发布时间 : 星期一 文章计算机组成原理实验指导书 - 图文更新完毕开始阅读eeb495c4bed5b9f3f80f1c77
计算机组成原理实验平台
图2-8-3
时序电路：
时序电路由监控单元来控制时序输出（PLS1、PLS2、PLS3、PLS4）。实验所用的时序电路（如图2-8-4）可产生4个等间隔的时序信号PLS1、PLS2、PLS3、PLS4。为了便于监控程序流程，由监控单元输出PO信号和SIGN脉冲来实现STEP(微单步) 、GO(全速)和 HALT(暂停)。当实验平台处于运行状态，并且是微单步执行，PLS1、PLS2、PLS3、PLS4 分别发出一个脉冲，全速执行时PLS1、PLS2、PLS3、PLS4脉冲将周而复始的发送出去。在时序单元中也提供了4个按钮，实验者可手动给出4个独立的脉冲，以便实验者单拍调试模型机。
图2-8-4
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2.8.3.3 信号说明：
信号名称 HCK HALT 作用 时序工作脉冲 停机 有效电平 上升沿有效 低电平有效 2.8.4 实验步骤：
● 交替按下“运行”和“暂停”，观察运行灯的变化（运行：RUN亮 暂停：RUN灭）。 ● 把HALT信号接入二进制拨位开关，HCK接入脉冲单元的PLS1。（请按下表接线）。
信号定义 HCK HALT 接入开关位号 PLS1 孔 H13 孔 ● 按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，置HALT=1。
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升沿的脉冲，把HALT=1打入74LS74，使RUN=1、STOP=0，RUN亮表示当前实验平台处于运行状态。
● 在实验平台处于运行状态时，置HALT=0。
● 按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在HCK上产生一个上升沿的脉冲，把HALT=0打入74LS74，使RUN=0、STOP=1，RUN灭表示当前实验平台处于停止状态。因此可通过HALT和HCK来控制实验平台的启、停状态。
● 按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，置HALT=1。再次按下脉冲单元中的PLS1脉冲按键，使实验平台处于运行状态。此时按监控单元中键盘上的GO/STOP键，置PC=00，运行程序。请用示波器观察PLS1、PLS1、PLS3、PLS4的波形（见后图2-9-2）。
2.9 模型机的总体设计
2.9.1 实验目的
1、掌握了各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构造成1台基本的模型计算机。
2、在本试验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。请具体上机调试各个模块单元以便进一步掌握整机的概念。
2.9.2 实验原理
在各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。在本实验平台中，模型机从内存中取出、解释、执行机器指令都将由微指令和与之相配合的时序来完成，即1条机器指令对应1个微程序。
2.9.3 模型机的总体设计 2.9.3.1 设计整机逻辑框图
根据设计要求，对实验仪硬件资源进行逻辑组合，便可设计出该模型机的整机逻辑框图。如图2-9-1是较典型的实验计算机整机逻辑框图。
简单的模型计算机是由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。
在模型机中，我们将要实现RAM的读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，ALU的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A，进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。
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图2-9-1
2.9.3.2 设计指令系统
本实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，在设计指令系统时，应考虑有哪几种类型的指令，哪几种寻址方式和编码方式。
1、指令类型：
（1）算术/逻辑运算类指令：
如：加法、减法、取反、逻辑运算 ADD A，Ri，SUB A,Ri （2）移位操作类指令：
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带进位或不带进位的移位指令。 RRC A，RR A
（3）数据传送类指令：
CPU内部寄存器之间数据传递 MOV A，Ri MOV Ri，A
（4）程序跳转指令
跳转指令分为无条件跳转指令和有条件跳转指令。可根据寄存器内容为零来标志（ZD）、有无进位来标志（CY），也可根据用户自定义标志。
JMP addr 无条件跳转 JZ addr ZD=0 时跳转 JC addr CY=0 时跳转 JN addr 自定义 （5）存储器操作类指令
存储器读/写指令。把内存某单元内容写入寄存器中或把寄存器中的内容写入存储器。如：
LDA addr (addr)->A STA addr (A)->addr
2、操作数寻址方式及编码 （1）直接地址寻址： 如：双字节指令
LDA addr (addr)->A STA addr （A）->addr
第1字节 第2字节 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 A7 A6 A5 A4 A3 A2 操作码 操作数地址addr （2）寄存器直接寻址：
指令字节中含有寄存器选择码，决定选哪个寄存器进行操作。 如：单字节指令
MOV A，Ri (Ri)->A
单字节 I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 操作码与Ri选择码
如：双字节指令MOV Ri，#data data->Ri
第1字节 第2字节 I7 I6 I4 I3 I2 I1 I0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 操作码及Ri选择码 data （3）寄存器间接寻址
如：单字节指令：MOV A,@Ri (Ri)->A
Ri选择码 I7 I6 I5 I4 I3 操作码 32 （
I2 I1 I0 A1