計算機(jī)組成原理實驗

1、.計算機(jī)組成原理實驗指導(dǎo)實驗一運算器部件實驗一、實驗?zāi)康?掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。 驗證運算功能發(fā)生器(74LS181)及進(jìn)位控制的組合功能。二、實驗要求完成不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位算術(shù)運算實驗、邏輯運算實驗，了解算術(shù)邏輯運算單元的運用。三、實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖2-1-1所示。其中運算器由兩片74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長的ALU。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連，運算器的2個數(shù)據(jù)輸入端分別由二個鎖存器(74LS273)鎖存，鎖存器的輸入亦以8芯扁平線方式與數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)開關(guān)(INPUT DEVICE)用來給出參與運算的數(shù)據(jù)

2、，經(jīng)一三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈(BUS UNIT)已和數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。圖2-1-1運算器電原理圖圖2-1-1中T2、T4為時序電路產(chǎn)生的節(jié)拍脈沖信號，通過連接時序啟停單元時鐘信號“來獲得，剩余均為電平控制信號。進(jìn)展實驗時，首先按動位于本實驗裝置右中側(cè)的復(fù)位按鈕使系統(tǒng)進(jìn)入初始待令狀態(tài)，在LED顯示器閃動位出現(xiàn)“P.的狀態(tài)下，按【增址】命令鍵使LED顯示器自左向右第4位切換到提示符“L，表示本裝置已進(jìn)入手動單元實驗狀態(tài)，在該狀態(tài)下按動【單步】命令鍵，即可獲得實驗所需的單脈沖信號，而LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2

3、、S1、S0、M各電平控制信號用位于LED顯示器上方的26位二進(jìn)制開關(guān)來模擬，均為高電平有效。四、實驗連線圖2-1-2實驗連線示意圖按圖2-1-2所示，連接實驗電路： 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-1-2中所有標(biāo)明“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-1-2中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH的時鐘信號已作內(nèi)部連接。五、實驗系統(tǒng)工作狀態(tài)設(shè)定在閃動的“P.狀態(tài)下按動【增址】命令鍵，使LED顯示器自左向右第4位顯示提示符“L，表示本裝置已進(jìn)入手動單元實驗狀態(tài)。在“L狀態(tài)下，如圖2-1-3所示系統(tǒng)用位于實驗系統(tǒng)“ 二進(jìn)制開關(guān)單元的26只撥動開關(guān)來模擬

4、與微控制器相對應(yīng)的控制信號。用手動加載正邏輯控制電平即高電平信號“H和按【單步】命令鍵產(chǎn)生的單周期4拍時序信號T1、T2、T3、T4的方法來實現(xiàn)和完成各單元實驗所需的控制信號操作。圖2-1-3二進(jìn)制開關(guān)模擬控制原理圖六、手動實驗提示一初始化操作一旦進(jìn)入“L狀態(tài)，首先應(yīng)把“ 二進(jìn)制開關(guān)單元的26只模擬開關(guān)撥至下方即低電平信號“L，使26只微控制狀態(tài)指示燈處“暗，然后按【單步】命令鍵關(guān)閉全部控制信號鎖存輸出位，用手動方法完成微控制器的初始清零操作。在“L狀態(tài)下直接按【復(fù)位】按鈕亦可完成微控制器的初始清零操作。二控制信號的打入方法 有效狀態(tài)的特征：本系統(tǒng)提供的是“正邏輯控制電路，通常情況下把高電平“

5、H定義為有效狀態(tài)，以點亮發(fā)光二極管為標(biāo)志。 有效狀態(tài)的建立：結(jié)合實驗工程，按實驗要求把相關(guān)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，點亮對應(yīng)的發(fā)光二極管。 有效狀態(tài)的控制：在建立有效狀態(tài)的根底上，按【單步】命令鍵單次啟動時序節(jié)拍信號T1、T2、T3、T4，模型機(jī)按時序要求在相關(guān)時刻發(fā)出控制信號，以手動方式實現(xiàn)相關(guān)單元實驗。三總線輸入/輸出約定 輸入約定對于計算機(jī)各部件的數(shù)據(jù)輸出必須通過數(shù)據(jù)總線來完成，為了防止總線沖突與競爭，模型機(jī)規(guī)定在同一機(jī)器周期內(nèi)只能允許一個部件的數(shù)據(jù)占用總線。結(jié)合手動控制列舉如下約定： 數(shù)據(jù)開關(guān)送總線：令SW-B=1，CBA=000，CE=0 存儲器內(nèi)容送總線：令CE=1，SW-B=0，CB

