《计算机组成原理》课程教学资源（实验指导）实验五 模型计算机与指令执行

实验五、CPU组成与机器指令执行实验 实验目的 同执行部件 (整个数据通路)联机，组成一台模型计算机： 》通过CP运行条机器我 指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。 除中断指令)组成的简单程序，握机器指令与微 实验由 本次实验用到前面四个实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程 序计数器、指令寄存器、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。因此， 在基本实验中，这是最复杂的一个实验，也是最能得到收获的一个实验。 在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成数据通路的控制。而在本次实验 中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。CPU从内存取出一条机器指令到执行指令 结束的一个机器指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微 程 实验设备 (1)TEC 计算机组成原理实验系统一台 (2)直流万用表一只 四、实验任务 (1)对机器指令系统组成的简单程序进行译码 下衣的 序指令格式手工 成十六进制机器代码，此项任务应在预习时完成。 指令 机器代码 IDA RO IR21 01 IDA RI IR3 02H ADD RO,RI 03H STP (2)按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路 (包括上面各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分 、RD1 数传 上a 控制台 开关控 时序发生器 开关控制季灯 时序信号 微程序控制器 控制信号 数据通路 指令代码、条件信号 梦5心入家 关SW 用 R2、R3及内仔相 设置 (DP 列 记求通 据，与分析几条指令的执行结果值作对比。单拍方式执行时注意观察微地址指示灯

17 实验五、CPU 组成与机器指令执行实验 一、实验目的 （1）将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机： （2）用微程序控制器控制模型机数据通路； （3）通过 CPU 运行几条机器指令（排除中断指令）组成的简单程序，掌握机器指令与微 指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。 二、实验电路 本次实验用到前面四个实验中的所有电路，包括运算器、存储器、通用寄存器堆、程 序计数器、指令寄存器、微程序控制器等，将几个模块组合成为一台简单计算机。因此， 在基本实验中，这是最复杂的一个实验，也是最能得到收获的一个实验。 在前面的实验中，实验者本身作为“控制器”，完成数据通路的控制。而在本次实验 中，数据通路的控制将由微程序控制器来完成。CPU 从内存取出一条机器指令到执行指令 结束的一个机器指令周期，是由微指令组成的序列来完成的，即一条机器指令对应一个微 程序。 三、实验设备 （1）TEC—4 计算机组成原理实验系统一台 （2）直流万用表一只 四、实验任务 （1）对机器指令系统组成的简单程序进行译码。 将下表的程序指令格式手工汇编成十六进制机器代码，此项任务应在预习时完成。 存储地址 指令 机器代码 00H LDA R0,[R2] 01H LDA R1,[R3] 02H ADD R0,R1 03H STP （2）按照下面框图，参考前面实验的电路图完成连线，控制器是控制部件，数据通路 （包括上面各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。连线包括控制台、时序部分、 数据通路和微程序控制器之间的连接。其中，为把操作数传送给通用寄存器组 RF，数据通 路上的 RS1、RS0、RD1、RD0 应分别与 IR3 至 IR0 连接，WR1、WR0 也应接到 IR1、IR0 上。 （3）将上述任务（1）中的程序机器代码用控制台操作存入内存中，并根据程序的需要用 数码开关 SW7—SW0 设置通用寄存器 R2、R3 及内存相关单元的数据。注意： 由于设置通 用寄存器时会破坏内存单元的数据，因此一般应先设置寄存器的数据，再设置内存数据。 （4）用单拍（DP）方式执行一遍程序，列表记录通用寄存器堆 RF 中四个寄存器的数 据，与分析几条指令的执行结果值作对比。单拍方式执行时注意观察微地址指示灯

IR/DBUS指示灯、AR2IARI指示灯和判断字段指示灯的值，以跟踪程序中取指令的详细过 程（可观察到每一条微指令）。 (5)以单指(DZ)方式重新执行程序一遍，注意观察IR/DBUS指示灯、AR2IARI指示 灯的值（可观察到每一手条机器指令）。执行结束后，记录RF中四个寄存器的数据。 五、实验步骤和实验结果 (1)对机器指令系统组成的简单程序进行译码。 (2)接线(“2、控制器的控制信号”的接线学生在预习时就给出) 本实验的接线比较多，需仔细。 1、将跳线开关J1用短路子短接。时序发生器的输入T1接控制存储器的输出卫。控制器 的输入C接运算器ALU的C。控制器的输入R7、R6、IR5、IR4与R的输出相连。共6 条线 制器的控制信号（控制信号见TEC4说明部分）榆出依次与数据通路的对应信号连接共 、指令寄存器R的输出IRO接双端口寄存器堆的RDO、WRO,RI、WRI、IR2接RS0, IR3接RS1。共6条线 合上电源。按CL#按纽，使实验系统处于初始状态 (3)存程序机器代码，设置通用寄存器R2、R3及内存相关单元的数据， ●设置通用寄存器R2、R3的值。 在本操作中，我们打算使R2=60H,R3=61H。 1、令DP=0,DB=O,DZ=0,使实验系统处于连续运行状态。 令SWC-0、SWB=I SWA=I,使实验系统处于寄存器加载工作方式KLD。按CLR#按钮，使实验系统处于初始 状态 L 者器地址供设置通 该存储 。例如可将该地址设置为OFFH。拉 用奇作孩杯要 器单元的内 和A 3、在SW7一SW0上设置O2H,作为通用寄存器2寄存器号。按一次OD按钮，则将02 写入1R 4、在SW7一SW0设置60H,作为R2的值。按一次QD按钮，将6OH写入IR指定的R2 寄存器。 5、参照上述步骤完成对R3的设置。 6、设置R2 R3结束，按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。 地址 存4个机器代码： 对应4条机器指令。在60存入24H,用 WA- 使实验 行状 C-0、S 统处 续 按CLR#按钮， 切始状太 验系铁处于 ).图W7-SW0为00日.按OD扮钥.将00H写入AR1 3、置SW7-SW0为58H,按QD按钮，将58H写入存储器00H单元。AR1自动加1，变 为01H。重复上述步骤直到将第4条指令的机器代码写入03H存储单元。 4、SW7 一SW0为24H,按QD按钮，将24H写入存储器60H单元。AR1自动加1，变 为61H。参照此操作将83H写入61H单元。按CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。 (4)用单拍(DP)方式执行一遍程序。 设晋SWC,SWB.SWA:设置DP ,DZ,用SW7-SW0设置这几条指令的起始 地址OOH,按QD单拍执行。观察执行过程微地址变化和执行结果

