《計(jì)算機(jī)組成原理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書-全 (3)

1、計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)目錄第一章實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述11.1系統(tǒng)概況11.2系統(tǒng)特點(diǎn)11.3硬件環(huán)境21.4軟件環(huán)境31.5系統(tǒng)構(gòu)成41.6系統(tǒng)控制6第二章按鍵操作指南72.1鍵盤概述72.2工作模式設(shè)置82.3寄存器讀寫操作102.4存儲(chǔ)器讀寫操作11第三章手動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)133.1 手動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立133.2手控實(shí)驗(yàn)提示143.3手動(dòng)“搭接”實(shí)驗(yàn)示例16實(shí)驗(yàn)一總線控制實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)二存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)三算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)28實(shí)驗(yàn)四控制器實(shí)驗(yàn)35實(shí)驗(yàn)五 基本模型機(jī)實(shí)驗(yàn)43實(shí)驗(yàn)六復(fù)雜模型機(jī)實(shí)驗(yàn)4853第一章實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)概況Dais-CMX系列十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理，是以Dais

2、-CMH/CMH+為基礎(chǔ)研制的第三代面向教學(xué)實(shí)踐領(lǐng)域的原理計(jì)算機(jī)運(yùn)用類實(shí)驗(yàn)裝置。它以計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與組成原理為母體，綜合接口應(yīng)用，渉及CPLD、FPGA等邏輯器件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，知識面寬，適用范圍廣泛。Dais-CMX系列有兩款型號，Dais-CMX16+為十六位體系機(jī)構(gòu)，字長16位；Dais-CMX08+為準(zhǔn)十六位體系結(jié)構(gòu)，其總線寬度為8位，后者由于受字長的制約，總線部件的寬度以八位機(jī)為主體，局限于字節(jié)尋址與字節(jié)操作，它的字操作是通過增加微指令分時(shí)實(shí)現(xiàn)的，由于兩者的微控制器按同一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，字長及控位的定義與命名基本一致，因此兩者僅在微指令解釋途徑與執(zhí)行過程上存在一定“時(shí)空”差異，但就其指令的執(zhí)

3、行與實(shí)現(xiàn)而言幾乎完全兼容，也就是說在體系結(jié)構(gòu)與原理組成方面它們處同一層面。1.2系統(tǒng)特點(diǎn)1. 體系結(jié)構(gòu)Dais-CMX16+可以按照通用計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)原理計(jì)算機(jī)，把模型機(jī)的構(gòu)造特性提升到與IBM PC相兼容的水準(zhǔn)。因此在該系統(tǒng)上，面向匯編語言和C語言的微操作由“理想”演變?yōu)椤艾F(xiàn)實(shí)”。達(dá)愛思原理計(jì)算機(jī)對于“定長指令”僅從指令格式分類的角度舉例驗(yàn)正，動(dòng)態(tài)的體系結(jié)構(gòu)徹底擺脫了非標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境下特定和虛構(gòu)的不規(guī)范語言給原理計(jì)算機(jī)語言教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)所帶來的困繞。2. 指令格式Dais-CMX系列的指令格式，采用“變長指令字”結(jié)構(gòu)，不同指令操作碼不完全相同，操作碼的位數(shù)不固定，結(jié)構(gòu)靈活，指令的碼點(diǎn)冗余少，能

4、充分利用指令的毎一位。兩系統(tǒng)均可指定256種操作，即最多可以包含256條指令。在“達(dá)愛思通用匯編器”的支撐下，打造屬于您自己的個(gè)性化指令系統(tǒng)，亦可設(shè)計(jì)成與十六位、八位微處理器兼容的通用指令系統(tǒng)，為模型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化與通用性設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)可操作平臺(tái)。3. 微控制器Dais-CMX系列運(yùn)用“PLA”理念，用存儲(chǔ)器邏輯與組合邏輯相結(jié)合的方法構(gòu)造微控制器，根據(jù)程序需要自動(dòng)變更當(dāng)前控制邏輯，對于使用頻率高的簡單指令以及很有用又不復(fù)雜的指令選擇組合邏輯，遇復(fù)雜的、不規(guī)整需擴(kuò)充的指令選擇存儲(chǔ)器邏輯，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的微控制體系結(jié)構(gòu)。4. 后續(xù)微址Dais-CMX系列微程序控制器中隱含后續(xù)微地址（BAF），采用斷

5、定法，由轉(zhuǎn)移控制段BCF（2位）規(guī)定后續(xù)微地址形成方式，支持順序執(zhí)行（mPC+1），進(jìn)位位轉(zhuǎn)移，零標(biāo)志轉(zhuǎn)移，無條件轉(zhuǎn)移，在取指周期以操作碼形成后續(xù)微地址。5. 總線結(jié)構(gòu)Dais-CMX系列采用三總線結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)總線（DBUS）、指令總線（IBUS）和微總線（mBUS），這種三者分離并行的總線結(jié)構(gòu)，遇取指周期可以并行完成操作數(shù)的存取，在當(dāng)前指令結(jié)束后的首個(gè)微周期可直接進(jìn)入下一條指令的取指操作，通過微總線形成電路解釋與執(zhí)行的后續(xù)微址，因此指令總線與微總線的主要仼務(wù)是預(yù)取指與后續(xù)微址的預(yù)處理。6. 時(shí)序?qū)哟蜠ais-CMX系列擁有一個(gè)周期、節(jié)拍、脈沖組成的三級時(shí)序系統(tǒng)。以取指周期為始設(shè)了四個(gè)狀態(tài)

6、觸發(fā)器，在組合邏輯控制中，那個(gè)觸發(fā)器為1，控制器就進(jìn)進(jìn)入那個(gè)機(jī)器周期的微操作。系統(tǒng)按序定拍，隨機(jī)器周期動(dòng)態(tài)變更節(jié)拍發(fā)生器，在非取指周期產(chǎn)生T1T3T4三拍制節(jié)拍發(fā)生器，在取指周期產(chǎn)生T1T2T3T4四拍制發(fā)生器1.3硬件環(huán)境1. 實(shí)時(shí)監(jiān)視器各部件單元都以計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有四個(gè)七段數(shù)碼管顯示其十六進(jìn)制內(nèi)容，清楚明了。兩個(gè)數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當(dāng)前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出，而又是被何單元接收的。使得系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)即使不借助PC機(jī)，也可實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)流狀態(tài)，判斷其正確性，提供一目了然的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2. 開放式設(shè)計(jì)系統(tǒng)支持三種實(shí)驗(yàn)電路構(gòu)造方式，即實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線連接方