6、A=000 其它部件送總線：令CBA=001111，SW-B=0，CE=0 輸出共享對于計算機(jī)各部件的數(shù)據(jù)輸入可共享總線內(nèi)容，即在同一機(jī)器周期內(nèi)允許把當(dāng)前數(shù)據(jù)同時送2個以上部件單元，結(jié)合手動控制舉例如下：例：把數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容送通用存放器R0、運算存放器DR1、地址存放器AR、指令存放器IR，令SW-B=1，LDR0=1，LDDR1=1，LDAR=1，LDIR=1，然后按【單步】命令鍵即可實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)共享。七、實驗內(nèi)容一算術(shù)運算實驗 寫操作置數(shù)操作撥動二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1和DR2存放器置數(shù)，具體操作步驟如下： 注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-1-4存放器置數(shù)操

7、作步驟 讀操作運算存放器內(nèi)容送總線首先關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)控制端(SW-B=0)，存儲器控制端CE保持為0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后翻開ALU輸出三態(tài)門(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3為11111，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR1的內(nèi)容，假設(shè)把M、S0、S1、S2、S3置為10101，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR2的內(nèi)容。 算術(shù)運算不帶進(jìn)位加置CBA=010，、M、S0、S1、S2、S3狀態(tài)為101001，按【單步】鍵，此時數(shù)據(jù)總線單元應(yīng)顯示000011000CH。 二進(jìn)位控制實驗進(jìn)位控制運算器的實驗原理如實驗四圖2-4-1所示，其中181的進(jìn)位位進(jìn)入7

8、4LS74鎖存器D端，該端的狀態(tài)鎖存受AR和T4信號控制，其中AR為進(jìn)位位允許信號，高電平有效；T4為時序脈沖信號，當(dāng)AR=1時在T4節(jié)拍將本次運算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中，實現(xiàn)帶進(jìn)位控制實驗。 進(jìn)位位清零操作在“L狀態(tài)下，按動【復(fù)位】按鈕，進(jìn)位標(biāo)志燈CY“滅，實現(xiàn)對進(jìn)位位的清零操作。當(dāng)進(jìn)位標(biāo)志燈“亮?xí)r，表示CY=1。 用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1和DR2存放器置數(shù)首先關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門(CBA=000)、CE=0，開啟輸入三態(tài)門(SW-B=1)，設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)，向DR1存入01010101(55H)，向DR2存入10101010(AAH)。操作步驟如下：注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生

9、T1T4四拍單周期脈沖圖2-1-5存放器置數(shù)操作步驟 驗證帶進(jìn)位運算的進(jìn)位鎖存功能關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SW-B=0)、CE=0，使CBA=010，AR=1，置、M、S0、S1、S2、S3的狀態(tài)為101001，按【單步】鍵，此時數(shù)據(jù)總線單元顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2，假設(shè)進(jìn)位標(biāo)志燈CY“亮，表示有進(jìn)位；反之無進(jìn)位。三邏輯運算實驗 寫操作置數(shù)操作撥動二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1和DR2存放器置數(shù)，具體操作步驟如下： 注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-1-6存放器置數(shù)操作步驟 讀操作運算存放器內(nèi)容送總線首先關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)控制端(SW-B=0)，存儲器控制端CE保持為0，令

10、LDDR1=0、LDDR2=0，然后翻開ALU輸出三態(tài)門(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3為11111，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR1的內(nèi)容，假設(shè)把M、S0、S1、S2、S3置為10101，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR2的內(nèi)容。 邏輯或非運算邏輯或非運算的方法是置CBA=010，M、S0、S1、S2、S3狀態(tài)為11000，按【單步】鍵，此時數(shù)據(jù)總線單元應(yīng)顯示0001100018H。 注：加法運算時，CY=1表示運算結(jié)果有進(jìn)位，CY=0表示運算結(jié)果無進(jìn)位；減法運算時，CY=1表示運算結(jié)果無借位，CY=0表示運算結(jié)果有借位。實驗二移位存放器實驗一、實驗?zāi)康?了解移位存

