计算机组成原理实验报告(共80页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上计算机组成原理课程实验报告姓名院系计算机科学与技术学号实验地点理工楼三楼实验时间实验课表现出勤、表现得分实验报告得分实验总分操作结果得分实验目的：熟练掌握计算机网络常见问题。实验内容：第一章 系统概述1.1 DJ-CPTH简介DJ-CPTH型计算机组成原理实验系统<以下简称系统>，是由江苏启东市东疆计算机有限公司结合国内同类产品的优点，最新研制开发的超强型实验计算机装置<以下简称模型机>。该系统采用单片机管理和EDA控制技术，自带键盘和液晶显示器，支持脱机和联PC机两种工作模式，运用系统监控和数码管等实时监视，全面动态管理模型机的运行和内部资源。模型机软硬件配置完整，支持8位字长的多种寻址方式，指令丰富，系统支持RS-232C串行通讯，并配有以win98/2000/XP为操作平台的动态跟踪集成调试软件，示教效果极佳，特别适用于计算机组成原理课程的教学与实验。1.2 DJ-CPTH特点1、采用总线结构总线结构的计算机具有结构清晰，扩展方便等优点。DJ-CPTH实验系统使用三组总线即地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS和控制信号，CPU、主存、外设和管理单片机等部件之间通过外部数据总线传输， CPU内部则通过内部数据总线传输信息。各部件之间，通过三态缓冲器作接口连接，这样一方面增强总线驱动能力，另一方面在模型机停机时，三态门输出浮空，能保证不管模型机的CPU工作是否正常，管理单片机总能读/写主存或控存。2、计算机功能模块化设计DJ-CPTH为实验者提供运算器模块ALU，众多寄存器模块（A，W，IA ，ST，MAR，R0R3等），程序计数器模块PC，指令部件模块IR，主存模块EM，微程序控制模块控存uM，微地址计数器模块UPC，组合逻辑控制模块及I/O等控制模块。各模块间的电源线、地线、地址总线和数据总线等已分别连通，模块内各芯片间数据通路也已连好，各模块的控制信号及必要的输出信号已被引出到主板插孔，供实验者按自己的设计进行连接。3、智能化控制系统在单片机监控下，管理模型机运行和读写，当模型机停机时，实验者可通过系统键盘，读写主存或控存指定单元的内容，使模型机实现在线开发。模型机运行时，系统提供单步一条微指令（微单步）、单步一条机器指令（程单步），连续运行程序及无限止暂停等调试手段，能动态跟踪数据，流向、捕捉各种控制信息，实时反映模型机现场，使实验者及时了解程序和微程序设计的正确性，便以修改。4、提供两种实验模式手动运行“Hand”：通过拨动开关和发光二极管二进制电平显示，支持最底层的手动操作方式的输入/输出和机器调试。自动运行：通过系统键盘及液晶显示器或PC机，直接接输入或编译装载用户程序<机器码程序和微程序>，实现微程序控制运行，运用多种调试手段运行用户程序，使实验者对计算机组成原理一目了然。5、开放性设计运算器采用了EDA技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，可自行重新设计并通过JTAG 口下载。逻辑控制器由CPLD实现，也可进行重新设计并通过JTAG 口下载。用户还可以设计自己的指令/微指令系统。系统中已带三套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。系统的数据线、地址线、控制线均在总线接口区引出，并设计了40 芯锁进插座，供用户进行RAM、8251、8255、8253、8259等接口器件的扩展实验。6、支持中断实验采用最底层的器件设计，让学生可以从微程序层面上学习中断请求、中断响应、中断处理、中断入口地址的产生、中断服务程序及中断返回（RETI）整个过程。7、支持两种控制器实验系统提供两种控制器方式，即微程序控制器和组合逻辑控制器。在微程序控制器中，系统能提供在线编程，实时修改程序，显示程序并进行调试的操作环境。组合逻辑控制器，已下载有一套完整的实验方案，用户也可使用CPLD工具在PC机上进行自动化设计。8、支持子程序调用、返回、指令流水线和RISC精简指令系统实验。9、配备以Win98/2000/XP为操作平台的集成调试软件包系统支持RS-232C串行通讯，借助PC资源形成了强大的在线文档与图形的动态管理系统，自带编译器，支持汇编语言的编辑、编译、调试，一次点击即可完成程序和与其对应微程序的链接装载并自动弹出调试窗口，在主界面中开辟了程序和与其对应微程序的调试、模型机结构示意图（点击各模块即可修改双向模块参数）、微程序等跟踪显示窗口，供用户选择，可动态显示数据流向、实时捕捉数据、地址、控制总线的各种信息，使调试过程极为生动形象。1.3 实验系统组成CPTH计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展单元、总线接口区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、管理单片机、24个按键、字符式LCD、RS232。第二章 模型机模块实验对于硬件的描述可以有多种方法：如原理图，真值表，高级语言（本手册使用ABEL/VHDL），时序图等，在本手册中可以使用以上的四种方式来综合描述硬件。2.1 寄存器实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A，工作寄存器W，数据寄存器组R0.R3，地址寄存器MAR，堆栈寄存器ST，输出寄存器OUT。 