計算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)報告

1、 實(shí) 驗(yàn) 報 告課程名稱：計算機(jī)組成與體系結(jié)構(gòu)學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生專業(yè)：軟件工程4班開課學(xué)期：軟件學(xué)院2018年10月XXXX地 點(diǎn)： B8 樓107 房；實(shí)驗(yàn)教師：實(shí)驗(yàn)日期與時間：2018年10月19日星期五評 分：（電子版實(shí)驗(yàn)報告代表性內(nèi)容打印粘貼頁） 1 第1章 TEC-5計算機(jī)組成和數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹 TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由北京郵電大學(xué)計算機(jī)學(xué)院、清華大學(xué)科教儀器廠聯(lián)合研制。它適用于計算機(jī)組成原理、計算機(jī)組織和結(jié)構(gòu)和數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)三門課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是一種多用儀器。該儀器將提高學(xué)生的動手能力，提高學(xué)生對計算機(jī)整體和各組成部分的理解，提高學(xué)生對數(shù)字系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)的綜合設(shè)計能力。

2、一、TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)1. 采用單板式結(jié)構(gòu)、計算機(jī)模型采用8位，簡單、實(shí)用。計算機(jī)模型分為數(shù)據(jù)通路、控制器、時序電路、控制臺、數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)區(qū)五部分。各部分之間采用可插、拔的導(dǎo)線連接。2指令系統(tǒng)采用4位操作碼，容納16條指令，已實(shí)現(xiàn)了加、減、邏輯與、存數(shù)、取數(shù)、條件轉(zhuǎn)移、IO輸出和停機(jī)8條指令，指令功能非常典型。其他8條指令備用。3數(shù)據(jù)通路采用雙端口存儲器作為主存，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)總線和指令總線雙總線體制，體現(xiàn)了當(dāng)代CPU的設(shè)計思想。4運(yùn)算器中ALU由2片74181實(shí)現(xiàn)。4個通用寄存器由1片ispLSI1016組成，設(shè)計新穎。5控制器采用微程序控制器和硬連線控制器兩種類型，體現(xiàn)了當(dāng)代計算機(jī)控制器

3、設(shè)計技術(shù)的完備性。6控制存儲器中的微代碼可以通過PC機(jī)下載，省去插、拔EEPROM芯片。7實(shí)驗(yàn)臺上提供了一片在系統(tǒng)編程器件ispLSI1032,學(xué)生在PC機(jī)設(shè)計好組合邏輯控制器方案后下載到ispLSI1032中，ispLSI1032就構(gòu)成了新的控制器。控制器的設(shè)計并實(shí)現(xiàn)對提高計算機(jī)綜合設(shè)計能力會有很大幫助。ispLSI1032也可用于數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計。8控制臺包含8個數(shù)據(jù)開關(guān)，用于置數(shù)功能；16個雙位開關(guān)，用于置信號電平；控制臺有復(fù)位和啟動二個單脈沖發(fā)生器，有單拍、單步二個開關(guān)?？刂婆_有5種操作：寫存儲器，讀存儲器，讀寄存器，寫寄存器，啟動程序運(yùn)行。9微程序控制器中的微代碼輸出、微地址

4、總線、程序地址總線、數(shù)據(jù)總線、存儲器地址總線、進(jìn)位、雙端口存儲器的讀、寫沖突位BUSYL#和BUSYR#等都有指示燈，便于查看指令的執(zhí)行過程。10數(shù)字邏輯和數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)部分除上述可用的一片ISP1032、16個電平開關(guān)和2個單脈沖按鈕（復(fù)位和啟動）外，還有12個指示燈，11個雙列直插插座，5個8432編碼驅(qū)動的數(shù)碼管，1個直接驅(qū)動的數(shù)碼管，1個喇叭。時鐘信號源有500KHz,50KHz，5KHz。11電源部分具有抗電源對地短路能力。二、TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由以下幾個部分組成：控制臺數(shù)據(jù)通路控制器時序電路數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)區(qū)電源模塊下面分別對各組成部分予以介紹。三、電源電源部分由