11、放器的硬件電路，驗證移位控制與存放的組合功能。 利用存放器進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸。二、實驗要求實現(xiàn)存放器移位操作，了解通用存放器的運用。三、實驗原理圖2-2-1帶進(jìn)位移位存放器電原理圖上圖所示，使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其中8位輸入輸出端以8芯扁平線連接形式和總線接口連接。299-B信號控制其使能端0有效，T4為時序節(jié)拍脈沖，實驗時按【單步】命令鍵產(chǎn)生。由S0 、S1、M 控制信號設(shè)置其運行狀態(tài)，其控制特性列表如下：表2-2-1299-BS1S0M功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)說明：令CBA=011時表中299

12、-B=0。四、實驗連線圖2-2-2實驗連線示意圖按圖2-2-2所示，連接實驗電路： 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-2-2中所有標(biāo)明“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-2-2中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH的時鐘信號已作內(nèi)部連接。五、實驗內(nèi)容一移位存放器置數(shù)首先置CBA=000，然后按下面所列流程圖操作：注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖二存放器移位首先置CBA=011(299-B=0)、SW-B=0、CE=0，然后參照表7-2-1改變S0、S1、M的狀態(tài)，按動【單步】命令鍵觀察移位結(jié)果。三移位結(jié)果的存放把移位存放

13、器移位后的內(nèi)容存放到通用存放器以R0為例，首先按圖7-2-2所示連接實驗電路。在移位操作后保持CBA=011即299-B=0、置S0=0、S1=0，令LDR0=1，再按動【單步】命令鍵即可完成移位結(jié)果保存到通用存放器R0的操作。四移位結(jié)果的讀出置CBA=100、SW-B=0、CE=0，按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示R0存放器的內(nèi)容，該內(nèi)容應(yīng)與移位存放器的內(nèi)容一致。實驗三通用存放器實驗一、實驗?zāi)康?熟悉通用存放器概念。 熟悉通用存放器的組成和硬件電路。二、實驗要求完成3個通用存放器的數(shù)據(jù)寫入與讀出。三、實驗原理實驗中所用的通用存放器數(shù)據(jù)通路如圖2-3-1所示。由三片8位字長的74LS374組成R

14、0、R1、R2存放器組成。三個存放器的輸入接口用一8芯扁平線連至BUS總線接口，而三個存放器的輸出接口用一8芯扁平線連至BUS總線接口。圖中R0-B、R1-B、R2-B經(jīng)CBA二進(jìn)制控制開關(guān)譯碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出選通信號詳見表2-3-1，LDR0、LDR1、LDR2為數(shù)據(jù)寫入允許信號，由二進(jìn)制控制開關(guān)模擬，均為高電平有效；T4信號為存放器數(shù)據(jù)寫入脈沖，上升沿有效。在手動實驗狀態(tài)即“L狀態(tài)每按動一次【單步】命令鍵，產(chǎn)生一次T4信號。圖2-3-1通用存放器單元電路表2-3-1通用存放器單元選通真值表CBA選擇100R0-B101R1-B110R2-B四、實驗連線圖2-3-2實驗連線示意圖按圖2-2-2所

15、示，連接實驗電路： 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-3-2中所有標(biāo)明“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-3-2中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH的時鐘信號已作內(nèi)部連接。五、實驗內(nèi)容一通用存放器的寫入撥動二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向R0和R1存放器置數(shù)，具體操作步驟如下： 注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-3-3存放器置數(shù)操作步驟二通用存放器的讀出關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)(SW-B=0)，存儲器控制端CE=0，令LDR0=0、LDR1=0、LDR2=0，分別翻開通用存放器R0、R1、R2輸出控制位，置CBA=100時，按【單步】鍵，