7、式、單元電路的控位連接方式和實(shí)驗(yàn)電路“軟連線”方式。對于實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線連接方式，可采用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線從零開始在擴(kuò)展區(qū)域逐一搭起一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路；對于各單元電路的控位連接，只需使用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線在單元電路控位與控制信號之間對應(yīng)連接，就可構(gòu)造出實(shí)驗(yàn)所需的部件控制電路；亦可使用可編程邏輯器件在線設(shè)計(jì)下載實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路的“軟接線”。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線均通過插孔引出，并設(shè)計(jì)了40芯鎖緊插座，供用戶外設(shè)擴(kuò)展（I/O外圍設(shè)備、I/O接口器件及外部程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。3. 萬用匯編器用戶可以自定義指令微指令系統(tǒng)，用戶既可按通用計(jì)算機(jī)來定義，亦可根據(jù)自己的喜好以及實(shí)驗(yàn)的需要來定義完全屬于自

8、己的個(gè)性化指令系統(tǒng)，達(dá)愛思萬用匯編器可對用戶定義的匯編助記符進(jìn)行匯編，自動(dòng)生成機(jī)器指令代碼微代碼。4. 單級中斷源在計(jì)算機(jī)的構(gòu)造中，對于外部突發(fā)事件的處理通常采用中斷的方式，迫使處理器暫停當(dāng)前操作無條件轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。通用計(jì)算機(jī)的中斷源由外部事件中斷和軟件定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩種，前者適用于處理外部突發(fā)事件，而后者主要用于定時(shí)檢測、定時(shí)控制、定時(shí)監(jiān)督（即看門狗）。利用中斷服務(wù)子程序來提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)變能力。因此“中斷源”是計(jì)算機(jī)組成原理中不可缺少的一個(gè)重要部件。5. 兩種控制方式系統(tǒng)提供手動(dòng)控制與微控制兩種控制方式，所謂手動(dòng)控制,就是用二進(jìn)制撥動(dòng)開關(guān)模擬微控制信號，以手動(dòng)方式設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的邏輯控制電位

9、，建立“源與目”的有效狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)和完成實(shí)驗(yàn)制定的控制仼務(wù)本系統(tǒng)微控制器由組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯集合組成，兩者按獨(dú)立控制器的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，既可單獨(dú)控制，亦可交替互補(bǔ)（混合）控制，在國內(nèi)率先把PLA控制理念融入微控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中。6. 兩種實(shí)驗(yàn)方式搭接：所謂“搭接”就是在部件控位與控制器控位之間通過連接的方法形成控制電路。為此在“搭接”方式，首先考慮控制電路的連接，然后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在線：所謂“在線”就是以零連線為前提，為此在進(jìn)入“在線”方式前必須卸取所有實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線，然后再進(jìn)入在線方式的實(shí)驗(yàn)。7. 兩種操作環(huán)境系統(tǒng)設(shè)有16個(gè)數(shù)字鍵，8個(gè)功能鍵，2×16LCD液晶顯示窗，向用戶提供了一

10、個(gè)按鍵式操作環(huán)境。系統(tǒng)設(shè)有USB與RS232接口，連接PC，通過Window調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實(shí)驗(yàn)。8. 適當(dāng)?shù)募啥扔?jì)算機(jī)組成原理如何解決集成度的問題是廠家所深感矛盾的難題。達(dá)愛思公司利用“軟件硬化，硬件軟化”技術(shù)對其進(jìn)行了適度的分配：運(yùn)算器、組合邏輯控制器利用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?shí)現(xiàn)，其它部件則采用通過邏輯器件來實(shí)現(xiàn)。這就既可讓一般學(xué)生利用現(xiàn)有的邏輯知識去認(rèn)識計(jì)算機(jī)原理，也可讓有天賦的學(xué)生進(jìn)行更高層次的開發(fā)運(yùn)用實(shí)踐。1.4軟件環(huán)境Dais-CMX軟件支持Windows98/2000/XP/Vista，集成編輯器、匯編器、調(diào)試器，具有模擬調(diào)試，可模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本功能。1. 多

11、媒體教學(xué)憑借達(dá)愛思在軟件設(shè)計(jì)上的精湛技術(shù)，Dais-CMX十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理所配備的集成開發(fā)環(huán)境支持編輯、編譯，向系統(tǒng)裝載實(shí)驗(yàn)程序，提供了單拍、單步、宏單步（含斷點(diǎn)）、運(yùn)行等調(diào)試手段。還示意實(shí)驗(yàn)各部件的結(jié)構(gòu)圖、時(shí)序圖、電路原理圖。結(jié)構(gòu)圖中實(shí)時(shí)反映程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流向及相關(guān)的部件；原理圖中再現(xiàn)了各部件的詳細(xì)的組成原理；時(shí)序圖中則實(shí)時(shí)反映當(dāng)前的邏輯關(guān)系。所有這些均可通過投影儀把當(dāng)前的信息、狀態(tài)和對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行多媒體教學(xué)實(shí)踐。2. 邏輯分析對于教師而言，不難體會(huì)要講清時(shí)序關(guān)系是不容易的。而學(xué)生理解并利用時(shí)序關(guān)系則難上加難。而由于現(xiàn)代集成技術(shù)的迅猛發(fā)展，在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工

12、具進(jìn)行時(shí)序分析。達(dá)愛思CMX十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學(xué)設(shè)備向?qū)W生現(xiàn)場展示指令與時(shí)序的關(guān)系，可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)直觀地觀測到指令與時(shí)序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。3. 模型機(jī)結(jié)構(gòu)圖該窗口中完全模擬了模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖，能實(shí)時(shí)反應(yīng)程序執(zhí)行過程中各單元狀態(tài)變化，總線的數(shù)據(jù)流向。點(diǎn)擊各模塊即可在線修改部件數(shù)據(jù)。4. 微程序及跟蹤器跟蹤器窗口跟蹤程序的執(zhí)行過程，包括：微程序注釋、微地址、微指令、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)去向、總線規(guī)則、ALU運(yùn)算表達(dá)式、微變址、EM地址、PC、mPC。1.5系統(tǒng)構(gòu)成Dais-CMX16+硬件組成見表1.5.1。該十六位原理計(jì)算機(jī)體系

13、結(jié)構(gòu)與原理組成由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、開關(guān)電源、軟件三大部分組成。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上有16位通用寄存器、16位運(yùn)算器、16位累加器、16位暫存器、16位地址寄存器、11位程序計(jì)數(shù)器、16位準(zhǔn)雙向I/O單元、16位EM主存、16位RAM內(nèi)存、16位指令寄存器、8位指令譯碼寄存器、16位堆棧、單級中斷源、11位微程序計(jì)數(shù)器，擁有一個(gè)35位字長的微控制器和24位字長的組合邏輯控制器，并設(shè)置了一組24位字長的二進(jìn)制模擬開關(guān)，系統(tǒng)提供邏輯筆和24個(gè)按鍵操作環(huán)境。配有字符式LCD、USB通信口、RS232通信口及外設(shè)擴(kuò)展區(qū)。圖1.5.1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖表1.5.1 Dais-CMX16+硬件組成部件名稱部件主要電路十六位運(yùn)算器