5、一個電源、一個電源插座、一個電源開關(guān)和一個紅色電源指示燈組成。電源通過四個螺釘安裝在實(shí)驗(yàn)箱底部，它輸出+5V電壓，最大負(fù)載電流3A，具有抗+5V對地短路功能。電源插座用于接交流220V，插座內(nèi)裝有保險絲。電源開關(guān)接通時，模塊電源輸出+5V，紅色指示燈點(diǎn)亮。四、時序發(fā)生器時序發(fā)生器產(chǎn)生計算機(jī)模型所需的時序和數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)所需的時鐘。時序電路由一個500KHz晶振、2片GAL22V10(U64、U66)、一片74LS390(U65)組成。根據(jù)本機(jī)設(shè)計，執(zhí)行一條微指令需要4個節(jié)拍脈沖T1、T2、T3、T4，執(zhí)行一條機(jī)器指令需要三個節(jié)拍電位W1、W2、W3，因此本機(jī)的基本時序如下：圖中，MF是晶振產(chǎn)生的

6、500KHz基本時鐘，T1、T2、T3、T4是數(shù)據(jù)通路和控制器中各寄存器的節(jié)拍脈沖信號，印制板上已將它們和相關(guān)的寄存器相連。T1、T2、T3、T4既供微程序控制器使用，也供硬連線控制器使用。W1、W2、W3只供硬連線控制器做節(jié)拍電位信號使用。另外，供數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)使用的時鐘50KHz和5KHz由MF經(jīng)一片74LS390分頻后產(chǎn)生。五、數(shù)據(jù)通路TEC-5的數(shù)據(jù)通路采用了數(shù)據(jù)總線和指令總線雙總線形式。它還使用了大規(guī)模在系統(tǒng)編程器件作為寄存器堆，使得設(shè)計簡單明了，可修改性強(qiáng)。圖1.2是數(shù)據(jù)通路總體圖，下面介紹圖中各個主要部件的作用。3 1運(yùn)算器ALU運(yùn)算器ALU由兩片74LS181(U55和U60)組

7、成，其中U60進(jìn)行低4位運(yùn)算，U55進(jìn)行高4位運(yùn)算。在選擇端M和S0-S3控制下，ALU對數(shù)據(jù)A、B進(jìn)行各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算。有關(guān)74181運(yùn)算的具體操作，請看74181的資料和教科書。當(dāng)LDRi=1時，在T3的上升沿寄存器C（U57A）保存運(yùn)算產(chǎn)生的進(jìn)位標(biāo)志信號。2運(yùn)算操作數(shù)寄存器DR1和DR2（U47、U48）DR1（U47）和DR2(U48)是運(yùn)算操作數(shù)寄存器，DR1和ALU的A口相連，DR2和ALU的B口相連。DR1和DR2各由一片74LS273構(gòu)成。當(dāng)LDDR1/LDDR21時，在T2上升沿，DR1/DR2接收來自通用寄存器堆A/B端口的數(shù)據(jù)。3雙端口通用寄存器堆RF（U54）雙端口通

8、用寄存器堆RF由一片ispLSI1016（U30）構(gòu)成，其中包含4個8位寄存器（R0、R1、R2、R3），有三個控制端口：兩個控制讀操作，一個控制寫操作，三個端口可以同時操作。由RD1、RD0選中的寄存器的數(shù)據(jù)從A端口讀出，由RS1、RS0選中的寄存器的數(shù)據(jù)從B端口讀出；WR1、WR0選擇要寫入的寄存器。LDRi控制寫操作，當(dāng)LDRi1時，在T3上升沿將數(shù)據(jù)總線DBUS上的數(shù)據(jù)寫入由WR1、WR0選中的寄存器。從RF的A端口讀出的數(shù)據(jù)直接送DR1。由B端口讀出的數(shù)據(jù)直接送DR2之外，還可以送數(shù)據(jù)總線DBUS。當(dāng)RS_BUS#0時，允許B端口數(shù)據(jù)送DBUS。4雙端口存儲器RAM雙端口存儲器RAM

9、由一片IDT7132(U44)及少量控制電路構(gòu)成。IDT7132是2048字節(jié)的雙端口靜態(tài)隨機(jī)存儲器，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際使用256字節(jié)。IDT7132的兩個端口可以同時進(jìn)行讀、寫操作。在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，RAM左端口連接數(shù)據(jù)總線DBUS，可進(jìn)行讀、寫操作；右端口連接指令總線IBUS，輸出到指令寄存器IR，作為只讀端口使用。IDT7132有6個控制引腳，CEL#、LR/W#、OEL#控制左端口讀、寫操作；CER#、RR/W#、OER#控制右端口的讀寫操作。CEL#為左端口選擇引腳，低電平有效；當(dāng)CEL#1時，禁止對左端口的讀、寫操作。LR/W#控制對左端口的讀寫，當(dāng)CEL#=0且LR/W#=1時，左端口