16、數(shù)據(jù)總線單元顯示R0中的數(shù)據(jù)01H；置CBA=101時，按【單步】鍵。數(shù)據(jù)總線單元顯示R1中的數(shù)據(jù)80H；置CBA=110時，按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示R2中的數(shù)據(jù)隨機(jī)。實驗四存儲器部件實驗一、實驗?zāi)康氖煜ご鎯ζ骱涂偩€組成的硬件電路。二、實驗要求按照實驗步驟完成實驗工程，利用存儲器和總線傳輸數(shù)據(jù)。三、實驗原理圖2-4-1 存儲器實驗原理圖實驗所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器電路原理如圖2-4-1所示，該靜態(tài)存儲器由一片6116(2Kx8)構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線(D7D0)以8芯扁平線方式和數(shù)據(jù)總線(D7D0)相連接，地址線由地址鎖存器(74LS273)給出，該鎖存器的輸入/輸出通過8芯扁平線分別連至數(shù)據(jù)總線

17、接口和存儲器地址接口。地址顯示單元顯示AD7AD0的內(nèi)容。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門(74LS245)以8芯扁平線方式連至數(shù)據(jù)總線接口，分時給出地址和數(shù)據(jù)。6116有3根控制線：CS片選線、OE讀線、WR寫線。當(dāng)片選有效CS=0時，OE=0時進(jìn)展讀操作，WR=0時進(jìn)展寫操作。本實驗中將OE引腳接地，在此情況下，當(dāng)CS=0、WR=1時進(jìn)展讀操作，CS=0、WR=0時進(jìn)展寫操作，其寫時間與T3脈沖寬度一致。實驗時T3脈沖由【單步】命令鍵產(chǎn)生，其它電平控制信號由二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中CE、SW-B、LDAR為高電平有效，而WE為讀/寫(W/R)控制信號，當(dāng)WE=0時進(jìn)展讀操作，當(dāng)WE=1時進(jìn)展寫操作。四、實驗

18、連線圖2-4-2實驗連線示意圖按圖2-5-2所示，連接實驗電路： 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-4-2中所有標(biāo)明“或“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-4-2中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH的時鐘信號已作內(nèi)部連接。五、實驗內(nèi)容在閃動的“P.狀態(tài)下按動【增址】命令鍵，使LED顯示器自左向右第4位顯示提示符“L，表示本裝置已進(jìn)入手動單元實驗狀態(tài)。假設(shè)當(dāng)前處“L狀態(tài)，本操作可略。一內(nèi)部總線數(shù)據(jù)寫入存儲器給存儲器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11、12、13、14、15，具體操作步驟如下以向00地址單元寫入數(shù)據(jù)11為例：注：

19、【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-4-3存放器置數(shù)操作步驟二讀存儲器的數(shù)據(jù)到總線上依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。具體操作步驟如下以從00地址單元讀出數(shù)據(jù)11為例：注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-4-4存放器置數(shù)操作步驟實驗五判零實驗一、實驗?zāi)康氖煜づ辛憔€路的硬件。二、實驗要求完成運算存放器的判零。三、實驗原理圖2-5-1標(biāo)志位鎖存原理圖零標(biāo)志的實驗原理如圖2-5-1所示，其中181的8位輸出端邏輯或非后進(jìn)入74LS74鎖存器D端，該端的狀態(tài)由AR和T4信號控制，當(dāng)A

20、R=1時，按【單步】命令鍵，在T4節(jié)拍把當(dāng)前ZQ狀態(tài)鎖存到零標(biāo)志鎖存器中。四、實驗內(nèi)容 本實驗的連接請按圖2-1-2所示。 用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1和DR2存放器置數(shù)首先關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門(CBA=000)、CE=0，開啟輸入三態(tài)門(SW-B=1)，設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)。例如向DR1、DR2均存入00000001(01H)。具體操作步驟如下：注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖圖2-5-2存放器置數(shù)操作步驟 讀操作運算存放器內(nèi)容送總線首先關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)控制端(SW-B=0)，存儲器控制端CE保持為0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后翻開ALU輸出三態(tài)門(CBA=010