实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。 实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8 位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。CPTH 用74HC574 来构成寄存器。74HC574 的功能如下：1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8 个触发器中2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0 时触发器的输出数据 74HC574工作波形图实验1：A，W 寄存器实验寄存器A原理图寄存器W 原理图寄存器A，W 写工作波形图连接线表：系统清零和手动状态设定：K23-K16开关置零，按RST钮，按TV/ME键三次，进入"Hand."手动状态。在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据55H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。将66H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据66H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。注意观察： 数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。 WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。实验2：R0，R1，R2，R3 寄存器实验寄存器R 原理图 寄存器R 写工作波形图连接线表将11H写入R0寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据11H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R0 的黄色选择指示灯亮，表明选择R0 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据11H 被写入R0 寄存器。将22H写入R1寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据22H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R1 的黄色选择指示灯亮，表明选择R1 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据22H被写入R1 寄存器。将33H写入R2寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据33H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R2 的黄色选择指示灯亮，表明选择R2 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入R2 寄存器。将44H写入R3寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据44H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器R3 的黄色选择指示灯亮，表明选择R3 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据44H被写入R3 寄存器。注意观察： 1. 数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK的上升沿数据被打入。 2. K1(SB)， K0(SA) 用于选择寄存器。 寄存器R读工作波形图读R0寄存器置控制信号为：这时寄存器R0 的红色输出指示灯亮，R0 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为：. 将K11(RRD)置为1，关闭R0 寄存器输出。读R1寄存器置控制信号为：这时寄存器R1 的红色输出指示灯亮，R1 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为： . 将K11(RRD)置为1， 关闭R1 寄存器输出。读R2寄存器置控制信号为：这时寄存器R2 的红色输出指示灯亮，R2 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为： . 将K11(RRD)置为1， 关闭R2 寄存器输出。读R3寄存器 置控制信号为：这时寄存器R3 的红色输出指示灯亮，R3 寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7. L0为： . 将K11(RRD)置为1， 关闭R3 寄存器输出。注意观察：1.数据在K11(RRD)为0 时输出，不是沿触发，与数据打入不同。