一、实验目的
1：将微程序控制器同执行部件（整个数据通路）联机，组成一台模型计算机。
2：用微程序控制器控制模型机数据通路。
3：通过CPU运行几条机器指令（排除中断指令）组成的简单程序，掌握机器指令与微指令的关系，牢固建立计算机的整机概念。
二、实验设备
TEC-4计算机组成原理实验系统（实验箱）和仿真软件。
三、实验内容
1：机器指令系统组成的简单程序进行译码
| 存储地址 | 指令 | 机器代码 |
| 00H | LDA R0,[R2] | 0101 1000 |
| 01H | LDA R1,[R3] | 0101 1101 |
| 02H | ADD R0,R1 | 0000 0100 |
| 03H | STP | 0110 0000 |
2：根据框图完成连线
控制器是控制部件，数据通路（包括数据通路总图中运算器、存储器及输入输出等各模块）是执行部件，时序产生器是时序部件。
1)将跳线开关J1用短路子短接。时序发生器的输入TJI接控制存储器的输出TJ。控制器的输入C接运算器ALU的C。控制器的输入IR7、IR6、IR5、IR4依次指令寄存器IR的输出IR7、IR6、IR5、IR4。共6条线。
2)控制器的输出LDIR（CER）、LDPC(LDR4)、PC_ADD、PC_INC、M4、LDIAR、LDAR1(LDAR2)、AR1_INC、M3、LDER、IAR_BUS#、SW_BUS#、RS_BUS#、ALU_BUS、CEL#、LRW、WRD、LDDR1(LDDR2)、M1（M2）、S2、S1、S0依次与数据通路的对应信号连接。共27条线。
3)指令寄存器IR的输出IR0接双端口寄存器堆的RD0、WR0，IR1接RD1、WR1，IR2接RS0，IR3接RS1。共6条线。
以仿真面板为例，各部件（微程序控制器、数据通路、控制台）之间所需要的连线如下图所示：
最终的连线结果如下图所示：
3：存程序机器代码，设置通用寄存器R2、R3及内存相关单元的数据
● 设置通用寄存器R2、R3的值
第一步：令DP=0，DB=0，DZ=0，使实验系统处于连续运行状态。令SWC=0、SWB=1、SWA=1，使实验系统处于寄存器加载工作方式KLD。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。
第二步：令SW=1111 1111，按下QD。即把RAM中的FF内存单元供设置通用寄存器使用，此步为选中RAM中的FF内存单元.
第三步：令SW=0000 0010，按下QD。即把通用寄存器R2的寄存器号写入IR中。
第四步：令SW=0110 0000，按下QD。即把60H写入IR指定的R2寄存器中。
第五步：令SW=0000 0011，按下QD。即把通用寄存器R3的寄存器号写入IR中。
第六步：令SW=0110 0001，按下QD。即把61H写入IR指定的R3寄存器中。
第七步：按下CLR#，使实验系统恢复到初始状态。
● 存程序机器代码
第一步：令DP=0，DB=0，DZ=0，使实验系统处于连续运行状态。令SWC = 0、SWB = 1、SWA = 0，使实验系统处于写双端口存储器工作方式KWE。按CLR#按钮，使实验系统处于初始状态。
第二步：令SW=0000 0000，按下QD。将00H写入AR1。
第三步：令SW=0101 1000，按下QD。将58H写入存储器00H单元。AR1自动加1，变为01H。
第四步：令SW=0101 1101，按下QD。将5DH写入存储器01H单元。AR1自动加1，变为02H。
第五步：令SW=0000 0100，按下QD。使AR1+1，AR1此时为03H。
第六步：令SW=0110 0000，按下QD。使AR1+1。AR1此时为04H。
第七步：按CLR#，令SW=0110 0000，按下QD。将60H写入AR1。
第八步：令SW=0010 0100，按下QD。将24H写入存储器60H单元。AR1自动加1，变为61H。
第九步：令SW=1000 0011，按下QD。将83H写入存储器61H单元。
第十步：按CLR#，使实验系统恢复到初始状态。
第十一步：查询01H、02H、03H、04H、60H、61H存储单元中在之前步骤中所存储的数据是否正确。
4：用单拍（DP）方式执行一遍程序