21、)，置M、S0、S1、S2、S3為11111，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR1的內(nèi)容00000001(01H)，假設(shè)把M、S0、S1、S2、S3置為10101，再按【單步】鍵，數(shù)據(jù)總線單元顯示DR2的內(nèi)容00000001(01H)。 帶進(jìn)位減法運算令SW-B=0、CE=0，置CBA=010、AR=1，置、M、S0、S1、S2、S3為000110，按【單步】鍵，此時數(shù)據(jù)總線單元應(yīng)顯示00000000(00H)。注：181運算器作減法運算時，有借位CY=0，無借位CY=1。 存放器判零在保持帶進(jìn)位減法運算所設(shè)置的狀態(tài)下，令A(yù)R=1，按【單步】鍵，假設(shè)零標(biāo)志燈“亮，表示當(dāng)前運算結(jié)果為零；反之零

22、標(biāo)志燈“滅，表示當(dāng)前運算結(jié)果不為零。實驗六指令部件模塊實驗一、實驗?zāi)康?掌握時序產(chǎn)生器的組成方式。 熟悉指令產(chǎn)生的原理。二、實驗要求按照實驗步驟完成實驗工程，完成將數(shù)據(jù)打入IR存放器，數(shù)據(jù)打入PC指針式存放器，PC指針自動加1。三、指令部件模塊的構(gòu)成 如圖2-6-1所示，2片74LS163作為8位PC程序計數(shù)器的8位輸入/輸出公用端用8芯扁平線與BUS總線接口相連接。圖2-6-1程序計數(shù)器單元2片74LS163組成了PC程序計數(shù)器，它有LDPC、LOAD信號，脈沖T3來控制PC指針的裝載和加1操作。在“L狀態(tài)下，由8位置數(shù)開關(guān)裝入起始地址，當(dāng)LOAD=1、LDPC=1時，按【單步】命令鍵，在T

23、3上升沿把數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容裝入PC。當(dāng)CBA=001、LOAD=0、LDPC=1、LDAR=1時，按【單步】命令鍵，在單周期四節(jié)拍時序的T2時刻翻開PC-B三態(tài)門，在T3時刻PC值通過總線打入地址存放器、同時PC值加1。 如圖2-6-2所示，1片74LS273作為指令存放器單元， 其8位輸入端與BUS總線之間實驗裝置已作連接，其輸出端用一8芯扁平線與SE5SE0接口連接。圖2-6-2指令存放器單元指令數(shù)據(jù)存放器IR(74LS273)的LDIR為電平正跳變時，把來自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)打入存放器IR，IR的輸出就作為本系統(tǒng)內(nèi)的8位指令I(lǐng)7I0。在本系統(tǒng)內(nèi)由這8位指令可最多譯碼256條不同的指令，通過編碼

24、可對應(yīng)這些指令在微程序存儲器中的入口地址，并且輸出相應(yīng)的微控制指令。 1片74LS74用來實現(xiàn)多種條件的跳轉(zhuǎn)指令JZ、JC等跳轉(zhuǎn)指令。圖2-6-3CY、零標(biāo)志鎖存原理圖74LS74芯片是雙D觸發(fā)器，其中一組是鎖存進(jìn)位位CY標(biāo)志，另一組是鎖存零標(biāo)志(Z)可通過AR來控制JC和JZ建立，以實現(xiàn)條件跳轉(zhuǎn)的指令。 1片74LS74用來實現(xiàn)開中斷、關(guān)中斷、中斷效勞。圖2-6-4中斷控制電路圖74LS74芯片是雙D觸發(fā)器，其中一組鎖存開中斷標(biāo)志，另一組鎖存中斷效勞標(biāo)志，通過LOAD來控制EA、ED的建立，以實現(xiàn)中斷響應(yīng)與中斷效勞。四、實驗連接圖2-6-5實驗連線示意圖按圖7-8-5所示，連接實驗電路： 總

25、線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-6-5中所有標(biāo)明“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-6-5中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH的時鐘信號已作內(nèi)部連接五、實驗內(nèi)容在閃動的“P.狀態(tài)下按動【增址】命令鍵，使LED顯示器自左向右第4位顯示提示符“L，表示本裝置已進(jìn)入手動單元實驗狀態(tài)。一程序計數(shù)器PC值的置數(shù)、輸出與加1 PC值的寫入撥動二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向程序計數(shù)單元置數(shù)置數(shù)燈亮表示它所對應(yīng)的數(shù)據(jù)位為“1、反之為零。具體操作步驟圖示如下： 注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖 PC值的讀出關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)(SW-B=0)、CE保持為

