计算机组成原理实验指导书-CPTH

DJ-CPTH

计算机组成原理实验系统

实验指导

阜阳师范学院计算机与信息学院

2008年3月

目 录

目 录 ................................................................................................................. 1 实验一 认识实验装置 ................................................................................... 2 实验二 寄存器实验 ..................................................................................... 10 实验三 运算器实验 ..................................................................................... 18 实验四 数据输出和移位实验 ..................................................................... 22 实验五 存储器实验 ..................................................................................... 26 实验六 uPC和PC 实验 ............................................................................. 32 实验七 微程序存储器uM实验 ................................................................. 37 实验八 模型机综合实验一 ......................................................................... 39 实验九 模型机综合实验二 ......................................................................... 46 实验十 微程序设计实验 ............................................................................. 55 实验十一 扩展实验 ..................................................................................... 60 附录1：CPTH 集成开发环境使用 ............................................................. 63 附录2：指令/微指令表(insfile1.mic) ........................................................... 68 附录3：实验用芯片介绍 .............................................................................. 79

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实验一 认识实验装置

实验目的：了解实验仪的特点及组成；掌握实验仪键盘的使用。 实验器材：DJ-CPTH实验仪 实验要求：

1、认真填写预习报告，包括对实验仪器组成的理解、实验操作步骤等。

2、实验之后写出实验报告，包括实验过程中遇到的问题，解决方法，实验后的心得体会及对

该次实验的建议与意见。 实验原理及步骤： 一、 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，R0?R3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

①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。

②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。

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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。

二、 实验系统组成

CPTH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。

CPTH 计算机组成原理实验系统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。

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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、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。见下表1。 表1：

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、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算， 见下表2。

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表2：

三、实验仪键盘使用

DJ-CPTH计算机组成原理实验仪除了可以连在PC机上调试程序，也可以用实验仪上自带的键盘输入程序及微程序，并可以单步调试程序和微程序，在显示屏上观察、修改各内部寄存器的值，编辑修改程序和微程序存储器。

显示屏的显示内容分四个主菜单： 1、 观察和修改内部寄存器； 2、 观察和修改程序存储器； 3、 观察和修改微程序存储器； 4、 手动状态。

四个主菜单用TV/ME 键切换。如下图：

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1、观察、修改内部寄存器

内部寄存器的内容分五页显示，用LAST或NEXT键向前或向后翻页，可以显示所有内部寄存器值，输入数字可修改非只读寄存器值。见下图：

2、观察、修改程序存储器内容

显示屏显示如下图，其中“Adr”表示程序存储器地址，“DB”表示该地址中数据。光标初始停在“Adr”处，此时可以用数字键输入想要修改的程序地址，也可以用NEXT 和LAST 键将光标移到“DB”处，输入或修改此地址中的数据。再次按NEXT或LAST键可自动将地址+1 或将地址-1，并可用数字键修改数据。按MON 键可以回到输入地址00的状态。见下图。

3．观察、修改微程序存储器内容

微程序存储器数据的观察、修改与上面程序存储器的观察修改方法相似，不同的是微程序要输入3 个字节，而程序存储器的修改只要输入1 个字节。微程序观察修改的显示屏显示如下图，其中“Adr”表示微程序地址，“MH”表示微程序的高字节，“MM”表示微程序的中字节，“ML”表示微程序的低字节。

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使用实验仪键盘可以用三种方法调试程序，程序单步、微程序单步、全速执行。当用键盘调试程序时，显示屏显示寄存器第一页的内容。

[STEP] 为微程序单步执行键，每次按下此键，就执行一个微程序指令，同时显示屏显示微程序计数器、程序计数器、A 寄存器、W 寄存器的值。可以通过NX 或LS 键翻页 观察其它寄存器的值，观察各个寄存器的输出和输入灯的状态。

[SCAL]为程序单步执行键，每次按下此键，就执行一条程序指令，同时显示屏显示微程序计数器、程序计数器、A 寄存器、W 寄存器的值。可以通过NX 或LS 键翻页观察其它寄存器的值。