14、單元由4片574組成AX、BX運(yùn)算源寄存器，由5256VE構(gòu)成運(yùn)算器，其內(nèi)核有十六位累加器、十六位暫存器，支持算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算、進(jìn)位與零標(biāo)志控制、支持字與字節(jié)的運(yùn)算操作十六位通用寄存器由4片574組成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）十六位通用寄存器組，支持字與字節(jié)操作十六位準(zhǔn)雙向I/O口由2片574和2片245緩沖組成準(zhǔn)雙向輸入/輸出I/O，內(nèi)置16位數(shù)據(jù)開關(guān)，16只狀態(tài)燈，支持字與字節(jié)操作十六位堆棧寄存器由2片574組成十六位SP指針，支持字與字節(jié)操作十一位程序計(jì)數(shù)器由3片161組成11位PC指針，尋址范圍2K（07FFh），按字方式尋址十一位微地址計(jì)數(shù)器由3片161組成1

15、1位mPC指針，尋址范圍2K（07FFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位地址寄存器由2片574組成十六位數(shù)據(jù)指針，尋址范圍64K（0FFFFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位EM主存由兩片6116組成EM主存，字容量2K（尋址范圍07FFh），支持字與字節(jié)操作十六位RAM內(nèi)存由兩片6116組成RAM內(nèi)存，字容量256個(gè)單元十六位指令寄存器由2片574組成十六位指令寄存器IR，只寫不可讀，按字節(jié)方式尋址指令譯碼器由CPLD組成八位指令譯碼器，只寫不可讀，按字節(jié)寫入中斷源由D觸發(fā)器組成中斷允許、中斷請求及中斷響應(yīng)標(biāo)志微程序控制器由兩片6264、1片6116組成微程序控制器，微控制位字長24位，

16、分段輸出微命令（24位）和下續(xù)微址（11位）。組合邏輯控制器由CPLD器件9572獨(dú)立構(gòu)成組合邏輯控制器，微控制位字長24位，內(nèi)核含有四個(gè)機(jī)器周期的狀態(tài)觸發(fā)器二十四位二進(jìn)制模擬開關(guān)及燈由24只撥動(dòng)開關(guān)及24個(gè)發(fā)光管組成二進(jìn)制模擬控制電路，在微控制狀態(tài)該24位通常用于指示當(dāng)前微邏輯，在外設(shè)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中亦可定義為外設(shè)的I/O口外設(shè)擴(kuò)展區(qū)提供IC-40芯通用型鎖緊式擴(kuò)展插座，用于外設(shè)擴(kuò)展邏輯筆內(nèi)置邏輯筆，提供一路高低電平及脈沖測試中央控制單元由時(shí)序發(fā)生器、邏輯合成器、中斷邏輯、目態(tài)管理器、LCD顯示窗及USB、RS232等組成電源內(nèi)置高性能帶短路保護(hù)、具過流、過壓、靜電隔離等功能的開關(guān)電源，輸出電壓為

17、DC+5V/5A1.6系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)裝置以STC89C58RD+單片機(jī)為核心組成系統(tǒng)的操作與控制平臺(tái)，內(nèi)置3×8鍵盤、2×16LCD顯示，RS232串行口及USB接口，配備強(qiáng)大的集成開發(fā)軟件，擁有前后臺(tái)兩個(gè)操作環(huán)境。在它的管理下形成以下兩種工作狀態(tài)。1. 系統(tǒng)待令狀態(tài)（也稱為系統(tǒng)管理狀態(tài)）在待令態(tài)，原理計(jì)算機(jī)組件實(shí)際上就是單片機(jī)外設(shè)，管理CPU對它們擁有100%的操控權(quán)，預(yù)置初始化信息，注入機(jī)器指令代碼和微操作代碼，訪問指令部件，查尋和修改通用寄存器、I/O、SP指針，收集運(yùn)算器及外設(shè)信息，根據(jù)用戶訴求定義和存儲(chǔ)當(dāng)前控制模式與連接方式，按操作命令控制模型機(jī)的啟停。2. 目標(biāo)機(jī)

18、運(yùn)行態(tài)（也稱為實(shí)驗(yàn)工作狀態(tài)）在目標(biāo)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，管理CPU實(shí)時(shí)跟蹤模型機(jī)運(yùn)行軌跡，動(dòng)態(tài)捕捉模型機(jī)現(xiàn)場信息，受理中斷請求，隨機(jī)變更微控制模式，監(jiān)視和控制模型機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行。遇暫停命令凍結(jié)模型機(jī)現(xiàn)場，向上位機(jī)及LCD顯示器傳遞模型機(jī)現(xiàn)場信息，返管理態(tài)待令。3. 模式字與連接字設(shè)置警告實(shí)驗(yàn)裝置把用戶設(shè)置的模式字與連接字存儲(chǔ)在STC89C58RD+單片機(jī)內(nèi)部FLASH空間，永久性保留用戶操作信息，即使“掉電”也不會(huì)丟失和失憶。上電時(shí)管理CPU在初始化操作中總是按原始模式進(jìn)入系統(tǒng)的待令狀態(tài)，為實(shí)驗(yàn)的銜接與延續(xù)提供了方便。模式字與連接字的存儲(chǔ)是以FLASH扇區(qū)擦除為前提的，從延緩FLASH壽命的角度出發(fā)，我們

19、提倡根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程正確設(shè)定模式字與連接字，不要隨意變更當(dāng)前工作模式，我們的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中所描述的方式設(shè)置，僅用于說明當(dāng)前適用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在實(shí)際操作中若遇系統(tǒng)存在環(huán)境與實(shí)驗(yàn)所需環(huán)境不符的情況下，才進(jìn)入模式字與連接字的設(shè)置。在使用中同一課時(shí)應(yīng)選擇一種方式進(jìn)行。切記在方式設(shè)置中要堅(jiān)持先判斷后設(shè)置，避免盲目設(shè)置，杜絕頻繁設(shè)置。STC89C58RD+內(nèi)部FLASH擦寫可靠次數(shù)為100,000次，因此實(shí)驗(yàn)中正常的模式設(shè)置是系統(tǒng)默認(rèn)和許可的，一旦出現(xiàn)方式失憶，也可上電隨機(jī)設(shè)置，對于上機(jī)實(shí)驗(yàn)來講增加了一個(gè)方式設(shè)置的環(huán)節(jié)。另外亦可把STC89C58RD+提交廠方重新定位內(nèi)部FLASH扇區(qū)，恢復(fù)當(dāng)前工作模式的永久性保