26、0、LOAD=0、LDPC=0、CBA=001時，按【單步】鍵，翻開PC-B緩沖輸出門，數(shù)據(jù)總線單元應(yīng)顯示00000000； PC值送地址存放器并加1在保持PC值讀出的開關(guān)狀態(tài)下，置LDAR=1、LDPC=1，按【單步】命令鍵，在T3節(jié)拍把當(dāng)前數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容即PC打入地址鎖存器，地址總線單元的顯示器應(yīng)顯示00H，在T3節(jié)拍的上升沿PC計數(shù)器加1，PC單元的顯示器應(yīng)顯示01H。二指令碼的打入與散轉(zhuǎn)按實驗七圖7-7-3微程序流程所示的微控制流程，對指令譯碼存放器IR分別打入微控制流程定義的操作碼20H、40H、60H、80H、0A0H，然后根據(jù)流程圖定義的基地址08H置入數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單步】鍵，在

27、機(jī)器周期的T2節(jié)拍把基地址08H打入微地址鎖存器，在機(jī)器周期T4節(jié)拍按微控制流程對IR指令存放器的內(nèi)容進(jìn)展測試和判別，使后續(xù)微地址轉(zhuǎn)向與操作碼相對應(yīng)的微程序入口地址。舉例操作如下： 當(dāng)IR存放器為20H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為09H。 當(dāng)IR存放器為60H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為0BH。注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖實驗七微程序控制單元實驗一、實驗?zāi)康?掌握時序產(chǎn)生器的組成方式。 熟悉微程序控制器的原理。 掌握微程序編制及微指令格式。二、實驗要求按照實驗步驟完成實驗工程，熟悉微程序的編制、寫入、觀察運行狀態(tài)。三、實驗原理 微程序

28、控制電路微程序控制器的組成見圖2-7-1，其中控制存儲器采用4片6116靜態(tài)存儲器，微命令存放器32位，用三片8D觸發(fā)器(273)和一片4D(175)觸發(fā)器組成。微地址存放器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器(74)組成，它們帶有清零端和置位端。在不判別測試的情況下，T2時刻打入微地址存放器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時刻進(jìn)展測試判別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過置位端將某一觸發(fā)器輸出端置為“1狀態(tài)，完成地址修改。 微指令格式表2-7-1M25M24M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8CBAAR未用P3A9A8CELOADMS

29、0S1S2S3P2LDARM7M6M5M4M3M2876543M1M0LDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WEUA0UA1UA2UA3UA4UA5P1SW-BA字段B字段M20M9M1選擇測試字P3P2P1000關(guān)閉測試001P (1)識別操作碼010P (2)判尋址方式011P (Z)Z標(biāo)志測試100P (I)中斷響應(yīng)101P (D)中斷效勞110P (C)C標(biāo)志測試111保存位CBA選擇000制止001PC-B010ALU-B011299-B100R0-B101R1-B110R2-B111保存位圖7-7-1微控制器原理圖其中UA5UA0為6位的后續(xù)微地址，A、B二譯碼字段，分別由6

30、個控制位譯碼輸出多位。B段中的PX3、PX2、PX1 三個測試字位，其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)展譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行。四、實驗內(nèi)容一微程序的編寫為了解決微程序的編寫，本裝置設(shè)有微程序讀寫命令鍵，學(xué)生可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令代碼以快捷方式寫入到微程序控制單元。具體的操作方法是按動位于本實驗裝置右中側(cè)的復(fù)位按鈕使系統(tǒng)進(jìn)入初始待令狀態(tài)。再按動【增址】命令鍵使工作方式提示位顯示“H。微程序存貯器讀寫的狀態(tài)標(biāo)志是：顯示器上顯示8個數(shù)字，左邊1、2位顯示實驗裝置的當(dāng)前狀態(tài)，左邊3、4位顯示區(qū)域號區(qū)域的分配見表2-7-2，左邊5、6位數(shù)字是