[EX]为全速执行键，按下此键时，程序就会全速执行，按键盘任一键暂停程序执行，并且显示当前 寄存器的值．

[RG]为中断请求键，按下此键时，会产生一个中断请求信号INT．

[RST]复位键，按下此键，程序中止运行，所有寄存器清零（IR除外），程序指针回到0 地址。

举例：用键盘输入以下程序代码：

1．按TV 键，直到显示屏显示内容为

2．按NX 键，光标移到“DB”下，显示屏为

3．按1,2 两个数字键， 显示屏为

4．按NX 键，地址+1，显示屏为

5．按3,4 两个数字键，显示屏为

重复4、5 两步，直到输入所有的程序代码。

在第1 步时，光标停在“Adr”处，可以按数字键0 ----F 输入要修改的程序存储器的地址，然后再按NEXT 键输入程序代码。如果光标移到“DB”下，而此时又想改变地址，可以按MON 键，将光标移回到“Adr”处，按数字键输入地址。输入微程序代码的方法与此相似，不同的是

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程序只需输入两个数字，即一个字节，而微程序要输入6 个数字，即三个字节。如果多于6 个数字会自动从右向左移动光标。如果输入不足6个数字就用NEXT或LAST翻页，则只有被改动的几个数字有效，其它数字不变。

4. 用小键盘调试实验一

一：输入机器码 按TV 键选择EM

顺序输入机器码：7C 12 70 74 78 01 C0 C4 输完机器码后按RST 复位 二：单步执行微程序

按RST 复位键后，PC=0，uPC=0

uM输出24 位微程序：CB FF FF 此微指令为取指指令 第一条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： PC值为01（时钟上升沿PC+1） IR 值为7C，uPC值为7C （指令码） uM 输出为：C7 FF F7 （EM 值送A） 第二条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： PC值为02（时钟上升沿PC+1） A值为12

uPC值为7D （时钟上升沿uPC+1） uM 输出为：CB FF FF （取指指令） 第三条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： PC值为03（时钟上升沿PC+1） IR 值为70，uPC值为70 （指令码） uM 输出为：FF F7 F7 （R？值送A） 第四条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： PC值为03（时钟上升沿PC+1）

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A值为00

uPC值为71 （时钟上升沿uPC+1） uM 输出为：CB FF FF （取指指令） 第五条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： PC值为04（时钟上升沿PC+1） IR 值为74，uPC值为74 （指令码） uM 输出为：FF 77 FF （R？值送MAR） 第六条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： MAR 值为00

uPC值为75 （时钟上升沿uPC+1） uM 输出为：D7 BF F7 （EM 值送A） 第七条微指令

按一次STEP键，完成一个时钟，此时： A值为7C uPC值为76

uM 输出为：CB FF FF （取指）

用同样的方法执行余下的指令。也可以用SCAL 或EX 键执行指令。

在做分部模块实验时，实验仪键盘0．．．Ｆ，NX，LS不起作用，显示屏显示内容为8 芯电缆的连接方式。例如显示屏显示内容如下：表示手动方式，J1 通过8 芯电缆接到J3，或J2 通过8 芯电缆接到J3。

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实验二 寄存器实验

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。 实验器材：DJ-CPTH实验仪

实验要求：1、认真预习实验指导相关内容，填写预习报告，包括实验用的全部数据、实验操作

步骤等。

2、实验之后认真填写实验报告，包括画出实验接线图，记录和整理实验过程、结果及现象，并对结果进行分析和讨论，记录实验过程中遇到的问题及其解决方法，总结本次实验的收获和体会以及对该次实验的建议。

实验原理及步骤：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。

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

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74HC574工作波形图

任务1：R0，R1，R2，R3 寄存器实验

寄存器R 原理图

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寄存器R 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\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11H写入R0寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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。

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将22H写入R1寄存器

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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DBUS[7:0]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DBUS[7:0]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。

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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：00010001，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： 00100010. 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：

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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：

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．WEN，AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。

任务2：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

1. 将55H写入A寄存器 2. 将33H写入W寄存器

3. 置下表的控制信号，检验运算器的运算结果

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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。

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实验四 数据输出和移位实验

实验目的：1、理解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。 2、理解运算器中移位功能的实现方法。

实验要求：1、认真填写预习报告，包括实验用的全部数据、实验操作步骤等。

2、实验之后认真填写实验报告，包括画出实验接线图，记录和整理实验过程、结果及现象，并对结果进行分析和讨论，记录实验过程中遇到的问题及其解决方法，总结本次实验的收获和体会以及对该次实验的建议。