20、留與記憶的功能。第二章按鍵操作指南2.1鍵盤概述Dais-CMX16+系統(tǒng)自帶鍵盤（見下圖）與字符型LCD顯示，鍵的設(shè)置和命名以Dais 3×8按鍵操作為基礎(chǔ)，進(jìn)一步簡化了命令鍵的操作。一鍵多用、設(shè)置靈活、使用方便，其操作平臺(tái)的智能化程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越國內(nèi)同類產(chǎn)品，是目前國內(nèi)較為經(jīng)典的按鍵式操作系統(tǒng)。012F478569ABE3CD存儲(chǔ)寄存減址增址運(yùn)行宏單單步返回2.1.1鍵盤功能簡介1. 在24個(gè)按鍵中，左邊16個(gè)數(shù)字鍵0F，用于輸入存儲(chǔ)器地址、數(shù)據(jù)或機(jī)器碼等。2. 右邊8個(gè)功能鍵，其定義及作用分別是：按鍵定義待命狀態(tài)0待命狀態(tài)1存儲(chǔ)切換程序微程序存儲(chǔ)器標(biāo)志根據(jù)提示符進(jìn)入程序或微程序存諸

21、器讀寫操作寄存寄存器IM(內(nèi)存)RM(數(shù)據(jù))鍵入單數(shù)進(jìn)入為寄存器讀寫，鍵入雙數(shù)進(jìn)入為內(nèi)存讀寫，鍵入三數(shù)進(jìn)入為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫減址工作方式設(shè)置地址減1、方式確認(rèn)或按鍵入數(shù)裝載程序/微程序增址斷點(diǎn)查找與斷點(diǎn)清除地址加1或方式選擇、把鍵入的串?dāng)?shù)設(shè)置為斷點(diǎn)運(yùn)行以當(dāng)前PC指針為起始全速運(yùn)行程序鍵入數(shù)字后以該串?dāng)?shù)為起始地址全速運(yùn)行程序宏單以當(dāng)前PC為起始宏或單步機(jī)器指令鍵入數(shù)字后以該串?dāng)?shù)為起始址進(jìn)入單步或宏運(yùn)行單步以當(dāng)前PC指針為起始單步微指令鍵入數(shù)字后以該串?dāng)?shù)為起始址進(jìn)入微單步運(yùn)行返回返回待命狀態(tài)02.1.2鍵盤監(jiān)控工作狀態(tài)用戶可以通過其24個(gè)鍵向本系統(tǒng)發(fā)出各種操作命令，大多數(shù)鍵有2個(gè)以上功能，而沒有上下

22、檔鍵之分，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)到底進(jìn)行什么操作，不僅與按什么鍵有關(guān)，也與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)有關(guān)?！肮ぷ鳡顟B(tài)”在操作中是一個(gè)重要的概念，下面作有關(guān)介紹。2.1.3初始待命狀態(tài)上電或按復(fù)位后，系統(tǒng)進(jìn)入待命狀態(tài)0，LCD顯示器根據(jù)設(shè)定的模式顯示如下畫面：Dais-CMX16+ kldKDais-CMX16+ mudMDais-CMX16+ pldP單元手動(dòng)模式微程序模式組合邏輯模式第1行包含了產(chǎn)品型號和控制字，第2行的光標(biāo)閃動(dòng)位顯示提示符，表示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于待命狀態(tài)0，可以對系統(tǒng)進(jìn)行操作。2.2工作模式設(shè)置在用鍵盤設(shè)置工作模式的過程中，顯示器上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)如下幾個(gè)名稱：l KLD手動(dòng)模式，M23M0所對應(yīng)的

23、“座”與“燈”由二進(jìn)制開關(guān)K23K0控制l MUD微程序模式，M23M0所對應(yīng)的24位微控制位由微程序存儲(chǔ)器CM控制l PLD組合邏輯模式，M23M0所對應(yīng)的24位微控制位由PLD組合邏輯控制l LST連接字：Y（搭接）/ N（在線）Y：自由定義和搭接單元部件與關(guān)聯(lián)部件電路，建立源與目的部件的有效控制狀態(tài)。N：控制器與部件間已建立主從式控制關(guān)系，計(jì)算機(jī)組成部件處“在線”受控狀態(tài)。l I/O擴(kuò)展字：Y（I/O擴(kuò)展）/ N（微控制指示與引出端）Y：“M23M0”所對應(yīng)的“座”和“燈”脫離了與微控制器之間的互通關(guān)系，在電路上受二進(jìn)制開關(guān)“K23K0“控制，構(gòu)成可擴(kuò)展的二十四位雙向I/O口。N：“M2

24、3M0”所對應(yīng)的“座”和“燈”與微控制器之間互通，其“座”適用于外設(shè)擴(kuò)展，其“燈”可視為微控制器的狀態(tài)指示燈。此時(shí)“K23K0”與“M23M0”處高阻無效狀態(tài)。2.2.1設(shè)置為手動(dòng)模式在待命狀態(tài)0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動(dòng)模式按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“KLD”單元手動(dòng)模式，按【減址】鍵確定后，詢問用戶是否使用搭接方式的選項(xiàng)：Dais-CMX16+ kld lst y/nDais-CMX16+ kld lst y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線按【增址】鍵移動(dòng)光標(biāo)，如使用搭接方式將光標(biāo)移到“y”

25、；如使用在線方式將光標(biāo)移到“n”，再按【減址】鍵確定設(shè)置，返回待命狀態(tài)0。Dais-CMX16+ kldK設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)2.2.2設(shè)置為微程序模式在待命狀態(tài)0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動(dòng)模式按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“MUD”微程序模式，按【減址】鍵確定后，系統(tǒng)先詢問用戶是否使用搭接方式，按【增址】鍵選擇“y”（搭接）或“n”（在線），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在

26、線方式，零連線接著系統(tǒng)詢問用戶是否使用擴(kuò)展I/O方式，按【增址】鍵選擇“y”（擴(kuò)展I/O）或“n”（微控制器關(guān)聯(lián)），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，擴(kuò)展I/O方式否，選擇微控制器關(guān)聯(lián)方式確定設(shè)置后，系統(tǒng)返回待命狀態(tài)0。Dais-CMX16+ mudM設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)2.2.3設(shè)置為組合邏輯模式在待命狀態(tài)0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動(dòng)模式按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“PLD”組合邏輯模式，按【減址】鍵確

27、定后，系統(tǒng)先詢問用戶是否使用搭接方式，按【增址】鍵選擇“y”（搭接）或“n”（在線），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線接著系統(tǒng)詢問用戶是否使用擴(kuò)展I/O方式，按【增址】鍵選擇“y”（擴(kuò)展I/O）或“n”（微控制器關(guān)聯(lián)），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/n是，選擇I/O方式否，選擇MOB方式確定設(shè)置后，系統(tǒng)返回待命狀態(tài)0。Dais-C