31、微存貯單元地址，硬件定義的微地址線是ua0ua5共6根，因此它的可尋址X圍為00H3FH；右邊2位數(shù)字是該單元的微程序，光標(biāo)在第7位與第8位之間，表示等待修改單元內(nèi)容。表2-7-2區(qū)域號微程序區(qū)對應(yīng)位空間對應(yīng)位控制功能 031··············24CBAAR未用P3A9A8123··············1

32、6CEADMS0S1S2S3215···············8P2ARPCIRDR2DR1R0WE37················0U0U1U2U3U4U5P1SW用【讀】命令鍵可以對微程序存貯器進(jìn)展讀出或?qū)懭?。對微程序存貯器讀寫，一般應(yīng)先按MON，使實驗系統(tǒng)進(jìn)入初始待命狀態(tài)。然后

33、輸入所要訪問的微程序區(qū)域地址，再按【讀】命令鍵，實驗系統(tǒng)便以該區(qū)域的00H作為起始地址，進(jìn)入微程序存貯器讀寫狀態(tài)。下面舉例說明操作規(guī)程：按鍵8位LED顯示說明【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態(tài)【讀】DY-HP. 初始待命狀態(tài)，按【讀】鍵無效DY-H0 按數(shù)字鍵0，從0區(qū)域0地址開場【讀】Cn0000XX 按【讀】命令鍵，進(jìn)入微程序讀狀態(tài)，左邊第3位 起顯示00區(qū)域號、00微地址、XX該微程 序單元的內(nèi)容，光標(biāo)閃動移至第7位55Cn000055 按55鍵，將內(nèi)容寫入00區(qū)域00H單元【增址】Cn0001XX 按【增址】命令鍵，讀出00區(qū)域下一個單元 01H，光標(biāo)重新移至第7位AACn0001

34、AA 按AA鍵，將內(nèi)容寫入00區(qū)域01H單元【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態(tài)1DY-H1 再按數(shù)字鍵1，從1區(qū)域0地址開場【讀】Cn0100XX 按【讀】命令鍵，進(jìn)入微程序讀狀態(tài)，左邊第3位 起顯示01區(qū)域號、00微地址、XX該微程 序單元的內(nèi)容，光標(biāo)閃動移至第7位55Cn010055 按55鍵，將內(nèi)容寫入01區(qū)域00H單元【增址】Cn0101XX 按【增址】命令鍵，讀出01區(qū)域下一個單元 01H，光標(biāo)重新移至第7位AACn0101AA 按AA鍵，將內(nèi)容寫入01區(qū)域01H單元【返回】DY-HP. 按【返回】退出存儲操作返回初始狀態(tài)按以上所說明的操作規(guī)程，通過鍵盤在微地址00H單元所對應(yīng)的

35、四個區(qū)域地址分別輸入55H，在微地址01H單元所對應(yīng)的四個區(qū)域地址分別輸入0AAH。二手動方式下的微地址打入操作微程序控制器的微命令存放器32位，用三片8D觸發(fā)器(273)和一片4D(175)觸發(fā)器組成。它們的清零端由CLR來控制微控制器的清零。它們的觸發(fā)端CK接T2，在時序節(jié)拍的T2時刻將微程序的內(nèi)容打入微控制存放器含下一條微指令地址。微地址控制單元的實驗連圖2-7-5實驗連線示意圖按圖7-7-5所示，連接實驗電路： 總線接口連接：用8芯扁平線連接圖2-7-5中所有標(biāo)明“或“圖案的總線接口。 控制線與時鐘信號“連接：用雙頭實驗導(dǎo)線連接圖2-7-5中所有標(biāo)明“或“圖案的插孔注：Dais-CMH

36、的時鐘信號已作內(nèi)部連接微地址的打入操作在“L狀態(tài)下，首先置SW-B=0，然后向數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，再按【單步】鍵，在機(jī)器周期的T2時刻把數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容打入微地址鎖存器。實驗步驟如下：注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖 微地址的修改與轉(zhuǎn)移按圖2-7-4所示，微地址鎖存器的置位端R受SE5SE0控制，當(dāng)測試信號SE5SE0輸出負(fù)脈沖時，通過鎖存器置位端R將某一鎖存器的輸出端強(qiáng)行置“1，實現(xiàn)微地址的修改與轉(zhuǎn)移。對指令譯碼存放器IR分別打入微控制流程定義的操作碼20H、40H、60H、80H、0A0H，然后打入流程圖定義的基地址08H，按【單步】鍵，在機(jī)器周期T4節(jié)拍按微控制流程對