10、進(jìn)行讀操作；當(dāng)CEL#=0且LR/W#0且T2為高時，左端口進(jìn)行寫操作。OEL#的作用等同于三態(tài)門，當(dāng)CEL#=0且OEL#0時，允許左端口讀出的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線DBUS上；當(dāng)OEL#1時，禁止左端口的數(shù)據(jù)放到DBUS。為便于理解，在以后的實(shí)驗(yàn)中，我們將OEL#引腳稱為RAM_BUS#。控制右端口的三個引腳與左端口的三個完全類似，不過只使用了讀操作，在實(shí)驗(yàn)板上已將RR/W#固定接高電平，OER#固定接地。當(dāng)CER#=0時，右端口讀出的數(shù)據(jù)（更確切的說法是指令）放到指令總線IBUS上，然后當(dāng)LDIR=1時在T3的上升沿打入指令寄存器IR。所有數(shù)據(jù)/指令的寫入都使用左端口，右端口作為指令端口，不需

11、要進(jìn)行數(shù)據(jù)的寫入。左端口讀出的數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線DBUS上，由數(shù)據(jù)總線指示燈DBUS7-DBUS0顯示。右端口讀出的指令放在指令總線IBUS上，由指令總線指示燈IBUS7-IBUS0顯示。5地址寄存器AR和程序計數(shù)器PC存儲器左端口的地址寄存器AR(U53、U59)和右端口的地址寄存器PC(U52、U45)都使用2片74LS163，具有地址遞增的功能。PC是程序計數(shù)器，提供雙端口寄存器右端口地址，U52是低4位，U45是高4位，具有加載數(shù)據(jù)和加1功能。AR是地址寄存器，提供雙端口存儲器左端口地址，U53是低4位，U59是高4位，具有加載數(shù)據(jù)和加1功能。AR中的地址用地址AR指示燈AR7-AR0顯

12、示，PC中的地址用程序計數(shù)器PC指示燈4 PC7-PC0顯示。當(dāng)LDAR#0時，AR在T2時從DBUS接收來自SW7SW0的地址；當(dāng)AR11時，在T2的上升沿存儲器地址加1。注意：LDAR#和AR1兩個控制信號不能同時有效。在下一個時鐘周期，令CEL#0，LR/W#0，則在T2節(jié)拍進(jìn)行寫操作，將SW7SW0設(shè)置的數(shù)據(jù)經(jīng)DBUS寫入存儲器。當(dāng)LDPC#0時，PC在T2時從DBUS接收來自SW7SW0的地址，作為程序的啟動地址；當(dāng)一條機(jī)器指令開始執(zhí)行時，取指以后，PC11，程序計數(shù)器給出下一條指令的地址。注意：LDPC#和PC1兩個控制信號不能同時有效。6指令寄存器IR指令寄存器IR是一片74LS

13、273（U46）。當(dāng)LDIR1時，在T3的上升沿，它從雙端口存儲器的右端口接收指令。指令的操作碼部分IR7IR4送往控制器譯碼，產(chǎn)生數(shù)據(jù)通路的控制信號。指令的操作數(shù)部分送往寄存器堆RF，選擇參與運(yùn)算的寄存器。IR1、IR0與RD1、RD0連接，選擇目標(biāo)操作數(shù)寄存器；IR3、IR2與RS1、RS0連接，選擇源操作數(shù)寄存器。IR1、IR0也與WR1、WR0連接，以便將運(yùn)算結(jié)果送往目標(biāo)操作數(shù)寄存器。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計了8條機(jī)器指令，均為單字長（8位）指令。指令功能及格式如表1所示。其中的代表隨意值；RS1、RS0是寄存器堆B端口讀出的源選擇信號；RD1、RD0是寄存器堆A端口讀出的目標(biāo)選擇信號，WR1、