实验器材：DJ-CPTH实验仪

实验原理及步骤：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。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：

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任务1：数据输出实验

置下表的控制信号，检验输出结果

任务2：移位实验

ALU直接输出和零标志位产生原理图

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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 →DBUS7 ALU7→DBUS6 ALU6→DBUS5 ALU5→DBUS4 ALU4 → DBUS3 ALU3 → DBUS2 ALU2 → DBUS1 ALU1 → DBUS0 Cy 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 →DBUS7

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ALU5→ DBUS6 ALU4→ DBUS5 ALU3→ DBUS4 ALU2→ DBUS3 ALU1→ DBUS2 ALU0→ 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DBUS[7:0]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。但究竟把哪一个结果送数据总线由X2X1X0输出选择决定。

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实验五 存储器实验

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。

实验要求：1、认真预习实验指导相关内容，填写预习报告，包括实验用的全部数据、实验操作

步骤等。

2、实验之后认真填写实验报告，包括画出实验接线图，记录和整理实验过程、结果及现象，并对结果进行分析和讨论，记录实验过程中遇到的问题及其解决方法，总结本次实验的收获和体会以及对该次实验的建议。

实验器材：DJ-CPTH实验仪

实验原理及步骤：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。

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：

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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\手动状态，即实验模式为手动的操作方法。

任务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

任务2：存储器EM 写实验 1. 将地址0 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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EM[0]

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二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据11H

置控制信号为：

按STEP键, 将数据11H写入EM[0]

2. 将地址1 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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EM[1]

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据22H

置控制信号为：

按STEP键，将数据22H写入EM[1]

任务3：存储器EM 读实验 1. 将地址0 写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]的数据输入，置数据00H

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置控制信号为：

按STEP键, 将地址0 写入MAR

读EM[0] 置控制信号为：

EM[0]被读出：11H

2. 将地址1写入MAR

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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EM[1] 置控制信号为：

EM[1]被读出：22H

任务4：存储器打入IR指令寄存器/uPC实验 1. 将地址0写入MAR

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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：

1. PC 加一实验 置控制信号为：

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按一次STEP脉冲键，CK产生一个上升沿，数据PC 被加一。

2. PC 打入实验

二进制开关K23-K16用于DBUS[7:0]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。

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实验七 微程序存储器uM实验

实验目的：1、理解微程序控制方式模型机的基本工作原理。 2、理解微程序存储器uM的控制方法。

实验要求：1、认真预习实验指导相关内容，填写预习报告，包括实验用的全部数据、实验操作

步骤等。

2、实验之后认真填写实验报告，包括画出实验接线图，记录和整理实验过程、结果及现象，并对结果进行分析和讨论，记录实验过程中遇到的问题及其解决方法，总结本次实验的收获和体会以及对该次实验的建议。

实验器材：DJ-CPTH实验仪

实验原理及步骤：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。

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

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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\手动状态，即实验模式为手动的操作方法。

任务1：微程序存储器uM 读出 置控制信号为：K0为1 uM 输出uM[0]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uM[1]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uM[2]的数据

任务2：使用实验仪小键盘输入uM 1．连接J1, J2 2．打开电源

3．按TV/ME键, 选择uM 4．输入两位地址, 00

5．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

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实验八 模型机综合实验一

实验目的：1、了解模型机的寻址方式、指令集和微指令集； 2、熟悉CPTH集成开发环境的使用；

3、在微程序控制方式下，通过数据传送、输入输出指令的执行，理解相关部件的工作原理。

实验要求：1、认真预习实验指导相关内容，填写预习报告，包括实验用的全部数据、实验操作

步骤等。

2、实验之后填写实验报告，实验报告中要认真总结分析实验中的各种现象，特别要把单微指令方式下的调试过程写清楚，也包括实验过程中遇到的问题、解决方法，实验后的心得体会及对该次实验的建议与意见。

实验器材：DJ-CPTH实验仪、PC机 实验原理及步骤：

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(1~7)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 软件的使用方法见附录1“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实验一“实验仪键盘使用”一节。

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。

任务1：模型机的寻址方式、指令集和微指令集 1、 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。

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