简单模型机实验报告.pdf

评语 : 课中检查完成的题号及题数： 课后完成的题号与题数： 成绩 : 自评成绩 : 实验报告 实验名称： 简单模型机实验报告 日期： 班级： 学号： 姓名： 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、实验内容： 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（ ALU）、微程序控制器（ MC）、通用寄存器（ R0），指令寄存 器（ IR ）、程序计数器（ PC）和地址寄存器（ AR）组成 , 如图 2-1-1 所示。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。 图1-4-1 基本 CPU 构成原理图 除了程序计数器（ PC），其余部件在前面的实验中都已用到，在此不再讨论。系统 的程序计数器 （PC）由两片74LS161 和一片 74LS245 构成，其原理如图 1-4-2 所示。PC_B 为三态门的输出使能端， CLR 连接至 CON单元的总清端 CLR，按下CLR 按钮，将使 PC 清 零， LDPC和T2 相与后作为计数器的计数时钟，当 LOAD为低时，计数时钟到来后将 CPU 内总线上的数据打入 PC。 图1-4-2 程序计数器 (PC) 原理图 本模型机和前面微程序控制器实验相比，新增加一条跳转指令 JMP，共有五条指令： IN （输入）、ADD（二进制加法）、OUT（输出）、JMP （无条件转移），HLT （停机）， 其指令格式如下（高４位为操作码）： 助记符 机器指令码 说明 IN 0010 0000 IN →R0 ADD 0000 0000 R0 + R0 →R0 OUT 0011 0000 R0 →OUT JMP addr 1100 0000 ******** addr → PC HLT 0101 0000 停机 其中JMP 为双字节指令，其余均为单字节指令， ******** 为addr 对应的二进制地 址码。微程序控制器实验的指令是通过手动给出的，现在要求 CPU 自动从存储器读取指 令并执行。根据以上要求，设计数据通路图，如图 1-4-3 所示。 本实验在前一个实验的基础上增加了三个部件，一是 PC （程序计数器），另一个是 AR （地址寄存器），还有就是 MEM（主存）。因而在微指令中应增加相应的控制位，其 微指令格式如表 1-4-1 所示。 图1-4-3 数据通路图 系统涉及到的微程序流程见图 1-4-4 所示，当拟定“取指”微指令时，该微指令的 判别测