14、WR0是寫入的寄存器的選擇信號。在實(shí)驗(yàn)中，需要將IR3-IR0這些操作數(shù)選擇信號與RF對應(yīng)引腳連接好。六、控制器控制器用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)通路操作所需的控制信號。TEC-5提供了一個微程序控制器，以便能進(jìn)行計算機(jī)組成原理基本實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行課程設(shè)計時，學(xué)生可設(shè)計自己的控制器。圖1.2是控制器框圖。1控制存儲器控制存儲器由4片HN58C65（U35、U36、U37、U38）構(gòu)成。HN58C65是E2PROM，存儲容量為8K字節(jié)，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只使用了64字節(jié)。微指令格式采用水平型，微指令字長31位，其中順序控制部分9位：判別字段3位，后繼微地址6位。操作控制字段22位，各位進(jìn)行直接控制。判別標(biāo)志位P0和控制臺操

15、作開關(guān)SWC、SWB、SWA一起確定控制臺指令微程序的分支，完成不同的控制臺操作；P1與指令操作碼（IR的高4位）一起確定機(jī)器指令微程序的分支，轉(zhuǎn)向各種指令的不同微程序流程。P2與進(jìn)位標(biāo)志C一起確定條件轉(zhuǎn)移指令。操作控制字段22位，采用直接表示法，控制數(shù)據(jù)通路的操作。信號名帶#者為低電平有效。S3，S2，S1，S0選擇運(yùn)算器的運(yùn)算類型。M選擇運(yùn)算器的運(yùn)算模式：M0，算術(shù)運(yùn)算；M1，邏輯運(yùn)算。Cn#運(yùn)算器最低位的+1信號。為0時，運(yùn)算器最低位有進(jìn)位。LR/W#當(dāng)LR/W#1且CEL#0時，對雙端口存儲器左端口進(jìn)行讀操作；當(dāng)LR/W#0且CEL#0時，在T2節(jié)拍對左端口進(jìn)行寫操作。CEL#雙端口存

16、儲器左端口使能信號。為0時允許對左端口讀、寫。CER#雙端口存儲器右端口使能信號。為0時將指令送往指令總線IBUS。RAM_BUS#存儲器數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)總線DBUS信號，為0時將雙端口存儲器左端口數(shù)據(jù)送DBUS。ALU_BUS#ALU輸出三態(tài)門使能信號，為0時將ALU運(yùn)算結(jié)果送DBUS。RS_BUS#通用寄存器右端口三態(tài)門使能信號，為0時將RF的B端口數(shù)據(jù)送DBUS。SW_BUS#控制臺輸出三態(tài)門使能信號，為0時將控制臺開關(guān)SW7-SW0數(shù)據(jù)送DBUS。LDRi雙端口寄存器堆寫入信號，為1時將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)在T3的上升沿寫入由WR1、WR0指定的個寄存器。LDDR2對操作數(shù)寄存器DR2進(jìn)行加載的

17、控制信號，為1時在T2的上升沿將由RS1、RS0指定的寄存器中的數(shù)據(jù)打入DR2。LDDR1對操作數(shù)寄存器DR1進(jìn)行加載的控制信號，為1時在T2的上升沿將由RD1、RD0指定的寄存器中的數(shù)據(jù)打入DR1。LDAR#對地址寄存器AR進(jìn)行加載的控制信號。為0時在T2的上升沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入地址寄存器AR。AR+1對AR進(jìn)行加1操作的電位控制信號。為1時在T2的上升沿使AR的值加1。LDPC#對程序計數(shù)器PC進(jìn)行加載的控制信號。為0時在T2的上升沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)打入程序計數(shù)器PC。PC+1對PC進(jìn)行加1操作的電位控制信號。為1時在T2的上升沿使PC的值加1。LDIR對指令寄存器進(jìn)行加載的控制信

18、號。為1時在T3的上升沿將指令總線IBUS上的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR。TJ停機(jī)指令，暫停微程序運(yùn)行。2微地址寄存器AR（U33）微地址寄存器AR是1片74LS174，對控制存儲器提供微程序地址。當(dāng)CLR#0時，將異步清零，使微程序從000000B開始執(zhí)行。在每一個T1的上升沿，新的微指令地址打入微地址寄存器中。微地址由指示燈uA5-uA0顯示。3微地址轉(zhuǎn)移邏輯（U21、U24、U26、U20）微地址轉(zhuǎn)移邏輯產(chǎn)生后繼微程序地址，它由兩片74LS32和兩片74LS08構(gòu)成。微地址轉(zhuǎn)移邏輯的信號來源是：控制存儲器產(chǎn)生的后繼微指令地址A0-A5，判別標(biāo)志位P0、P1、P2，指令操作碼IR4-IR7，進(jìn)

