計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)(師大)

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)曲冠南2013-2014春季學(xué)期實(shí)驗(yàn)機(jī)軟硬件介紹硬件8位、16位字長兼容總線結(jié)構(gòu)基本功能模塊擴(kuò)展模塊控制臺軟件集成調(diào)試軟件微程序載入窗口顯示程序、微程序、微指令數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線信息動(dòng)態(tài)跟蹤顯示。C 區(qū) 控制區(qū)控制信號輸入控制線路連接集成電路時(shí)鐘產(chǎn)生。B區(qū) 處理區(qū)總線運(yùn)算存儲微程序A區(qū) I/O區(qū)芯片控制信號輸入數(shù)據(jù)輸入擴(kuò)展功能模塊1.運(yùn)算器模塊2.移位寄存器模塊3.寄存器堆模塊4.4.1 程序計(jì)數(shù)器PC ； 4.2 地址寄存器5.指令寄存器6.啟停和時(shí)序電路7.微程序控制器8.主存儲器單元9.輸入單元10.輸出單元11.系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線12.系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)總線13.邏

2、輯信號測試單元14.系統(tǒng)控制開關(guān)15.部分信號控制開關(guān)16.手動(dòng)、自動(dòng)切換跳線器17.單片微機(jī)控制單元18.大規(guī)模電路實(shí)驗(yàn)單元19.I/O擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)單元參考機(jī)箱分區(qū)圖實(shí)驗(yàn)內(nèi)容8 位算數(shù)邏輯運(yùn)算帶進(jìn)位控制8位算數(shù)邏輯運(yùn)算移位運(yùn)算器存儲器微控制器實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)注意數(shù)據(jù)線和控制線的連接方向跳線片不使用時(shí)懸空不帶電操作8 位算數(shù)邏輯運(yùn)算器原理圖： 圖3-1進(jìn)位控制和判零標(biāo)志電路電路集成在U50中。原理圖： 圖1-5 （圖3-2 中第二個(gè)圖是圖1-5的一部分）注意：1.QZI 為0，標(biāo)識ALU結(jié)果不為零，ZI燈滅；反之，ALU結(jié)果為零，ZI燈亮；2.進(jìn)位信號來源于2處。3.QCY為0，ALU結(jié)果沒有進(jìn)位，C

3、Y燈滅；反之，有進(jìn)位，CY燈亮。判0進(jìn)位移位寄存器程序計(jì)數(shù)器 PC由U38、U39構(gòu)成，具有接數(shù)、計(jì)數(shù)、清零等功能。U40 為輸出緩沖?？刂婆_總清開關(guān)平時(shí)為“1”電平(CLR = 1)；“0”電平時(shí)清零。停機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)停機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)接數(shù)控制信號 LOAD . 當(dāng)LDPC=1時(shí)，且時(shí)鐘脈沖T4正跳時(shí)，接數(shù)工作脈沖 CLK161電平正跳變。此時(shí)將總線BUSD0-BUSD7上的啟動(dòng)地址接入程序計(jì)數(shù)器。LOAD = 0， 74LS161的輸出端數(shù)據(jù)置為輸入端數(shù)據(jù)，完成初始化啟動(dòng)地址。U 40由PCB控制，PCB = 0時(shí)，初始地址輸出到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上。程序計(jì)數(shù)器 PC運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí) 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)LOAD =

4、 1，PC為計(jì)數(shù)狀態(tài)，取下條指令或取指令的下一個(gè)字節(jié).U38為計(jì)數(shù)器低四位，U39為高四位，進(jìn)位輸出信號TC接僅為輸入端CET運(yùn)行時(shí) CLR = 1。LDPC =1, T4正跳， PC = PC+1；運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí) 跳轉(zhuǎn)跳轉(zhuǎn)遇到跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，應(yīng)為接數(shù)狀態(tài)，即 LOAD = 0；LDPC =1， T4正跳，PC接受指令寄存器 IR 中的轉(zhuǎn)移地址。地址寄存器地址寄存器為U37，輸入連接系統(tǒng)總線BUSD0 D7，輸出連接存儲器6264. LDAR = 1， T3正跳時(shí)， 總線上地址鎖存到地址寄存器中，并輸出到地址總線上。地址總線燈LAD0 LAD7顯示地址總線上地址值。指令寄存器指令寄存器 U36輸出部

