实
验CPU与简单模型机设计实验
项
实验时间
2015年11月7日
目
实验1掌握一个简单CPU的组成原理。
2在掌握部件单元电路的根底上，进一步将其构造一台根本模型计算机。目的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。
实
验PC机一台，TDCMA实验系统一套
设
备
实本实验要实现一个简单的CPU，并且在此CPU的根底上，继续构建一个简单的模型计算机。CPU
验由运算器〔ALU〕、微程序控制器〔MC〕、通用存放器〔R0〕，指令存放器〔IR〕、程序计数器〔PC〕
原和地址存放器〔AR〕组成如图511所示。这个CPU在写入相应的微指令后，就具备了执行机器
理指令的功能，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的根底上增加一个主存和根本的输入输出部件，以构成一个简单的模型计算机。
图511根本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〕和地址存放器〔AR〕集成在一片CPLD芯片中。CLR连接至CON单元的总清端CLR，按下CLR按钮，将使PC清零，LDPC和T3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总线上的数据打入PC。如图512所示。
图512程序计数器PC原理图
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f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：IN〔输入〕、ADD〔二进制加法〕、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〕：
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513所示。本实验在前一个实验的根底上增加了三个部件，一是PC〔程序计数器〕，另一个是AR〔地址存放器〕，还有就是MEM〔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511所示。
图513数据通路图
表511微指令格式
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f系统涉及到的微程序流程见图514所示，当拟定“取指微指令时，该微指令的判别测试字段为P1测试。指令译码原理见图323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P1的测试结果出现多路分支。本机用指令存放器的高6位〔IR7IR2〕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16r