实验3：MAR 地址寄存器，ST 堆栈寄存器，OUT输出寄存器 寄存器MAR原理图寄存器ST 原理图寄存器OUT原理图寄存器MAR，ST，OUT写工作波形图连接线表将12H写入MAR寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据12H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据12H被写入MAR寄存器。K14(MAROE)为0， MAR寄存器中的地址输出，MAR 红色输出指示灯亮。将K14(MAROE)置为1，关闭MAR输出。将34H写入ST寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据34H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器ST 的黄色选择指示灯亮，表明选择ST 寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入ST 寄存器。将56H写入OUT寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据56H置控制信号为：按住STEP 脉冲键，CK 由高变低，这时寄存器OUT 的黄色选择指示灯亮，表明选择OUT 寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据56H 被写入OUT寄存器。2.2 运算器实验实验要求：利用CPTH 实验仪的K16.K23 开关做为DBUS 数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W，并用开关控制ALU的运算方式，实现运算器的功能。实验目的：了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。实验电路：CPTH 中的运算器由一片CPLD实现，有8 种运算，通过S2，S1，S0 来选择，运算数据由寄存器A及寄存器W 给出，运算结果输出到直通门D。连接线表 将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据55H 置控制信号为： 按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。将33H写入W寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据33H置控制信号为：按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。放开STEP 键，CK 由低变高，产生一个上升沿，数据33H 被写入W 寄存器。置下表的控制信号，检验运算器的运算结果注意观察： 运算器在加上控制信号及数据(A,W)后，立刻给出结果，不须时钟。2.3 数据输出实验/移位门实验实验要求：利用CPTH 实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线DBUS上。实验目的：1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。 2、了解运算器中移位功能的实现方法。实验电路：CPTH 中有7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻只能有一个寄存器输出数据，由X2，X1，X0决定那一个寄存器输出数据。 数据输出选择器原理图 连接线表实验1：数据输出实验置下表的控制信号，检验输出结果 实验2：移位实验 ALU直接输出和零标志位产生原理图ALU左移输出原理图ALU右移输出原理图直通门将运算器的结果不移位送总线。当X2X1X0=100 时运算器结果通过直通门送到数据总线。同时，直通门上还有判0 电路，当运算器的结果为全0 时，Z=1，右移门将运算器的结果右移一位送总线。当X2X1X0=101 时运算器结果通过右通门送到数据总线。具体内部连接是：Cy 与 CN DBUS7ALU7DBUS6ALU6DBUS5ALU5DBUS4ALU4 DBUS3ALU3 DBUS2ALU2 DBUS1ALU1 DBUS0Cy 与 CN DBUS7当不带进位移位时(CN=0)： 0 DBUS7当带进位移位时(CN=1)： Cy DBUS7左移门将运算器的结果左移一位送总线。当X2X1X0=110 时运算器结果通过左通门送到数据总线。具体连线是：ALU6 DBUS7ALU5 DBUS6ALU4 DBUS5ALU3 DBUS4ALU2 DBUS3ALU1 DBUS2ALU0 DBUS1当不带进位移位时(CN=0)： 0 DBUS0当带进位移位时(CN=1)： Cy DBUS0将55H写入A寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据55H 置控制信号为： 按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器A的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A寄存器。S2S1S0=111 时运算器结果为寄存器A内容 注意观察：移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟把那一个结果送数据总线由X2X1X0输出选择决定。