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：-、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PG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: 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 0000R0 + R0 — R0 OUT 0011 0000R0 — OUT JMP addr 1100 0000 ******** addr— PC HLT 0101 0000停机 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。
IN （输入）、ADD （二进制加法）、 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LDPC T2CLRLOAD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ME（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，该微指令的判别测试字段为P<1>M试。
指令译码原理见图1-3-3所示，由于“取指”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P<1>的测试结果出现多路分支。
本机用指令寄存器的高6位（IR7—IR2）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元，剩下的其它地方就可以一条微指令占用控存一个微地址单元随意填写，微程序流程图上的单元地址为16进制。
当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表1-4-2即为将图1-4-2的微程序流程图按微指令格式转化而成的“二进制微代码表”NOP00图1-4-4简单模型机微程序流程图表1-4-2二进制微代码表设计一段机器程序，要求从IN单元读入一个数据，存于R0,将R0和自身相加，结果存于R0,再将R0的值送OUT单元显示。
根据要求可以得到如下程序，地址和内容均为二进制数。
地址 内容 助记符 说明00000000 00100000 ;START: IN R0 从IN 单元读入数据送R0 00000001 00000000 ;ADD R0,R0 R0和自身相加，结果送R0 00000010 00110000 ;OUT R0 R0 的值送OUT 单元显示 00000011 11100000 ;JMP START跳转至00H 地址 00000100 000000000000010101010000;HLT停机三、项目要求及分析：1.试修改现有的指令系统，将加法指令的功能修改为R0的内容和某个存储单元的内 容相加；增加存数、取数和减法三条机器指令，指令助记符分别为 STA 、LAD 和SUB 指令操作码分别为十六进制的60、70和80。
四、具体实现:微程序流程图:NUHIN 5TALAD37OUT________ 也一珂HUTin >FLO 32PCFC+lPC*134«D-X>UTNOP fJia 丨z01KI K->AR PC*1UaDLas輛心Mgn 寻fl5I03■aUtt鼻卜曲Qi X■■ :二进制代码表 地址 十六进 制 咼五位 S3-S0 A 字段 B 字段 C 字段 MA5-MA0 00 帀y 000001 000000000 000 000 000 000001 01 006D43 00000 0000 110 110 101 000011 03 107072 00010 0000 111 000 001 110010 04 206005 00100 0000 110 000 000 000101 05200401 00100 0000 000 010 000 000001 06 206007 00100 0000 110 000 000 000111 07103001 00010000001100000000000108 006D79 00000 0000 110 110 101 111001 09 20600A 00100 0000 110 000 000 001010 0A 10300B 00010 0000 011 000 000 001011 0B 00240C 00000 0000 010 010 000 001100 32 183001 00011 0000 011 000 000 000001 33 280401 00101 0000 000 010 000 000001 35 000035 00000 0000 000 000 000 110101 36 006D84 00000 0000 110 110 101 000100 37 006D86 00000 0000 110 110 101 000110 38 001408 00000 0000 001 010 000 001000 0C05B20100000 1011 011 001 000 000001说明; 从 IN 单元读入数据送 R0 ; 先读地址再读数据 , 存入主存 ; 取出存入主存的数据; R0 的值送 OUT 单元显示 ; 从 IN 单元读入数据送 R0 ; 进行减法运算;RO 的值送OUT 单元显示 编写微程序：机器指令：$P OO 2O ; 从 IN 单元读入数据送 RO $P O1 6O ; 先读地址再读数据 , 存入主存 $P O2 7O ; 取出存入主存的数据 $P 03 30 ; R0 的值送OUT 单元显示 $P O4 2O ; 从 IN 单元读入数据送 RO $P 05 80 ; 进行减法运算$P 06 30 ; R0 的值送OUT 单元显示 $P 07 00 ;$P 08 50 ; HLT 停机微指令：$M 00 000001 ; NOP$M 01 006D43 ; PC->AR,PC 加1 $M 03 107072 ; MEM->IR, P<1>$M 32 183001 ; IN->R0$M 36 006D84 ; PC->AR,PC 加1$M 04 206005 ; AR->MEM$M 05 200401 ; R0->MEM$M 37 006D86 ; PC->AR,PC 加1$M 06 206007 ; AR->MEM $M 07 103001 ; MEM->R0微程序： 地址 内容 00000000 00100000 00000001 00100000 00000010 01100000 00000011 00000000 00000100 00110000 00000101 11100000 00000110 00100000 00000111 00000000 00001000 01100000; HLT 停机$M 33 280401 ; R0->OUT$M 01 006D43 ; PC->AR,PC 加1$M 03 107072 ; MEM->IR$M 32 183001 ; IN->R0$M 38 001408 ; R0->A$M 08 006D79 ; PC->AR,PC 加1$M 09 20600A ; AR->MEM$M 0A 10300B ; MEM->R0$M 0B 00240C ; R0->B$M 0C 05B201 ; A-B->R0$M 33 280401 ; R0->OUT$M 00 000001 ; NOP六、所遇问题及解决方法：(1 )程序运行前必须对微地址清零。
拨动实验仪右下角清零开关CLR (1-0-1) 后，观看实验仪右上方的微地址显示灯(UA0-UA5是否全为零，若全为零，则正确，若不全为零，说明有问题，要检查。
(2)使用单步微指令运行程序，单击该系统第三行的“单步微指令”图标即可。
(3)在每次单步执行一条微指令的过程中，都要观察屏幕动态流线显示的运行结果，根据屏幕显示的结果分析与该条微指令的格式和功能是否一致。
若不一致，必须检查原因。
七、实验总结：通过本次实验收获丰富，在做这次实验之前，通过深入的预习，理解了实验原理、明确了实验的目的，按部就班地连线，逐步完成了实验的要求。
在实验过程中，我认真进行实验操作和思考实验有关的内容，把自己不太明白的问题通过实验理解清楚，取得了较好的实验结果。
通过这次实验懂得了基本模型机设计与实现的基本操作，加深了对书本知识的认识。
通过CPU运行五条机器指令组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，建立了利用指令控制整机(输入、输出、运算、存储系统)的概念。
本次实验，提高了我对组成原理实验的积极性，更教育了我实验要认真，要培养了我实验要认真，要严谨的态度，将课本知识运用到实践之中，也提高了对课程学习的热情。
八、建议：1、希望老师在时间充裕的情况下，能带领我们做实验；2、实验之前向大家讲解本次试验的注意事项，以免我们犯不必要的错误。