28、MX16+ pldP設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)2.3寄存器讀寫操作寄存器代號用數(shù)字表示，其定義見下表：名稱CX, DXI/O, SPAX, BX代號012在待命狀態(tài)0輸入寄存器代號02后，進(jìn)入待命狀態(tài)1，此時(shí)按【寄存】鍵進(jìn)入寄存器讀寫操作，LCD第1行右側(cè)顯示光標(biāo)處的寄存器名稱，第2行顯示寄存器的名稱、內(nèi)容：Dais-CMX16+ R1CX FFFF DX FFFF進(jìn)入寄存器讀寫狀態(tài)進(jìn)入寄存器讀寫狀態(tài)后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵選擇代號為02的寄存器，在光標(biāo)處按0F數(shù)字鍵修改該寄存器值，修改完后須按【運(yùn)行】鍵以確定寫入，繼續(xù)按【增址】鍵或【減址】鍵選擇寄存器，按【返回】鍵退出寄存器讀寫操作，返

29、回待命狀態(tài)0。需要指出的是，I/O寄存器為準(zhǔn)雙向輸入輸出端口，在對其進(jìn)行寫操作前須將其置為全1，即將S15S10對應(yīng)的開關(guān)撥至上方。2.4存儲(chǔ)器讀寫操作2.4.1程序與微程序讀寫選擇操作在待命狀態(tài)0，按【存儲(chǔ)】鍵，命令提示符可在“M”和“U”之間不斷切換?！癕”提示符表示當(dāng)前【存儲(chǔ)】命令鍵指向程序存儲(chǔ)器讀寫操作；“U”提示符表示當(dāng)前【存儲(chǔ)】命令鍵指向微程序存儲(chǔ)器讀寫操作。2.4.2程序存儲(chǔ)器ROM讀寫操作在“M”提示符下輸入程序存儲(chǔ)器地址（0007FFh范圍）進(jìn)入待命狀態(tài)1，此時(shí)按【存儲(chǔ)】鍵進(jìn)入ROM讀寫操作，LCD第2行左側(cè)顯示地址，右側(cè)為該地址單元的內(nèi)容：Dais-CMX16+ rom00

30、0 758107E590C3進(jìn)入ROM讀寫狀態(tài)進(jìn)入ROM讀寫狀態(tài)后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按0F數(shù)字鍵修改ROM單元內(nèi)容，修改完每屏數(shù)據(jù)后須按【運(yùn)行】鍵以確定寫入，繼續(xù)按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按【返回】鍵退出ROM讀寫操作，返回待命狀態(tài)0。2.4.3微程序存儲(chǔ)器uM讀寫操作在“U”提示符下，輸入微程序存儲(chǔ)器地址（0007FFh范圍）進(jìn)入待命狀態(tài)1，此時(shí)按【存儲(chǔ)】鍵進(jìn)入uom讀寫操作，LCD第2行左側(cè)顯示微地址，右側(cè)為該微地址單元的內(nèi)容：Dais-CMX16+ uom00F F8013EF60D進(jìn)入uM讀寫狀態(tài)進(jìn)入uom讀寫狀態(tài)，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變

31、當(dāng)前地址，按0F數(shù)字鍵修改uom單元，修改完后按【運(yùn)行】鍵以確定寫入，按【返回】鍵退出uom讀寫操作，返回待命狀態(tài)0。微程序存儲(chǔ)器uom與ROM、RAM、IM相比，是一個(gè)特殊的存儲(chǔ)器，以上圖為例，該微地址單元的數(shù)據(jù)格式如下：F8 01 3E F6 0D24位微程序內(nèi)容隱含的后續(xù)微地址，屏蔽高5位。若為全1時(shí)執(zhí)行微地址加1，否則為微地址轉(zhuǎn)移。上圖中的后續(xù)微地址為001h。2.4.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM讀寫操作在待命狀態(tài)0，按數(shù)字鍵輸入三位有效地址（0007FFh），進(jìn)入待命狀態(tài)1。此時(shí)按【寄存】鍵即可進(jìn)入RAM讀寫操作，LCD第2行左側(cè)顯示地址，右側(cè)為該地址單元的內(nèi)容：Dais-CMX16+ ram

32、000 FFDDE6FAFFE8進(jìn)入RAM讀寫狀態(tài)進(jìn)入RAM讀寫狀態(tài)后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按0F數(shù)字鍵修改RAM單元，修改完每屏數(shù)據(jù)后須按【運(yùn)行】鍵以確定寫入，繼續(xù)按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按【返回】鍵退出RAM讀寫操作，返回待命狀態(tài)0。您也許已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，RAM讀寫操作與ROM讀寫操作有許多相似之處！2.4.5內(nèi)部存儲(chǔ)器IM讀寫操作在待命狀態(tài)0，按數(shù)字鍵輸入二位有效地址（00FFh），進(jìn)入待命狀態(tài)1，此時(shí)按【寄存】鍵即可進(jìn)入IM讀寫操作，LCD第2行左側(cè)顯示地址，右側(cè)為該地址單元的內(nèi)容：Dais-CMX16+ iam00 FFFFFFFFFB7B進(jìn)入iRAM

33、讀寫狀態(tài)進(jìn)入IM讀寫狀態(tài)后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按0F數(shù)字鍵修改IM單元，修改完每屏數(shù)據(jù)后須按【運(yùn)行】鍵以確定寫入，繼續(xù)按【增址】鍵或【減址】鍵改變當(dāng)前地址，按【返回】鍵退出IM讀寫操作，返回待命狀態(tài)0。通過學(xué)習(xí)對ROM、RAM、IM的讀寫操作，相信您已經(jīng)掌握了它們的使用方法了。第三章手動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)所謂手動(dòng)控制，就是用二進(jìn)制撥動(dòng)開關(guān)模擬微控制信號，以手動(dòng)方式設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的邏輯控制電位，建立“源與目”的有效狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)和完成實(shí)驗(yàn)制定的控制仼務(wù)。手動(dòng)控制是原理計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，我們從部件單元電路入手，圍饒單元部件、關(guān)聯(lián)部件及微控制器由淺入深地逐一展開，為原理模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)

34、。本系統(tǒng)手控態(tài)提供“在線”與“搭接”兩種實(shí)驗(yàn)方式?！霸诰€”態(tài)按微控制器設(shè)計(jì)規(guī)范定義和命名控制信號，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須遵循，不得愈越，否則有誤。在“搭接”態(tài)可忽略微控制器組成環(huán)節(jié)，自行設(shè)計(jì)和構(gòu)造原理計(jì)算機(jī)部件，自由定義和搭接單元部件與關(guān)聯(lián)部件電路，力求提高學(xué)生的動(dòng)手能力，亦為課程設(shè)計(jì)與超越創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的展開預(yù)留一個(gè)靈活而又便捷的可實(shí)施平臺(tái)3.1 手動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立1) 初始待令狀態(tài)上電或按復(fù)位，系統(tǒng)無條件進(jìn)入初始待令狀態(tài)，LCD顯示器按原設(shè)定的摸式顯示如下畫面：Dais-CMX16+ kldKDais-CMX16+ mudMDais-CMX16+ pldP單元手動(dòng)模式微控制器模式組合邏輯模式第1行包含了產(chǎn)品