设置SWC=0，SWB=0，SWA=0，计算机处于PR启动程序阶段，同时设置DP=1，DB=0，DZ=0，用SW7-SW0设置这几条指令的起始地址00H，按QD单拍执行。观察执行过程微地址变化和执行结果如下表所示：
| QD次数 | 后继微地址 | 执行内容 |
| 1 | 000111 | 取指 |
| 2 | 000101 | 译码 |
| 3 | 010101 | 加载寻址 |
| 4 | 110110 | 读取 |
| 5 | 110100 | 写入 |
| 6 | 001111 | 取指 |
| 7 | 000101 | 译码 |
| 8 | 010101 | 加载寻址 |
| 9 | 110110 | 读取 |
| 10 | 110100 | 写入 |
| 11 | 001111 | 取指 |
| 12 | 000101 | 译码 |
| 13 | 010000 | 加法寻址 |
| 14 | 111011 | 运算加法 |
| 15 | 110100 | 写入 |
| 16 | 001111 | 取值 |
| 17 | 000101 | 译码 |
| 18 | 010110 | 停机 |
最终运行结果如下图所示：保存在R0处的数据为两数相加的结果A7（1010 0111）。
5：比较单拍和单指方式执行程序
两种条件下寄存器的数据如下表所示：
| 单拍模式 | 单指模式 | |
| R0 | 0010 0100 | 1010 0111 |
| R1 | 1000 0011 | 1000 0011 |
| R2 | 0110 0000 | 0110 0000 |
| R3 | 0110 0001 | 0110 0001 |
四、实验数据通路总图
五、分析问题
1：为什么IR0,IR1对应接RD0、RD1, 还要接WR0、WR1？
RDl、RD0选择从A端口读出的寄存器，WR0、WR1选择被写入的寄存器。由于运算结果需写回寄存器中，因此需要同时指WRl、WR0，即IR0和IR1需要同时连接RD0、RD1和WR0、WR1。
2：KLD方式的功能是什么？为什么要用到内存的一个存储单元？
KLD的功能是加载寄存器堆。该存储单元供设置通用寄存器使用，在设置通用寄存器值的时候，该存储单元会暂存寄存器的编号。该存储器地址最好是不常用的一个地址，以免设置通用寄存器操作破坏重要的存储器单元的内容0。在本次实验中选用的为FFH。
3：总结实验出现的问题、解决办法，实验体会。
- CPU运行指令主要需要如下几个过程：
取指令：CPU的控制器从内存读取一条指令并放入指令寄存器。指令的格式一般是操作码+操作数的地址；
指令译码：指令寄存器中的指令经过译码，决定该指令应进行何种操作（操作码）、操作数的地址。
执行指令：执行指令分为取操作和进行运算两个阶段。
修改指令计数器，决定下一条指令的地址。 - 模型计算机如何区分所取的８位是数据还是指令：数据和指令存放在RAM存储器中。执行指令的过程分为取指令、指令译码、取操作数、运算、送结果。程序运行时计算机会根据指令和数据的访问阶段不同来区分二者，在取指令阶段取出的为指令，在取操作数阶段取出的为数据。
TEC4-A模型计算机一条机器指令的字长为8位，前4位为操作码、后4位为寄存器编号。具体的机器指令格式如下图所示：
- 在本实验中，把数据和地址存入RAM中的操作是一样的，首先通过SW7～SW0选中RAM中的目标存储单元，然后将数据通过SW7～SW0存入目标存储单元中。
- 在本实验中，我们从00地址开始存4个机器代码，对应4条机器指令。在 60H存入24H，用于给R0置初值；在61H存入 83H，用于给R1置初值。
- CPU的内部结构可分为：控制单元、逻辑运算单元、存储单元三大部分。其中，控制单元完成数据处理整个过程中的调配工作；逻辑单元完成各个指令以便得到程序最终想要的结果；存储单元负责存储原始数据以及运算结果。
- 数据通路的各端口和微程序控制器的各端口相连，是因为微程序控制器需要向数据通路发出控制信号，以控制数据通路的运行。
- 在本实验中，我们首先设置了通用寄存器内的值，然后在RAM里面存入了程序机器指令，最后通过单拍或单指的方式执行了一遍程序。因此，程序编写和运行的过程整体同上，即先存指令，后点运行。
- 在遇到不理解的信号或操作时，优先在《TEC4 模型计算机介绍》中使用control+F键进行查找。