37、IR指令存放器的內(nèi)容進(jìn)展測試和判別，使后續(xù)微地址轉(zhuǎn)向與操作碼相對應(yīng)的微程序入口地址。舉例操作如下： 當(dāng)IR存放器為20H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為09H。 當(dāng)IR存放器為60H、微地址為08H時，按【單步】鍵后微地址為0BH。注：【單步】鍵的功能是啟動時序電路產(chǎn)生T1T4四拍單周期脈沖實驗八根本模型機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn)一、實驗?zāi)康?在掌握部件單元電路實驗的根底上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)地構(gòu)造一臺根本模型計算機(jī)。 為其定義5條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。二、實驗設(shè)備Dais-CMH+/CMH 計算器組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，實驗用扁平線、導(dǎo)線假設(shè)干。三、實驗原理部件

38、實驗過程中，各部件單元的控制信號是以人為模擬產(chǎn)生為主，而本次實驗將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元的控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)器指令到指令執(zhí)行完畢的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序。本實驗采用五條機(jī)器指令：IN輸入、ADD二進(jìn)制加法、STA存數(shù)、OUT輸出、JMP無條件轉(zhuǎn)移，其指令格式如下前三位為操作碼：= 助記符機(jī)器指令碼說明-IN R0,SW 0010 0000 數(shù)據(jù)開關(guān)狀態(tài)R0ADD R0,addr 0100 0000 XXXXXXXX R0+addrR0STA addr

39、,R0 0110 0000 XXXXXXXX R0addrOUT addr,LED 1000 0000 XXXXXXXX addrLEDJMP addr 1010 0000 XXXXXXXX addrPC=其中IN為單字節(jié)(8位)，其余為雙字節(jié)指令，XXXXXXXX為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。根據(jù)以上要求設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖2-8-1所示。系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖2-8-2，當(dāng)擬定“取指微指令時，該微指令的判別測試字段為P(1)測試。由于“取指微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P(1)的測試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令存放器的前3位(IR7IR5)作為測試條件，出現(xiàn)8路分支，占用

40、8個固定微地址單元。當(dāng)全部微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表2-8-1即為設(shè)計微指令所對應(yīng)的32位微指令格式。下面介紹指令存放器(IR)：指令存放器用來保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，先把它從內(nèi)存取到數(shù)據(jù)總線上，然后再傳送至指令存放器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進(jìn)展測試P(1)，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作?！爸噶畲娣牌鞲鶕?jù)指令中的操作碼譯碼強(qiáng)置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備(INPUT DEVICE)；另一種是

41、LED塊，它作為輸出設(shè)備(OUTPUT DEVICE)。例如：輸入時，二進(jìn)制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)LDED有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動LED顯示。圖2-8-1根本模型機(jī)數(shù)據(jù)通路框圖圖2-8-2根本模型機(jī)微程序流程圖按照系統(tǒng)建議的微指令格式，參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進(jìn)制代碼表，并將二進(jìn)制代碼表轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制格式文件。表2-8-1M25M24M23M22M21M20M19M18M17M16M15M14M13M12M11M10M9M8CBAAR未用P3A9A8CELOADMS0S

42、1S2S3P2LDARM7M6M5M4M3M2876543M1M0LDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WEUA0UA1UA2UA3UA4UA5P1SW-BA字段CBA選擇000制止001PC-B010ALU-B011299-B100R0-B101R1-B110R2-B111保存位本實驗設(shè)計的機(jī)器指令程序如下：地址二進(jìn)制內(nèi)容二進(jìn)制 助記符說明0000 0010 0000 IN R0,SW 數(shù)據(jù)開關(guān)內(nèi)容R00001 0100 0000 ADD R0,09H R0+09HR00010 0000 10010011 0110 0000 STA 0BH,R0 R00BH0100 0000 10110101 1000 0000 OUT 0BH,LED 0BHLED0110 0000 10110111 1010 0000JMP 00H 00HPC1000 0000 00001001 01