计算机组成原理课程设计报告
实验内容及原理
1、实验内容
（1）常规型微程序控制组成实验。 （2）CPU组成与机器指令执行实验。 （3）中断原理实验。
2、实验原理
（1）TEC-4 计算机组成实验系统简介
TEC-4计算机组成实验系统由清华同方教学仪器设备公司研制。它是一个典型的计算机模型实验仪器，可用于将大专、本科、硕士研究生计算机组成原理课程、计算机系统结构课程的教学实验。该仪器将提高学生的动手能力就，提高学生对计算机整体和各组成部分的理解，提高学生对计算机系统的综合设计能力。
（2）TEC-4计算机组成实验系统的组成 a控制台 b数据通路 c控制器
d用户自选器件实验区 e时序电路 f电源部分 （3）时序发生器
时序发生器器产生计算机模型的时序。TEC-4计算机组成原理实验的时序电路如图一，电路采用2片GAL22V10（U6,U7）,可产生两级等间隔时序新号T1-T4和W1-W4。其中一个W由一轮T1-T4循环组成，相当于一个微指令周期；而一轮W1-W4循环可供硬连线控制器执行一条机器指令。
CLR#为复位新号，低有效。试验仪处于任何状态下令CLR#=0，都会使时序发生器和微程序控制器复位；CLR#=0时，则可以正常运行。
TJ是停机新号，是控制器的输出新号之一。连续运行时，如果控制信号停机=1，会使机器停机，停止发送时序脉冲,从而暂停程序。QD是启动信号，是运行程序的标志。DP，DZ，DB是来自控制台的开关信号。DP表示单拍，当DP=1时，每次只执行一条微指令；DZ表示单指，当DZ=1时，每次只执行一条机器指令；当DP，DB，DZ都为0时，机器连续运行。
图一 （4）数据通路
TEC-4计算机组成原理实验的数据通路的设计采用了数据总线和指令总线双总线形式，使得流水实验能够实现。它还使用了大规模在系统可编程器件作为运算器和寄存器堆，使得设计简单
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明了，可修改性强。数据通路位于实验系统的中部。如图二 其包括如下主要部件：
a 运算器ALU，它有一片ispLSI 1024（U47）组成，在选择端S2，S1，S0控制下，对数据A和B加、减、与、直通、乘五种运算。 b DR1和DR2运算操作数寄存器； c 多端口通用寄存器堆ＲＦ d 暂存寄存器ＥＲ
e 程序计数器ＰＣ、地址加法器ＡＬＵ２；地址缓存器Ｒ４；等等
图二 （5）控制器
控制器位于本实验系统的中上部，产生数据通路操作所需的控制信号。如图三 （6）控制台
控制台位于TEC-4计算机组成原理实验系统的下部，主要由指示灯和若干拨动开关组成，用于给数据通路设置数、设置控制信号、显示各种数据使用。
图三
实验任务
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1、按微指令格式的定义将控制台指令微程序的8条微指令按十六进制编码。
2、单拍（DP）方式执行控制台微程序，读出上述八条微指令，并与填写的编码数据对照。 3、对机器指令系统组成的简单程序进行译码，并填写机器码表。 4、单拍、单指、单步执行八条机器指令。 5、填写中断服务程序表，并完成中断实验。
实验步骤
1、常规型微程序控制器组成实验
（1）熟悉给定的12条机器指令功能和数据通路总体图的控制信号，采用的微指令格式见图四。
图四
微指令字长共35位，其中顺序控制部分10位，后续微地址6位，判别字段25位，各位进行直接控制。微指令格式中，信号名带有后缀“#＂的信号为低有效，不带有后缀“#”的信号为高有效信号。
对应微指令格式，微程序控制器的组成见图五，控制器采用５片EEPROM28C64（U8，U9，U10，U11，U12）。微地址寄存器6位，用一片6D触发器74HC174（U1）组成，带有清零端。两级与门、或门构成微地址转移逻辑，用于产生下一微指令的地址。在每个T1上升沿时刻，新的微指令地址会打入微地址寄存器中，控制存储器随既输出相应的微命令代码。
图五
（2）熟悉机器指令与微指令
本实验仪使用12条机器指令，均为单字长（8位）指令。指令功能及格式如表一所示。指令
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的高4位提供给微程序控制器，低4位提供给数据通路。 上述12条指令的微程序流程设计如图六，每条微指令可按前述的微指令格式转换成二进制代码，然后写入5个28C64中。
为了写入的正确，还设计了以下五个控制台操作数程序：
① 存储器写操作（KWE）：按下复位按钮CLR#后，微地址寄存器状态为全零。此时置SWC=0，SWB=1，SWA=0，按启动按钮后微指令地址转入27H，从而可对RAM连续进行手动写入。
② 存储器读操作（KRD）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=0，SWA=1，可对RAM连续进行读操作。
③ 启动程序（PR）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=0，SWA=0，用数据开关SW7-SW0设置内存中程序的首地址，可以执行“取指”微命令。
④ 写寄存器操作（KLD）：按下CLR#后，置SWC=0，SWB=1，SWA=1，可对寄存器堆中的寄存器连续进行写操作。
⑤ 读寄存器操作（KRR）：按下CLR#后，置SWC=1，SWB=0，SWA=0，可对寄存器堆中的寄存器连续进行读操作。 名称 加法 减法 乘法 逻辑与 存数 取数 无条件转移 条件转移 停机 中断返回 开中断 关中断 助记符 ADD Rd,Rs SUB Rd，Rs 功能 指令格式 R7 R6 R5 R4 0 0 0 1 R3 R2 RS1 RS0 RS1 RS0 RS1 RS0 RS1 RS0 RS1 RS0 RS1 RS0 RS1 RS0 D3 D2 × × × × × × × × R1 R0 RD1 RD0 RD1 RD0 RD1 RD0 RD1 RD0 RD1 RD0 RD1 RD0 × × D1 D0 × × × × × × × × Rd+Rs→Rd 0 0 0 0 Rd-Rs→Rd Rd&Rs→Rd MUL Rd，Rs Rd*Rs→Rd 0 0 1 0 AND Rd，Rs 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 STA Rd，[Rs] Rd→[Rs] LDA Rd，[Rs] [Rs]→Rd JMP [Rs] JC D STP IRET INTS INTC [Rs] →PC 若C=1 则PC+D→PC 暂停运行 返回断点 允许中断 禁止中断 表一 （3）熟悉微程序流程图
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