18 IR/DBUS 指示灯、AR2/AR1 指示灯和判断字段指示灯的值，以跟踪程序中取指令的详细过 程（可观察到每一条微指令）。 （5）以单指（DZ）方式重新执行程序一遍，注意观察 IR/DBUS 指示灯、AR2/AR1 指示 灯的值（可观察到每一手条机器指令）。执行结束后，记录 RF 中四个寄存器的数据。 五、实验步骤和实验结果 （1）对机器指令系统组成的简单程序进行译码。 （2）接线(“2、控制器的控制信号”的接线学生在预习时就给出) 本实验的接线比较多，需仔细。 1、将跳线开关 J1 用短路子短接。时序发生器的输入 TJ1 接控制存储器的输出 TJ。控制器 的输入 C 接运算器 ALU 的 C。控制器的输入 IR7、IR6、IR5、IR4 与 IR 的输出相连。共 6 条线。 2、控制器的控制信号(控制信号见 TEC4 说明部分)输出依次与数据通路的对应信号连接.共 27 条线。 3、指令寄存器 IR 的输出 IR0 接双端口寄存器堆的 RD0、WR0，IR1、WR1、IR2 接 RS0， IR3 接 RS1。共 6 条线。 合上电源。按 CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。 （3）存程序机器代码，设置通用寄存器 R2、R3 及内存相关单元的数据。 ● 设置通用寄存器 R2、R3 的值。 在本操作中，我们打算使 R2=60H，R3=61H。 1、令 DP=0，DB=0，DZ=0，使实验系统处于连续运行状态。令 SWC=0、SWB=1、 SWA=1，使实验系统处于寄存器加载工作方式 KLD。按 CLR#按钮，使实验系统处于初始 状态。 2、在 SW7—SW0 上设置一个存储器地址，该存储器地址供设置通用寄存器使用。该存储 器地址最好是不常用的一个地址，以免设置通用寄存器操作破坏重要的存储器单元的内 容。例如可将该地址设置为 0FFH。按一次 QD 按钮，将 0FFH 写入 AR0 和 AR1。 3、在 SW7—SW0 上设置 02H，作为通用寄存器 R2 寄存器号。按一次 QD 按钮，则将 02H 写入 IR。 4、在 SW7—SW0 设置 60H，作为 R2 的值。按一次 QD 按钮，将 60H 写入 IR 指定的 R2 寄存器。 5、参照上述步骤完成对 R3 的设置。 6、设置 R2、R3 结束，按 CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。 ●存程序机器代码。 本操作中，我们从 00 地址开始存 4 个机器代码：对应 4 条机器指令。在 60H 存入 24H，用 于给 R0 置初值；在 61 存入 83H，用于给 R0 置初值。 1、令 DP=0，DB=0，DZ=0，使实验系统处于连续运行状态。令 SWC=0、SWB=1、 SWA=0，使实验系统处于写双端口存储器工作方式 KWE。按 CLR#按钮，使实验系统处于 初始状态。 2、置 SW7—SW0 为 00H，按 QD 按钮，将 00H 写入 AR1。 3、置 SW7—SW0 为 58H，按 QD 按钮，将 58H 写入存储器 00H 单元。AR1 自动加 1，变 为 01H。重复上述步骤直到将第 4 条指令的机器代码写入 03H 存储单元。 4、置 SW7—SW0 为 24H，按 QD 按钮，将 24H 写入存储器 60H 单元。AR1 自动加 1，变 为 61H。参照此操作将 83H 写入 61H 单元。按 CLR#按钮，使实验系统恢复到初始状态。 （4）用单拍（DP）方式执行一遍程序。 设置 SWC，SWB，SWA；设置 DP ，DB，DZ，用 SW7-SW0 设置这几条指令的起始 地址 00H，按 QD 单拍执行。观察执行过程微地址变化和执行结果。 （5）以单指（DZ）方式重新执行程序一遍，注意观察 IR/DBUS 指示灯、AR2/AR1 指示灯 的值（可观察到每一手条机器指令）。执行结束后，记录 RF 中四个寄存器的数据