5、分以排針形式引出到IJ1， 部分內(nèi)部已經(jīng)連好作為指令譯碼電路的輸入作為程序跳轉(zhuǎn)控制啟停和時(shí)序電路時(shí)鐘信號源 產(chǎn)生連續(xù)時(shí)鐘信號 H24， H23。單拍脈沖及消抖電路 手動(dòng)脈沖，產(chǎn)生單拍脈沖時(shí)序控制電路和系統(tǒng)運(yùn)行控制開關(guān)（如上圖）：使用4D觸發(fā)器74LS175組成移位寄存器，當(dāng)SP接入H23或者H24信號時(shí)，在TS1 TS4端產(chǎn)生不受控制的間隔時(shí)序信號。運(yùn)行控制信號（運(yùn)行/停機(jī)），運(yùn)行方式信號（連續(xù)/單步），啟動(dòng)信號（啟動(dòng)開關(guān)）。“連續(xù)運(yùn)行”方式， “運(yùn)行狀態(tài)”下，按下啟動(dòng)開關(guān)， UN1B 的 輸出端QT處于“1”狀態(tài)， TS1 TS4 產(chǎn)生連續(xù)的CPU周期時(shí)序信號。“單步”方式，“運(yùn)行狀態(tài)”下，

6、每次按下啟動(dòng)開關(guān)，產(chǎn)生單個(gè)CPU時(shí)序信號；微程序控制器模塊電路由 微程序編程器 和 核心微控制器組成。微程序編程器將預(yù)先定義好的機(jī)器碼對應(yīng)的偽代碼寫入E2ROM 2816控制存儲器中。手動(dòng)編程方式自動(dòng)編程方式核心微控制器主要功能：接受機(jī)器指令譯碼器送來的代碼，使系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向相應(yīng)的機(jī)器指令對應(yīng)的首條微代碼程序的入口，完成微代碼規(guī)定的操作。包括： 微地址發(fā)生器、微代碼發(fā)生器、微程序存儲器（控存）和邏輯譯碼器 等。微程序控制器模塊 手動(dòng)方式編程通過 UA0 UA5手工輸入微地址微地址鎖存在U13中，鎖存輸出到控存地址總線E2 A0 E2A5， 微地址通過LUA0 LUA5顯示通過MK1 MK24輸入

7、24位微程序代碼，通過輸入緩沖 U20 U22， 輸出到控存的數(shù)據(jù)總線上，通過LMD1 LMD24顯示。微程序控制器模塊 自動(dòng)方式編程微地址由 控制CPU提供，直接輸出到控存的地址總線。24位微代碼由控制CPU的數(shù)據(jù)總線 P0.0 P 0.7提供，分別輸出到3個(gè)總線驅(qū)動(dòng)器 （U2 U4）中?？刂艭PU的 P3.2, P 3.3, P3.5, P3.6的控制下，分別將微代碼寫入3個(gè)控存中。微地址由LUA0 LUA5顯示； 微代碼由LMD1 LMD24顯示。微程序控制器模塊 核心微控制器微地址發(fā)生器、微代碼發(fā)生器、微程序存儲器 各單元控制信號邏輯譯碼器：依據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)的微代碼進(jìn)行譯碼，使得微程

8、序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)，同時(shí)對三個(gè)工作寄存器進(jìn)行選通譯碼。主存儲器數(shù)據(jù)總線掛在擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線 EXD 0 EXD 7上。地址總線由地址寄存器單元電路中的地址寄存器給出。讀寫分手動(dòng)、自動(dòng)兩種，手動(dòng)方式下，寫信號由W/R提供，片選信號由CE提供。自動(dòng)方式下，由控制CPU提供。系統(tǒng)控制開關(guān)單元 系統(tǒng)總清 低電平時(shí)總清。手動(dòng) （相對于聯(lián)機(jī)）主存儲器工作狀態(tài)開關(guān) （讀、寫、運(yùn)行）SWC = 0, SWA = 0, 讀主存儲器；SWC = 0， SWA = 1，寫存儲器；SWC = 1， SWA = 1， 運(yùn)行主存儲器中的程序。運(yùn)行方式控制單步、連續(xù)運(yùn)行控制停機(jī)、運(yùn)行微程序編程控制寫微程序、讀微程序、運(yùn)行微程序手動(dòng)脈沖發(fā)生開關(guān)按一次產(chǎn)生一個(gè)脈沖，正脈沖輸出到J23的SD端，僅限手動(dòng)使用啟動(dòng)運(yùn)行開關(guān)按動(dòng)一次產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)脈沖；在單步位置，按動(dòng)一次，單步執(zhí)行一條微指令。在連續(xù)位置，按動(dòng)一次，連續(xù)執(zhí)行微指令。微指令S3, S2,