计算机组成原理试验中的基本模型机设计与实现

计算机组成原理试验中的基本模型机设计与实现 计算机组成原理是计算机科学中的一门重要课程，对于计算机科学与技术专业的学生来说，是必修的基础课程之一。计算机组成原理试验是计算机组成原理课程中的一部分，是学生学习计算机组成原理的重要实践环节。 本次实验的目的是设计和实现一个基本模型机，通过掌握部件单位电路实验的基础上，进一步将其组成系统地构造一台基本模型计算机，并定义五条机器指令，并编写相应的微程序，上机调试掌握整机概念。 实验设备主要包括Dais-CMB+计算器组成原理数学实验系统一台，排线若干。 实验内容包括实验原理、微程序设计和指令寄存器等方面。实验原理部分主要介绍了部件实验过程中，各部件单元的控制信号是以人为模拟产生为主，而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元的控制信号，实现特定指令的功能。微程序控制器将负责计算机数据通路的控制，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成。 本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前四位为操作码）：助记符机器指令码说明INaddr00100000×××××××דINPUTDEVICE”中的开关状态R0ADDaddr01000000××××××××R0+[addr]--R0STAaddr01100000××××××××R0--[addr]OUTaddr10000000××××××××[addr]--BUSJMPaddr10100000××××××××[addr]--PC其中IN为单字节（8位），其余为双字节指令，××××××××为addr对应的二进制地址码。 微程序设计是计算机组成原理试验中的一个重要环节，微程序控制器将负责计算机数据通路的控制，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成。微程序流程图见图3-5，当拟定“取指”微指令时，该微指令的判别测试字段为P（1）测试。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前四位（IR7-IR4）作为测试条件，出现5路分支，占用5个固定微地址单元。 指令寄存器（IR）是计算机组成原理试验中的一个重要概念，指令寄存器用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令化分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试。 计算机组成原理试验中的基本模型机设计与实现是计算机科学与技术专业学生学习计算机组成原理的重要实践环节，通过设计和实现一个基本模型机，学生可以掌握计算机组成原理的基本概念和原理，并具备基本的计算机设计和实现能力。