19、位標(biāo)志C，還有控制臺操作碼SWC、SWB、SWA。七、控存EEPROM的改寫TEC-5中的4片EEPROM（CM0-CM3，U35-U38）是控存，里面裝有TEC-5微程序的微代碼。由于它是電可擦除和編程的EEPROM，因此可以實(shí)現(xiàn)不用將CM0-CM3從插座上取出就能實(shí)現(xiàn)對其編程的目的。為此我們在TEC-5上用1片單片機(jī)芯片89S52(U39)和一些附加電路實(shí)現(xiàn)了不用拔出CM0-CM3就能對其編程，從而改寫這些EEPROM中微代碼的目的。89S52中包含一個監(jiān)控程序，它負(fù)責(zé)通過串行口和PC機(jī)通訊，向PC機(jī)發(fā)出提示信息、接收命令和數(shù)據(jù)，并根據(jù)接收到的命令（0，1，2，3）決定將隨后收到的64個數(shù)

20、據(jù)寫入指定的EEPROM。命令0、1、2、3指定寫那個器件，0對應(yīng)CM0,1對應(yīng)CM1,2對應(yīng)CM2,3對應(yīng)CM3。64個字節(jié)的數(shù)據(jù)將寫入指定EEPROM的前64個單元（地址00H-3FH）。1 TEC-5的兩種工作方式TEC-5的計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)部分有兩種工作方式，一種叫正常工作方式，一種叫編程工作方式。當(dāng)編程開關(guān)（在U39 89S52的下面）撥到正常位置時，TEC-5的計算機(jī)部分可以正常做實(shí)驗(yàn)，CM0-CM3只受控制器的控制，它里面的微代碼正常讀出，供數(shù)據(jù)通路使用。當(dāng)編程開關(guān)撥到編程位置時，CM0-CM3只受單片機(jī)89S52的控制，用來對4片EEPROM編程。在編程狀態(tài)下，不能做計算機(jī)組

21、成原理的實(shí)驗(yàn)。出廠時編程開關(guān)處于正常狀態(tài)。注意：做計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)時編程開關(guān)一定要處于正常位置。2 編程軟件串口調(diào)試助手2.2簡介在PC機(jī)上運(yùn)行的和TEC-5通訊的編程軟件是串口調(diào)試助手。下面對該軟件做一些簡單介紹。通過雙擊出廠時提供的該軟件的圖標(biāo)，即出現(xiàn)該軟件的界面。圖1.3是該軟件的界面。此軟件很簡單，一看就知道怎么用，在這里簡單說一下需要注意的地方。首先，串口需要設(shè)置。如果你的機(jī)器就一個串口，那就不用管了，要是有1個以上的串口，那就看看你此時通訊用的是哪一個了。串口的設(shè)置要和PC機(jī)上使用的編程下載串口一致。其次，波特率等參數(shù)要保證和89S52里的下載軟件中的一致。即波特率為1200波特

22、，數(shù)據(jù)位8位，無校驗(yàn)位，停止位1位。這些參數(shù)設(shè)置不正確將無法通訊。再次，窗口下部空白區(qū)為PC數(shù)據(jù)發(fā)送窗口，其上面較大的空白區(qū)為PC數(shù)據(jù)接收窗口。最后，需要時刻注意按鈕關(guān)閉串口的狀態(tài)。圖1.3 3 CM0-CM3的下載步驟：在TEC-5關(guān)閉電源的情況下，用出廠時提供的RS232串口線將TEC-5實(shí)驗(yàn)儀的串口與主機(jī)的串口連接起來。TEC-5上的編程開關(guān)撥到編程位置，將串口調(diào)試助手程序打開，設(shè)置好參數(shù)，打開電源，按一下復(fù)位鍵RESET。軟件的接收區(qū)此時會顯示W(wǎng)AITING FOR COMMAND .，請在數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)寫入0，按手動發(fā)送按鈕，將命令0發(fā)送給89S52，表示通知它要寫CM0文件了。數(shù)據(jù)接收