2.4 微程序计数器uPC 实验实验要求：利用CPTH实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入和加1功能。实验目的：1、了解模型机中微程序的基本概念。 2、了解uPC的结构、工作原理及其控制方法。实验电路：74HC161 是一片带预置的4 位二进制记数器。功能如下：当RST = 0 时，记数器被清0当IREN = 0 时，在CK的上升沿，预置数据被打入记数器当IREN = 1 时，在CK的上升沿，记数器加一TC为进位，当记数到F（1111）时，TC=1CEP，CET 为记数使能，当CEP，CET=1 时，记数器工作，CEP，CET=0 时，记数器保持原记数值uPC原理图uPC工作波形图在CPTH 中，指令IBUS7:0的高六位被接到uPC 预置的高六位，uPC 预置的低两位被置为0。一条指令最多可有四条微指令。微程序初始地址为复位地址00，微程序入口地址由指令码产生，微程序下一地址有计数器产生。连接线表实验1：uPC 加一实验置控制信号为：按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。实验2：uPC 打入实验二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据12H置控制信号为：当EMWR，EMEN=0时，数据总线（DBUS）上的数据被送到指令总线（IBUS）上。按住STEP脉冲键，CK由高变低，这时寄存器uPC的黄色预置指示灯亮，表明uPC被预置。放开STEP键，CK由低变高，产生一个上升沿，数据10H被写入uPC寄存器。2.5 PC 实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，实现程序计数器PC的写入及加1 功能。实验目的：1、了解模型机中程序计数器PC的工作原理及其控制方法。2、了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现方法。实验电路：PC 是由两片74HC161构成的八位带预置记数器，预置数据来自数据总线。记数器的输出通过74HC245（PCOE）送到地址总线。PC 值还可以通过74HC245（PCOE_D）送回数据总线。PC 原理图在CPTH 中，PC+1 由PCOE 取反产生。当RST = 0 时，PC 记数器被清0当LDPC = 0 时，在CK的上升沿，预置数据被打入PC记数器当PC+1 = 1 时，在CK的上升沿，PC记数器加一当PCOE = 0 时，PC值送地址总线 PC打入控制原理图PC 打入控制电路由一片74HC151 八选一构成(isp1016实现)。当ELP=1 时，LDPC=1，不允许PC被预置当ELP=0 时，LDPC 由IR3，IR2，Cy，Z确定当IR3 IR2 = 1 X 时，LDPC=0，PC 被预置当IR3 IR2 = 0 0 时，LDPC=非Cy，当Cy=1时，PC 被预置当IR3 IR2 = 0 1 时，LDPC=非Z，当Z=1 时，PC 被预置连接线表 实验1：PC 加一实验置控制信号为：按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据PC 被加一。实验2：PC 打入实验二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据12H置控制信号为：每置控制信号后，按一下STEP键，观察PC的变化。2.6 存储器EM 实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，实现程序存储器EM 的读写操作。实验目的：了解模型机中程序存储器EM 的工作原理及控制方法。实验电路：存储器EM 由一片6116RAM 构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器EM 通过一片74HC245 与数据总线相连。存储器EM 的地址可选择由PC或MAR 提供。存储器EM 的数据输出直接接到指令总线IBUS，指令总线IBUS 的数据还可以来自一片74HC245。当ICOE 为0 时，这片74HC245 输出中断指令B8。EM原理图连接线表实验1：PC/MAR 输出地址选择 置控制信号为：以下存贮器EM实验均由MAR提供地址实验2：存储器EM 写实验将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据00H置控制信号为：按STEP键, 将地址0 写入MAR将数据11H写入EM0二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据11H置控制信号为：按STEP键, 将数据11H写入EM0将地址1 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01H置控制信号为：按STEP键, 将地址1 写入MAR将数据22H写入EM1二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据22H置控制信号为：按STEP键，将数据22H写入EM1实验3：存储器EM 