的指数据指示灯 M15——M8 显示该单元的中 8 位，MC 单元的指数据指示灯 M23——M16 显示该单元的高 8 位。⑤ 重复①、②、③、④四步，完成对微代码的校验。如果校验出微代码写入错误，重新写入、校验，直至确认微指令的输入无误为止。(3) 手动写入机器程序① 将时序与操作台单元的开关 KK1 置为‘停止’档，KK3 置为‘编程’档，KK4 置为‘主存’档，KK5 置为‘置数’档。② 使用 CON 单元的 SD07——SD00 给出地址，IN 单元给出该单元应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该存储器单元。③ 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为‘加 1’档。④ IN 单元给出下一地址（地址自动加 1）应写入的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，将 IN 单元的数据写到该单元中。然后地址会又自加 1，只需在 IN 单元输入后续地址的数据，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，即可完成对该单元的写入。⑤ 亦可重复①、②两步，将所有机器指令写入主存芯片中。(4) 手动校验机器程序①将时序与操作台单元的开关 KK1 置为‘停止’档，KK3 置为‘校验’档，KK4 置为‘主存’档，KK5 置为‘置数’档。② 使用 CON 单元的 SD07——SD00 给出地址，连续两次按动时序与操作台的开关 ST，CPU内总线的指数据指示灯 D7——D0 显示该单元的数据。③ 将时序与操作台单元的开关 KK5 置为‘加 1’档。④ 连续两次按动时序与操作台的开关 ST，地址自动加 1，CPU 内总线的指数据指示灯 D7——D0 显示该单元的数据。此后每两次按动时序与操作台的开关 ST，地址自动加 1，CPU 内总线的指数据指示灯 D7——D0 显示该单元的数据，继续进行该操作，直至完成校验，如发现错误，则返回写入，然后校验，直至确认输入的所有指令准确无误。⑤ 亦可重复①、②两步，完成对指令码的校验。如果校验出指令码写入错误，重新写入、校验，直至确认指令码的输入无误为止。2) 联机写入和校验3. 运行程序方法一：本机运行将时序与操作台单元的开关 KK1、KK3 置为‘运行’档，按动 CON 单元的总清按钮 CLR，将使程序计数器 PC、地址寄存器 AR 和微程序地址为 00H，程序可以从头开始运行，暂存器 A、B，指令寄存器 IR 和 OUT 单元也会被清零。