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计算机组成原理
实验指导
2016 / 2017 学年 第 2 学期
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指导教师
2 第一章 Dais-CMX16+系统概述
1.1 系统特点
1. 指令格式
Dais-CMX系列的指令格式，采用“变长指令字”结构，不同指令操作码不完全相同，操作码的位数不固定，结构灵活，指令的码点冗余少，能充分利用指令的毎一位。可指定256种操作，即最多可以包含256条指令。在“达爱思通用汇编器”的支撑下，打造属于自己的个性化指令系统，亦可设计成与十六位、八位微处理器兼容的通用指令系统，为模型计算机的标准化与通用性设计构建了一个可操作平台。
2. 微控制器
Dais-CMX系列运用“PLA”理念，用存储器逻辑与组合逻辑相结合的方法构造微控制器，根据程序需要自动变更当前控制逻辑，对于使用频率高的简单指令以及很有用又不复杂的指令选择组合逻辑，遇复杂的、不规整需扩充的指令选择存储器逻辑，从而实现动态的微控制体系结构。
3. 后续微址
Dais-CMX系列微程序控制器中隐含后续微地址（BAF），采用断定法，由转移控制段BCF（2位）规定后续微地址形成方式，支持顺序执行（uPC+1），进位位转移，零标志转移，无条件转移，在取指周期以操作码形成后续微地址。
4. 总线结构
Dais-CMX系列采用三总线结构，分别是数据总线（dbus）、指令总线（Ibus）和微总线（udbs），这种三者分离并行的总线结构，遇取指周期可以并行完成操作数的存取，在当前指令结束后的首个微周期可直接进入下一条指令的取指操作，通过微总线形成电路解释与执行的后续微址，因此指令总线与微总线的主要仼务是预取指与后续微址的预处理。
5. 时序层次
Dais-CMX系列拥有一个周期、节拍、脉冲组成的三级时序系统。以取指周期为始设了四个状态触发器，在组合逻辑控制中，那个触发器为1，控制器就进进入那个机器周期的微操作。系统按序定拍，随机器周期动态变更节拍发生器，在非取指周期产生T1→T3→T4三拍制节拍发生器，在取指周期产生T1→T2→T3→T4四拍制发生器
目 录
实验一 系统认识实验 ··················································································· 2
实验二 算术逻辑运算实验 ············································································ 9
实验三 进位控制实验 ················································································· 12
实验四 移位运算实验 ················································································· 14
实验五 静态随机存储器实验 ······································································ 16
实验六 总线控制器实验 19
实验七 微程序控制器实验 ············································································ 21
实验一 系统认识实验
一、实验目的
1 ．搭建并操作一个最基本的模型计算机。
2 ．建立对计算机组成及其原理的基本认识。
二、实验设备
1．TDN-CM+或 TDN-CM++教学实验系统一套。
2 ．PC 微机一台。
三、实验原理
1．一台简单模型计算机的结构
为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，我们将设计一个最基
本的模型计算机。根据前面小节的知识，我们将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总
计算机组成原理
实验指导书
（西安唐都科教仪器公司TDN-CM系统）
梁海英 整编
2013年8月 TDN-CM系统构成
1.控制信号发生单元（JT UNIT（TDN-CM）即W/R UNIT（TDN-CM+））
用来转换产生各单元电路所需的时序信号T1~T4，以及外总线所需的读/写控制信号W/R。
2.时序电路单元（STATE UNIT）
其电路由四部分构成：消抖电路（KK2）、时序控制（TS1、TS2、TS3、TS4）、时钟信号源（φ）、拨动二进制开关组（STOP、STEP）。用户只需将φ信号与信号源的输出插孔相连，然后按动START（KK1）微动开关，根据STOP及STEP的状态，T1~T4将输出有规则的方波信号。
（1）单拍脉冲及消抖电路
在实验中KK2一般用来作为单拍脉冲信号发生器；START已将其输出接入时序电路中的START处，作为时序电路的启动开关。
（2）时序控制电路、拨动开关组
STEP（单步）、STOP（停机）分别是来自实验台上部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。启动是来自实验台“STATE UNIT”单元的一个微动开关START的按键信号。当STOP开关置为RUN状态，STEP开关置为EXEC时，按下START，时序信号TS1~TS4将周而复始的发送出去。若STEP开关置为STEP状态时，按下START，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只产生一条微指令，因而可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果使STOP开关置STOP，也会使机器停机，或将CLR开关置为零，也可使时序清零。
3.信号源单元“SIGNAL UNIT”
可先调节W1，使H23端输出用户期望的某一频率的波形信号，信号的频率在30Hz-300Hz；然后，再调节W2使H23端输出特定占空比的信号，供实验时选择使用。
4.运算器单元（ALU UNIT）
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实验一 系统认识实验 ······································································ 2
实验二 算术逻辑运算实验 ································································ 9
实验三 进位控制实验 ····································································· 12
实验四 移位运算实验 ····································································· 14
实验五 静态随机存储器实验 ···························································· 16
实验六 总线控制器实验 19
实验七 微程序控制器实验 ································································ 21
实验一 系统认识实验
一、实验目的
1 ．搭建并操作一个最基本的模型计算机。
2 ．建立对计算机组成及其原理的基本认识。
二、实验设备
1．TDN-CM+或 TDN-CM++教学实验系统一套。
2 ．PC 微机一台。
三、实验原理
1．一台简单模型计算机的结构
为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，我们将设计一个最基
本的模型计算机。根据前面小节的知识，我们将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、部总
线等部件搭接起来构成一个 CPU，然后再加上存储器、输入设备、输出设备即构成一台完整的模型计算机。其逻辑框图见图 1.4-1。