读实验将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据00H置控制信号为：按STEP键, 将地址0 写入MAR读EM0置控制信号为：EM0被读出：11H将地址1写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01H置控制信号为：按STEP键，将地址0写入MAR读EM1置控制信号为：EM1被读出：22H实验4：存储器打入IR指令寄存器/uPC实验将地址0写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据00H置控制信号为：按STEP键，将地址0写入MAR读EM0，写入IR及uPC置控制信号为：EM0被读出：11H按STEP键，将EM0写入IR及uPC，IR=11H，uPC=10H将地址1写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01H置控制信号为：按STEP键，将地址1写入MAR读EM1，写入IR及uPC置控制信号为：EM1被读出：22H按STEP键，将地址EM1写入IR及uPC，IR=22H，uPC=20H实验5：使用实验仪小键盘输入EM1连接J1，J22打开电源3按TV/ME键，选择EM4输入两位地址，005按NEXT，进入程序修改6按两位程序数据7按NEXT选择下个地址/按LAST选择上个地址8重复6，7 步输入程序9按RST结束2.7 微程序存储器uM 实验实验要求：利用CPTH 实验仪上的开关做为控制信号，实现微程序存储器uM 的输出功能。实验目的：1、了解微程序控制方式模型机的基本工作原理。 2、了解微程序存储器uM的控制方法。实验电路：存储器uM 由三片6116RAM 构成，共24 位微指令，采用水平型微指令格式。存储器的地址由uPC 提供, 片选及读信号恒为低, 写信号恒为高. 存储器uM 始终输出uPC 指定地址单元的数据。uM原理图连接线表实验1：微程序存储器uM 读出置控制信号为：K0为1uM 输出uM0的数据按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。uM 输出uM1的数据按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据uPC 被加一。uM 输出uM2的数据实验2：使用实验仪小键盘输入uM1连接J1, J22打开电源3按TV/ME键, 选择uM4输入两位地址, 005按NEXT, 进入微程序修改6按六位微程序数据7按NEXT选择下个地址/按LAST选择上个地址8重复6,7 步输入微程序9按RST结束 2.8 中断实验实验要求：利用CPTH实验仪上的开关做控制信号，实现中断功能。实验目的：了解模型机的中断功能的工作原理及中断过程中，申请、响应、处理、返回各阶段时序。实验电路：中断电路有两个D触发器，分别用于保存中断请求信号(IREQ)及中断响应信号(IACK)。INT 有上升沿时，IREQ 触发器被置为1。当下一条指令取指时(IREN=0), 存贮器EM 的读信号(EMRDP)被关闭，同时产生读中断指令(ICEN)信号, 程序的执行被打断转而去执行B8指令响应中断。在取B8 的同时置IACK触发器被置为1，禁止新的中断响应。EINT信号置0，IACK，IREQ触发器为0，中断电路可以响应新的中断。中断控制器原理图连接线表置控制信号为：短路块选择端JINT指向RG侧，按RG 脉冲键，产生中断请求，此时黄色REQ 指示灯亮，同时B8 输出红色指示灯。按STEP脉冲键，产生取指脉冲，黄色ACK 指示灯亮。置控制信号为：REQ，ACK灯灭。第三章 CPTH 模型机3.1 模型机总体结构CPTH 模型机包括了一个标准CPU 所具备所有部件，这些部件包括：运算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移门L、直通门D、右移门R、寄存器组R0-R3、程序计数器PC、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST、中断向量寄存器IA、输入端口IN、输出端口寄存器OUT、程序存储器EM、指令寄存器IR、微程序计数器uPC、微程序存储器uM，以及中断控制电路、跳转控制电路。其中运算器和中断控制电路以及跳转控制电路用CPLD 来实现，其它电路都是用离散的数字电路组成。微程序控制部分也可以用组合逻辑控制来代替。模型机为8 位机，数据总线、地址总线都为8位，但其工作原理与16位机相同。相比而言8 位机实验减少了烦琐的连线，但其原理却更容易被学生理解、吸收。模型机的指令码为8 位，根据指令类型的不同，可以有0 到2 个操作数。指令码的最低两位用来选择R0-R3 寄存器，在微程序控制方式中，用指令码做为微地址来寻址微程序存储器，找到执行该指令的微程序。而在组合逻辑控制方式中，按时序用指令码产生相应的控制位。在本模型机中，一条指令最多分四个状态周期，一个状态周期为一个时钟脉冲，每个状态周期产生不同的控制逻辑，实现模型机的各种功能。模型机有24 位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。24 位控制位分别介绍如下：XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器EM写信号。