计算机组成原理：程序计数器实验
实验六 程序计数器实验
一、实验目的
1） 连接程序计数器、地址寄存器、存储器与指令寄存器，理解程序计数器的作用。 2） 掌握使用微命令通过程序计数器从存储器中读取指令和数据的方法。
二、实验要求
1） 做好实验预习，在实验之前填写好表 1-4 ，读懂实验电路图，熟悉实验元器件的功能特性 和使用方法。
2） 按照实验内容与步骤的要求进行实验，对预习时填写好的微命令进行验证与调试，遇到问 题请冷静、独立思考，认真仔细地完成实验。
三、实验原理
1. 实验数据总框图
2. 实验用到的四条机器指令格式如表 1 所示
3. RAM 中预存的程序和数据如表 2 所示
四、实验内容与步骤
1. 阅读 RAM 中的程序，并回答问题：此程序的功能是什么？
答：从数据开关输入1个数，与存储单元08H相加，结果存放到09H存储单元中，循环执行此段代码。
2. 运行虚拟实验系统，导入实验电路图，接好所有控制信号线，连接好的电路截图如下所示：
图 1 数据通路实验电路
3. 电路预设置：将计数器的CR 、ENT 、ENP 置 1 ，IR 、AR 的 MR 置 1 ，时序发生器的 Step 置 1。 4. 程序起始地址→PC ，地址从数据开关输入。具体步骤如下：
1） 设计好要使用的微命令，填入表 1：
表 1 程序起始地址→PC 微命令
| 功能 | 微命令 | |||||||
| LOAD | LDPC | CE | LDIR | |||||
| SW - BUS | PC - BUS | LDAR | WE | |||||
| 数据开关→ PC | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
2） 打开电源。
3） 设置控制信号：数据开关→PC；将数据开关设置为地址 00H；单击时序发生器的 start 按钮， 等待一个 CPU 周期，此时 PC 被置为 00H。
5. 取指令，以当前 PC 的值作为地址，取出存储器中相应的指令，放入指令寄存器 IR ，同时 PC+1。 具体步骤如下：
1） 设计好要使用的微命令，填入表 2：
表 2 取指令微命令
| 功能 | 微命令 | |||||||
| PC - BUS | LDPC | CE | LDIR | |||||
| SW - BUS | LOAD | LDAR | WE | |||||
| PC→AR,PC+1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| RAM→ BUS,BUS→ IR | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
2） 设置控制信号：PC→AR,PC+1；单击 start 按钮。等待一个 CPU 周期，此时 PC 的值存入 AR ，而后 PC 递增 1。
3） 设置控制信号：RAM→IR；单击 start 按钮，等待一个 CPU 周期，此时 00H 地址处的 IN 指令被取出放入了 IR 。注意： 由于 IN 指令为全零，所以此时指示灯不会点亮。
6. 重复执行一次表 2 中的 2 组微命令，读出 PC 所指单元内容到 IR。
7. 读 ADD 指令的操作数地址，在 LED 上显示，同时 PC+1 。具体步骤如下：
1） 设计好要使用的微命令，填入表 3：
表 3 读 ADD 指令的操作数地址微命令
| 功能 | 微命令 | |||||||
| LOAD | LDPC | CE | LDIR | |||||
| SW - BUS | PC - BUS | LDAR | WE | |||||
| PC→AR,PC+1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| RAM→ BUS | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2） 设置控制信号：PC→AR,PC+1；单击 start 按钮。等待一个 CPU 周期。 3） 设置控制信号：RAM→BUS。
8. 用同样的方法取 STA 指令到 IR ，PC+1；读出 STA 指令的操作数地址，PC+1。 9. 取 JMP 指令并执行，步骤如下：
1） 取指令的微命令上面已经有了，需要补充执行跳转的微命令，请填入表 4：
表 4 取 JMP 指令并执行微命令
| 功能 | 微命令 | |||||||
| PC - BUS | LDPC | LDAR | CE | WE | LDIR | |||
| SW - BUS | LOAD | |||||||
| PC→AR,PC+1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| RAM→ BUS,BUS→ PC | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
2） 用前面的方法取 JMP 指令到 IR ，PC+1。
3） 设置控制信号：PC→AR, PC+1；单击 start 按钮。等待一个 CPU 周期。
4） 设置控制信号：RAM→BUS, BUS→PC；单击 start 按钮。等待一个 CPU 周期，PC 值已被 设为 00H。
10. 尝试在读 ADD 指令的操作数地址时，不仅仅读出操作数地址，也把真正的操作数从存储器读出 来，并在 LED 上显示。
五、思考与分折
(1) 计算机开机的时候，一条指令都没有执行之前，程序计数器 PC 的值是如何设置的？
答：存放当前欲执行的地址。
- 本实验中，程序计数器是否一直指向下一条要执行的指令？
答：不是的，地址为06H时，PC指向00H。
- 程序计数器与微程序有什么联系？
答：二者是包含关系，微程序可能需要使用计数器来实现一些特定的功能。
实验截图1-n
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00H |
|
00H |
|
IN指令为0 |
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AR=00H |
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PC+1 -> 01H |
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01H |
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01H 00100000 |
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PC+1 ->02H |
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02H |
|
02H 00001000 |
|
PC+1 ->03H |
|
03H |
|
03H 01000000 |
|
PC+1 ->04H |
|
04H |
|
04H 00001001 |
|
PC+1 ->05H |
|
05H |
|
05H 01100000 |
|
PC+1 ->06H |
|
06H |
|
06H 00000000 |
|
PC+1 ->07H |
原文地址：https://blog.csdn.net/2303_81073778/article/details/144134474
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