35、型號和控制字，第2行的光標(biāo)閃動(dòng)位顯示提示符，表示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始待令狀態(tài)，可以進(jìn)入系統(tǒng)按鍵命令所定義的操作。2) 工作摸式設(shè)置在初始待令狀態(tài)下，按【減址】鍵，LCD顯示器提示工作模式選項(xiàng)：按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“KLD”單元手動(dòng)模式，按【減址】鍵確定后，詢問用戶是否使用搭接方式的選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動(dòng)模式Dais-CMX16+ kld lst y/nDais-CMX16+ kld lst y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“y”選擇搭接方式、或?qū)⒐鈽?biāo)移到“n”選擇在線方式，按【減址】鍵確定設(shè)置，返回待命

36、狀態(tài)。Dais-CMX16+ kldK設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)設(shè)置工作狀態(tài)亦可借助PC系統(tǒng)在達(dá)愛思集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行，使用方法可參閱第六章。3.2手控實(shí)驗(yàn)提示1) 初始化操作一旦進(jìn)入手控狀態(tài)，首先應(yīng)把實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)左下方“二進(jìn)制開關(guān)單元”的24位微控制開關(guān)撥至下方（即低電平信號“0”），使24位微控制狀態(tài)指示燈熄滅，關(guān)閉全部控制信號，完成微控制器的初始化操作。2) 控制信號的建立有效狀態(tài)的特征：本系統(tǒng)支持“負(fù)邏輯”控制電路，通常情況下把高電平“1”定義為有效狀態(tài)，以點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管為標(biāo)志。有效狀態(tài)的建立：結(jié)合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按實(shí)驗(yàn)要求把相關(guān)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，點(diǎn)亮對應(yīng)的發(fā)光二極管。有效狀態(tài)的控制源操作：

37、為了避免總線的沖突與競爭，保證其唯一性，系統(tǒng)以編碼方式定義總線來源，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須按照源編碼表的要求選擇當(dāng)前總線源。例如：IN AX,I/O 源編碼開關(guān)X2、X1、X0對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)為“011”，再把“XP”、“W”對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，此時(shí)I/O口單元右上方的奇偶綠色指示燈點(diǎn)亮，然后按動(dòng)I/O口單元的數(shù)據(jù)開關(guān)，總線單元的顯示器及二進(jìn)制發(fā)光管應(yīng)隨之變化。目的操作：首先應(yīng)把與控制目的操作部件相對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，即O2、O1、O0對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)為“011”，再把“OP”撥向上方，建立目的尋址的有效狀態(tài)，其特征是該部件單元周邊的黃色指示燈“亮”，然后按動(dòng)【單拍】按鈕向目的部件提供寫脈沖，

38、把數(shù)據(jù)打入黃色指示燈處“亮”旁邊的部件中。例如：IN AX,I/O在源狀態(tài)已建立的基礎(chǔ)上，首先令I(lǐng)/O口單元的數(shù)據(jù)開關(guān)為“00010010 00110100”，以AX部件處黃色指示燈“亮”為條件按動(dòng)【單拍】按鈕，把I/O的內(nèi)容打入AX，該部件單元顯示器顯示“1234H”。源與目的編碼表2.2 源與目的尋址編碼表總線源編碼在線態(tài)目的編碼M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0000禁止000禁止001ALU001MAR010SP010BX011IOR011AX100MRD100SP101XRD101IOW110RRD110XWR111PC111RWR上表中源編碼無“在線”

39、與“搭接”之分，八中選一屬必須遵守的規(guī)則；之于目的編碼表的定義僅適用于“在線”方式；在“搭接”方式，由實(shí)驗(yàn)者自行定義。3）設(shè)計(jì)與連接環(huán)節(jié)提示(1) 實(shí)驗(yàn)方式設(shè)置規(guī)定由于“在線”方式下，控制器與部件之間已建立了“主從式”控制關(guān)系，也就是說控制器已進(jìn)入載體工作狀態(tài)，此時(shí)若出現(xiàn)對控制器已定義部件的“實(shí)驗(yàn)搭接”，從控制角度稱謂“重疊定義”，造成總線混亂；從電路的層面講稱謂超負(fù)荷加載，危及器件安全。因此“在線”方式下對于控制器已定義部件的“實(shí)驗(yàn)電路連接”是不允許的，屬非法操作。在實(shí)驗(yàn)方式選擇與相互轉(zhuǎn)換中應(yīng)做到：由“搭接”方式轉(zhuǎn)向“在線”方式時(shí)，首先卸去所有的實(shí)驗(yàn)連接，然后才能進(jìn)入在線方式的設(shè)置操作。在進(jìn)

40、入“實(shí)驗(yàn)電路連接”操作之前，必須判斷當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“搭接”狀態(tài)，若否請首先設(shè)置搭接實(shí)驗(yàn)方式，然后才能進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路的搭接”。(2) “搭接”態(tài)并行性設(shè)計(jì)制約二進(jìn)制模擬控制開關(guān)K23K0的負(fù)載能力為四個(gè)TTL電平，在構(gòu)造并行輸岀控制信號時(shí)它的受控部件通常以三個(gè)以下為宜。為了延緩模擬控制電路的使用壽命，對于三個(gè)以上TTL電平的控制應(yīng)通過追加隔離驅(qū)動(dòng)電路的途徑來實(shí)現(xiàn)。(3) 連接與拆除環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)連接環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)連接環(huán)節(jié)的失誤輕者影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，重者危及設(shè)備受損延誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，為此我們提倡“開電源”操作，在設(shè)備上電的環(huán)境下，首先判斷當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“搭接”狀態(tài)，若否先設(shè)置搭接實(shí)

41、驗(yàn)方式，然后才能進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路的搭接”。完成實(shí)驗(yàn)電路的連接。 實(shí)驗(yàn)拆除環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)連線拆除過程中，實(shí)驗(yàn)連線頭與頭之間的單邊碰撞不可避免，容易引發(fā)短路危及設(shè)備安全。因此切斷電源，堅(jiān)持無源拆除是唯一的選擇。另外為了延緩雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的使用壽命，在拆除過程中應(yīng)做到抓頭不拉線，只拔不拉，垂直發(fā)力，杜絕橫向硬拆。4） 手控態(tài)按鍵命名【減址】：模式選擇命令，主要用于更改“控制字”與“連接字”?！痉祷亍浚合到y(tǒng)復(fù)位命令，主要用于帶預(yù)置或清零控制部件的復(fù)位。涉及的清零器件為PC、mPC、AR、A、B寄存器及CY與零標(biāo)志；涉及置位操作的是十六位I/O。3.3手動(dòng)“搭接”實(shí)驗(yàn)示例在手動(dòng)“搭接”態(tài)可忽略微控制器組成環(huán)節(jié)，