EMRD：程序存储器EM读信号。PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。EMEN：将程序存储器EM 与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uPC。EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。FEN：将标志位存入ALU内部的标志寄存器。X2：X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。X1：见18页表。X0：WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN： 将数据总线DBUS的值打入累加器A中。S2： S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。S1： 见16页表。S0：3.2 模型机寻址方式模型机的寻址方式分五种：累加器寻址：操作数为累加器A，例如“CPL A”是将累加器A 值取反，还有些指令是隐含寻址累加器A，例如“OUT”是将累加器A的值输出到输出端口寄存器OUT。寄存器寻址：参与运算的数据在R0-R3 的寄存器中，例如 “ADD A，R0”指令是将寄存器R0 的值加上累加器A的值，再存入累加器A中。寄存器间接寻址：参与运算的数据在存储器EM 中，数据的地址在寄存器R0-R3中，如 “MOV A，R1”指令是将寄存器R1 的值做为地址，把存储器EM 中该地址的内容送入累加器A中。存储器直接寻址：参与运算的数据在存储器EM 中，数据的地址为指令的操作数。例如“AND A，40H”指令是将存储器EM 中40H 单元的数据与累加器A的值做逻辑与运算，结果存入累加器A。立即数寻址：参与运算的数据为指令的操作数。例如 “SUB A，#10H”是从累加器A中减去立即数10H，结果存入累加器A。3.3 模型机指令集模型机的缺省的指令集分几大类： 算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、数据传输指令、跳转指令、中断返回指令、输入/输出指令。3.4 模型机微指令集指令/微指令表(insfile1.mic)第四章 模型机综合实验（微程序控制器）在综合实验中，模型机作为一个整体来工作的，所有微程序的控制信号由微程序存储器uM 输出，而不是由开关输出。在做综合实验之前，先用8 芯电缆连接J1 和J2，使系统处于非手动状态，这样实验仪的监控系统会自动打开uM的输出允许，微程序的各控制信号就会接到各寄存器、运算器的控制端口。此综合实验(17)使用的指令是模型机的缺省指令系统，系统自动默认装入缺省指令系统非流水微指令系统文件：insfile1.mic。在做综合实验时，可以用CPTH计算机组成原理实验软件输入、修改程序，汇编成机器码并下载到实验仪上，由软件控制程序实现单指令执行、单微指令执行、全速执行，并可以在软件上观察指令或微指令执行过程中数据的走向、各控制信号的状态、各寄存器的值。CPTH 软件的使用方法见第九章“CPTH 集成开发环境使用”。也可以用实验仪自带的小键盘和显示屏来输入、修改程序，用键盘控制单指令或单微指令执行，用LED 或用显示屏观察各寄存器的值。实验仪上的键盘使用方法见第八章“实验仪键盘使用”。在用微程序控制方式做综合实验时，在给实验仪通电前，拔掉实验仪上所有的手工连接的接线，再用8 芯电缆连接J1 和J2，控制方式开关KC拨到“微程序控制”方向。若想用CPTH软件控制组成原理实验仪，就要启动软件，并用快捷图标的“连接通信口”功能打开设置窗口，选择实验仪连接的串行口，然后再点击“OK”按钮接通到实验仪。实验1：数据传送实验/输入输出实验1在CPTH 软件中的源程序窗口输入下列程序 2将程序另存为EX1.ASM，将程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机器码、反汇编指令。3按快捷图标的F7，执行“单微指令运行”功能，观察执行每条微指令时，寄存器的输入/输出状态，各控制信号的状态，PC 及uPC 如何工作。（见EX1.ASM程序跟踪结果）EX1.ASM程序跟踪结果每个程序的一开始的第一条微指令一定是取指令，此微指令的值为0CBFFFFH，对应到各个控制位就是EMRD、PCOE、及IREN为低，此三位有效，其它所有位都处于无效状态。在程序第一次运行时或复位后，uPC和PC的值都为0，PCOE有效将PC值送到ABUS，做为程序存储器EM的地址，EMRD信号有效就是从程序存储器EM中读出程序指令，IREN将读出的指令送到IR寄存器和uPC，此微指令的作用就是：从程序存储器EM的0地址读出程序指令机器码7CH，并存入uPC中做为微程序存储器uM的地址，从微程序存储器uM的7CH单元中读出微控制码0C7FFF7H，同时PC加1为读下一条指令或数据做准备。MOV A，#12： 本指令为两个状态周期。在T1状态时，上次读出的指令机器码为7CH，存入uPC中做为微程序存储器uM的地址，读出微指令的值为0C7FFF7H，对应到各个控制位就是EMRDPCOE、EMEN及AEN为低，处于有效状态，其它控制位为无效状态。由于上条微指令（取指操作）已将PC加1，此时PCOE是将加1后的PC输出到ABUS做为程序存储器EM的地址，EMRD就是从程序存储EM中读出数据，本指令中读