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淮海工学院组成原理实验四基本模型机的设计与实现

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：基本模型机的设计与实现

班级：

学号：

姓名：

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淮海工学院组成原理实验四基本模型机的设计与实现

一、实验目的

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、设计五条机器指令，并编写相应的微程序，具体上机调试，掌握整机软硬

件组成概念。

二、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，

实验计算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。

⑴有关微控制器部分在前一实验中已详细介绍

⑵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，并且检查写入是否正确以及能运行

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

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00读内存

01写内存

11启动程序

⑶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的控制以便识别所要求的操作。“指令译码器”根据指令

中的操作码进行译码，强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微

程序首地址。

⑷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OUTPUT。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。

⑸设计指令

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、存数指令STA、输出到外设指令OUT、无条件转移指令JMP。指令格

式如下：

助记符机器指令码说明

IN