42、自行設(shè)計(jì)和構(gòu)造原理計(jì)算機(jī)部件，自由定義和搭接單元部件與關(guān)聯(lián)部件電路，力求提高學(xué)生的動(dòng)手能力。所謂手控“搭接”實(shí)驗(yàn)是以自行定義和連接單元部件與關(guān)聯(lián)部件電路為前提，在進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路連接”操作之前，必須判斷當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“手動(dòng)”、“搭接”狀態(tài)，若否首先按照本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書P7頁提供的操作方法，把實(shí)驗(yàn)箱工作狀態(tài)設(shè)置為“手動(dòng)”、“搭接”，然后才能進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路的搭接”。實(shí)驗(yàn)一總線控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繒A1. 熟悉和了解地址總線的組成結(jié)構(gòu)、地址來源及集合原理。2. 掌握程序段與數(shù)據(jù)段的尋址規(guī)則及地址部件的運(yùn)用技巧。二、實(shí)驗(yàn)要求通過地址形成部件實(shí)驗(yàn)，建立“段”概念，學(xué)會(huì)“段”運(yùn)用。三、實(shí)驗(yàn)原理地址總線的作用是

43、傳遞地址信息，輸出當(dāng)前數(shù)據(jù)總線上發(fā)送信息的源地址或接收信息的目的地址。如下圖所示本系統(tǒng)設(shè)有內(nèi)存與外設(shè)兩條地址總線，通過PC計(jì)數(shù)器提供內(nèi)存（程序存儲(chǔ)器）地址，并由地址寄存器AR傳遞內(nèi)存（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）地址與外設(shè)地址。另外堆棧寄存器SP亦可視為地址寄存器，它的堆頂指向數(shù)據(jù)與程序指針存取地址。圖2-3-6地址總線組成通路1. 11位程序地址如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)從提高信息存取效率的角度設(shè)計(jì)主內(nèi)存地址通路，按現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中最為典型的分段存取理念合成主存及外設(shè)地址總線addr，在指令操作“時(shí)段”（取操作碼與取操作數(shù)），以當(dāng)前程序指針PC為址，遇主存數(shù)據(jù)傳遞“時(shí)段”以當(dāng)前數(shù)據(jù)指針AR為址。addr

44、地址的合成通路見圖2-3-6。其尋址范圍為07FFh。2. 16位數(shù)據(jù)地址如圖2-3-6所示，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)指針由地址鎖存器AR直接提供，當(dāng)LDAR=1時(shí)，在DRCK下降沿把數(shù)據(jù)總線打入AR。其尋址范圍為0FFFFh，可達(dá)64KB。四、地址部件電路圖2-3-7地址部件控制電路五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 程序計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)表2.3.7PC程序計(jì)數(shù)器目標(biāo)編碼目標(biāo)部件定義按鈕功能說明E/MIPDRCKDRCK下降沿打入00XPC保持01PC加111PC裝載說明：“”表示下降沿有效圖2-3-7所示的PC框由3片161構(gòu)成按字方式尋址的11位PC計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸入端與總線相連構(gòu)成置數(shù)通路，計(jì)數(shù)器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分

45、離為兩條通路，其一與總線相連構(gòu)成可讀通路，其二與地址寄存器（數(shù)據(jù)）集合組成主存EM地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控，上電時(shí)PC計(jì)數(shù)器自動(dòng)淸零，實(shí)驗(yàn)中按復(fù)位鈕亦可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的手動(dòng)淸零。手控狀態(tài)，本實(shí)驗(yàn)由表2.6.1定義的目的編碼控制PC計(jì)數(shù)器的預(yù)置與加1操作，并以準(zhǔn)雙向I/O部件的S10S0為計(jì)數(shù)器預(yù)置源。當(dāng)IP=1時(shí)按單拍按鈕，遇E/M=1在脈沖下降沿把S10S0的內(nèi)容裝入PC計(jì)數(shù)器；遇E/M=0在脈沖下降沿PC計(jì)數(shù)器加1。PC計(jì)數(shù)器的讀出操作由表2.3.7所列的源編碼表定義。1）實(shí)驗(yàn)連線連線信號孔接入孔作用有效電平1DRCKCLOCK單元手動(dòng)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的時(shí)鐘來源下降沿打入2WK6(M6

46、)總線字長：1=16位字操作，0=8位字節(jié)操作3XPK7(M7)源奇偶位：1=偶尋址，0=奇尋址4OPK16(M16)目的奇偶位：1=偶尋址，0=奇尋址5X2K10(M10)源部件定義譯碼端X2三八譯碼八中選一6X1K9(M9)源部件定義譯碼端X17X0K8(M8)源部件定義譯碼端X08LDPCK22(M22)PC程序計(jì)數(shù)器刷新位高電平有效9E/MK23(M23)當(dāng)IP有效時(shí)，E/M：1=PC裝載，0=PC加110SPWK20(M20)SP堆棧指針寫使能高電平有效11LDARK19(M19)AR地址寄存器寫使能高電平有效2）程序計(jì)數(shù)器PC的寫入、讀出與加1(1) PC程序計(jì)數(shù)器的寫入 通過“I

47、/O單元”開關(guān)向程序計(jì)數(shù)器PC置數(shù)，操作步驟如下：(2) PC程序計(jì)數(shù)器的讀出在PC置數(shù)操作完成后，按上流程中后兩步的要求，關(guān)閉PC寫使能（K23、K22=00），打開PC輸出三態(tài)門（K10K6=11111），數(shù)據(jù)總線單元應(yīng)顯示的PC指針為0100h。(3) PC程序計(jì)數(shù)器加1在保持PC置數(shù)與讀出流程的狀態(tài)下，令K22=1，按【單拍】按鈕，在DRCK節(jié)拍的下降沿PC計(jì)數(shù)器加1并送數(shù)據(jù)總線，PC程序計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)總線單元的顯示器應(yīng)顯示0101h。繼續(xù)按【單拍】按鈕，觀察PC與數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。2、地址寄存器實(shí)驗(yàn)圖2-3-7所示的AR框由2片74LS574鎖存器構(gòu)成按字方式尋址的16位數(shù)據(jù)指針，鎖存器

