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实验八基本模型机的设计与实现

1、实验目的和要求：

（1）在掌握部件单元电路实验的基础上，进一步将其组成系统以构造一台

基本模型实验计算机。

（2）根据五条机器指令及其相应的微程序，设计实现一定功能的程序，上

机调试，以掌握计算机硬件组成和工作过程。

2、实验设计实现的基础：

（1）实验原理

部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，而本次实

验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功

能。这里，实验机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中

取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序

列来完成，即一条机器指令对应一个微程序。

①有关微控制器部分在前一实验中已详细介绍

②主存储器的读、写和运行

为了向主存储器RAM中装入程序或数据，并检查写入的正确性和能正

常运行主存储器中的程序，必须设计三个控制操作微程序。

◆存储器读操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“00”

时，按要求连线后，连续按“启动运行”开关，可对主存储器RAM连续手

动读操作。

◆存储器写操作：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“01”

时，按要求连线后，再按“启动运行”开关，可对主存储器RAM进行连续

手动写入。

◆运行程序：拨动总清开关后，置控制开关SWC、SWA为“11”时，

按要求连线后，再按“启动运行”开关，即可转入到第01号“取址”微指

令，启动程序运行。

上述三条控制指令用两个开关SWC、SWA的状态来设置，其定义如下：

SWCSWA控制台指令

00读内存

01写内存

11启动程序

③指令寄存器介绍

指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先

把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送到指令寄存器。指令划分为操作

码和地址码字段，由二进制构成，为了执行任何一条给定的指令，必须对操

作码进行测试P(1)，通过节拍脉冲T4的控制以识别所要求的操作。“指令译

码器”根据指令中的操作码进行译码，强置微程序控制器单元的微地址，使

下一条微指令指向相应的微程序首地址。

④输入/输出设备

本系统有两种外部I/O设备，一种是二进制代码开关KD0～KD7，它作为

输入设备INPUT；另一种是数码显示块，它作为输出设备。例如：输入时，

二进制开关数据直接经过三态门送到外部数据总线上，只要开关状态不变，

输入的信息也不变。输出时，将输出数据送到外部数据总线上，当写信号

（W/R）有效时，将数据打入输出锁存器，驱动数码块显示。

⑤机器指令格式的要求

根据基本模型机的硬件设计五条机器指令：

外设输入指令IN；二进制加法指令ADD

[ADDR]；

存数指令STA[ADDR]；输出到外设指令OUT

[ADDR]；

无条件转移指令JMP[ADDR]。

外设输入指令IN为单字节指令，其余指令均为双字节指令。要求它

们的操作码分别为00H、10H、20H、30H、40H。

（2）程序运行、调试的操作

①实验接线

A．跳线器J1～J12全部拨在右边（自动工作方式）；

B．跳线器J16、J18、J23、J24全部拨在左边；

C．跳线器J13～J15、J19、J25拨在右边；

D．跳线器J20～J22、J26、J27连上短路片；

E．UJ1连UJ2，JSE1连JSE2，SJ1连SJ2；

F．MBUS连BUS