48、的輸入端與總線相連構(gòu)成置數(shù)通路，鎖存器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門緩沖分離與PC計(jì)數(shù)器集合組成主存地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控,上電時(shí)鎖存器自動(dòng)淸零，手動(dòng)實(shí)驗(yàn)中按【返回】鍵亦可實(shí)現(xiàn)鎖存器的手動(dòng)淸零。按通用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，把數(shù)據(jù)指針AR定義為字寫入寄存器，運(yùn)用中局限于字寫，字節(jié)寫會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)指針的錯(cuò)誤侵入，因此在數(shù)據(jù)指針AR的操作過程中并非不支持而是不允字節(jié)寫。地址寄存器AR打入在手控/搭接態(tài)，數(shù)據(jù)指針AR由W、LDAR及DRCK（CP脈沖）三信號組合控制地址的置數(shù)操作。本實(shí)驗(yàn)以總線上準(zhǔn)雙向I/O部件的S15S0為置數(shù)源。當(dāng)W=1、LDAR=1時(shí)按【單拍】鈕，在脈沖下降沿把S15S0的內(nèi)容

49、裝入地址鎖存器AR。操作步驟如下：3、堆棧寄存器實(shí)驗(yàn)圖2-3-7所示的SP框由2片74LS574鎖存器構(gòu)成16位堆棧指針，鎖存器的輸入端與總線相連構(gòu)成存數(shù)通路，鎖存器的輸出端途經(jīng)三態(tài)門隔離與總線相連構(gòu)成取數(shù)通路。它按先進(jìn)后出的原則存放需要保留的數(shù)據(jù)信息與地址信息，在調(diào)用中斷等突發(fā)事件處理中SP指針以間址方式把當(dāng)前程序指針存入SP-2單元，遇返回指令SP又把棧項(xiàng)所指單元的內(nèi)容裝入程序計(jì)數(shù)器，然后SP+2退至原始位置。在手控/搭接態(tài),堆棧指針SP由W、SPW及DRCK（CP脈沖）三信號組合控制棧指針的置數(shù)操作。本實(shí)驗(yàn)以總線上準(zhǔn)雙向I/O部件的S15S0為置數(shù)源。當(dāng)W=1、SPW=1時(shí)按單柏鈕，在脈

50、沖下降沿把S15S0的內(nèi)容裝入SP。堆棧指針SP的讀出操作由P8頁表2.2所列的源編碼表定義。1）堆棧指針SP打入撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”開關(guān)向堆棧指針SP置數(shù)，具體操作步驟如下：2）堆棧指針SP讀出關(guān)閉SP寫使能，令SPW=1 按下流程完成SP送總線。實(shí)驗(yàn)一總線控制實(shí)驗(yàn)（數(shù)據(jù)總線）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繒A1. 熟悉和了解總線的數(shù)據(jù)通路、雙向互遞原理及尋址方式與運(yùn)用規(guī)則。2. 掌握十六位數(shù)據(jù)總線中“字”與“字節(jié)”操作方法及源與目的奇偶效應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)要求通過總線的數(shù)據(jù)傳遞實(shí)驗(yàn)，建立“奇偶”概念，領(lǐng)會(huì)字尋址中對字節(jié)操作的動(dòng)態(tài)定義。三、實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線作為計(jì)算機(jī)傳遞信息的通道是連接各個(gè)功能部件的紐帶，在計(jì)

51、算機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。模型機(jī)的工作過程就是計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件之間的信息，通過數(shù)據(jù)總線不斷有序流動(dòng)的過程。圖2-3-8 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖1. 字與字節(jié)體系本系統(tǒng)總線寬度為十六位，設(shè)有字長控位“W”，當(dāng)W=1，由源尋址的奇偶性決定當(dāng)前總線寬度，遇源址為偶時(shí)其字長寬度為十六位；當(dāng)源址為奇或W=0時(shí)，字長寬度為八位，形成圖2-3-9所示的奇（八位）與偶（八位）互通的字節(jié)總線。圖2-3-9 奇偶互通字節(jié)總線體系結(jié)構(gòu)圖2. 源奇偶的運(yùn)用圖2-3-9所示，我們按原理計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，以字節(jié)為基準(zhǔn)把十六位數(shù)據(jù)總線劃分奇與偶倆路八位總線，其中“D15D8”稱為“奇總線”，“D7D0”稱為“偶總線”；在字節(jié)傳遞

52、中由于總線的互通，形成“奇送偶”或“偶送奇”的八位字節(jié)總線，其使能端定義為低電平選通，邏輯表達(dá)式為： G（偶字節(jié)）= !W（字長）# XP（源奇偶） G（奇字節(jié)）= !XP（源奇偶）從上倆式可知，圖2-3-9所示的奇偶總線由字長“W”和源奇偶“XP”動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以下三狀態(tài)：1 在W=1時(shí)遇XP=1，由于G（偶字節(jié)）與G（奇字節(jié)）處隔離態(tài)“1”，形成“D15D0”十六位字總線源。2 在W=0時(shí)遇XP=1，由于G（偶字節(jié)）為“0”，G（奇字節(jié)）“1”，形成“偶送奇的八位字節(jié)總線源。3 在XP=0時(shí)，由于G（奇字節(jié)）為“0”，G（偶字節(jié)）為“1”，無條件形成“奇送偶”的八位字節(jié)總線源。3. 目的奇偶的運(yùn)

53、用在目的尋址中亦由字長控位“W”與目的地址的奇偶性動(dòng)態(tài)定義當(dāng)前目的字長。在W=0又遇目的址為偶時(shí)，其目的傳遞為字操作，否則均為字節(jié)傳遞，其邏輯表達(dá)式為： !O（偶字節(jié)）= !OP（目的奇偶） !O（奇字節(jié)）= !W（字長）# OP（目的奇偶）上述倆式表明，由字長“W”和目的址奇偶“OP”動(dòng)態(tài)產(chǎn)生以下三種目的尋址操作1 在W=1時(shí)遇OP=1，由于O（偶字節(jié)）與O（奇字節(jié)）均為“0”，執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字傳遞。2 在W=0時(shí)遇OP=1，由于O（偶字節(jié)）=“0”、O（奇字節(jié)）=“1”,執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。3 在OP=0時(shí)，由于O（奇字節(jié)）=“0”、O（偶字節(jié)）=“1”，無條件執(zhí)行以當(dāng)前目的奇址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。4. 數(shù)據(jù)傳遞規(guī)則系統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字操作中動(dòng)態(tài)地融入了字節(jié)操作的過程，其源奇偶映射總線寬度，而目的奇偶則制約傳遞長度。系統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字節(jié)操作中運(yùn)用總線互聯(lián)機(jī)制，以源址的奇偶性形成“奇遞偶”或“偶遞奇”兩者互通的八位字節(jié)總線。表2.3.7十六位總線傳遞規(guī)則總線規(guī)則功能說明WXPOP111