23、區(qū)會出現(xiàn)PLEASE CHOOSE A CM FILE，請通過按鈕選擇發(fā)送文件選擇要寫入CM0的二進(jìn)制文件，文件必須是“BIN”格式，長度為64字節(jié)。然后點(diǎn)擊發(fā)送文件按鈕將文件發(fā)往89S52。89S52接收數(shù)據(jù)并對CM0編程，然后它讀出CM0的數(shù)據(jù)和從PC機(jī)接收到數(shù)據(jù)比較，不管正確與否，89S52都向PC機(jī)發(fā)出結(jié)果信息，在串口調(diào)試助手軟件數(shù)據(jù)接收窗口顯示出來。等待文件發(fā)送完畢的提示（注意看軟件的最底下的狀態(tài)行和數(shù)據(jù)接收區(qū)），請注意看數(shù)據(jù)接收區(qū)的命令提示，重復(fù)步驟，分別輸入命令1、2、3，同時，應(yīng)分別選擇CM1、CM2、CM3文件，對相應(yīng)的EEPROM編程。CM1、CM2、CM3全部編程完后，按

24、RESET按鈕結(jié)束編程。最后將TEC-5上的編程開關(guān)撥到正常位置。注意：對CM0、CM1、CM2、CM3的編程順序無規(guī)定，只要在發(fā)出器件號后緊跟著發(fā)送該器件的編程數(shù)據(jù)（文件）即可。例如，可以按CM3、CM2、CM0、CM1的順序編程。編程也可以只對一個或者幾個EEPROM編程，不一定對4個EEPROM全部編程，只要編程結(jié)束后按RESET按鈕結(jié)束編程，最后將TEC-5上的編程開關(guān)撥到正常位置即可。八、控制臺控制臺由若干撥動開關(guān)和指示燈組成，用于設(shè)置控制臺指令、人工控制數(shù)據(jù)通路、設(shè)置數(shù)據(jù)代碼信號和顯示相關(guān)數(shù)據(jù)組成等。1數(shù)據(jù)開關(guān)SW7-SW0八位數(shù)據(jù)開關(guān)，通過U49（74LS244）接到數(shù)據(jù)通路部分

25、的數(shù)據(jù)總線DBUS上，用于向數(shù)據(jù)通路中的寄存器和存儲器置數(shù)。當(dāng)SW_BUS#=0時，SW7SW0的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)總線DBUS。開關(guān)撥到上面位置時輸出1，開關(guān)撥到下面位置時輸出0。SW7對應(yīng)DBUS最高位，SW0對應(yīng)DBUS最低位。2模擬數(shù)據(jù)通路控制信號開關(guān)K15-K0撥動開關(guān)，撥到上面位置輸出1，撥到下面位置輸出0。實(shí)驗(yàn)中用于模擬數(shù)據(jù)通路部分所需的電平控制信號。例如，將K1與LDDR1相連，則K1撥到上面位置時，表示LDDR1為1。這些開關(guān)在數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時也作為電平輸入開關(guān)。3數(shù)據(jù)總線指示燈DBUS八個發(fā)光二極管（高四位為紅，低四位為綠），指示DBUS上數(shù)據(jù)。燈亮表示1。4指令總線指示

26、燈IBUS八個發(fā)光二極管（高四位為紅，低四位為綠），指示IBUS上數(shù)據(jù)。燈亮表示1。5地址指示燈AR八個發(fā)光二極管（高四位為紅，低四位為綠），指示雙端口存儲器的左端口地址寄存器內(nèi)容。燈亮表示1。6程序計數(shù)器指示燈PC八個發(fā)光二極管（高四位為紅，低四位為綠），指示雙端口存儲器右端口地址。燈亮表示1。732位微命令指示燈CM3-CM032個紅色發(fā)光二極管，顯示從控制存儲器讀出的微命令的內(nèi)容。8其他指示燈C、BUSYL#、BUSYR#C是進(jìn)位標(biāo)志指示燈。BUSYL#、BUSYR#分別是RAM左右端口忙指示燈。9微動開關(guān)CLR#、QD按一次CLR#開關(guān)，產(chǎn)生一個負(fù)的單脈沖CLR#，正的單脈沖CLR。C

27、LR#對全機(jī)進(jìn)行復(fù)位。CLR#到時序和控制器的連接已經(jīng)在印制板上實(shí)現(xiàn)，控制存儲器和數(shù)據(jù)通路部分不使用CLR#。按一次QD按鈕，產(chǎn)生一個正的啟動脈沖QD和負(fù)的單脈沖QD#。QD使機(jī)器運(yùn)行。QD到時序電路的連接已在印制板上實(shí)現(xiàn)。10單拍、單步開關(guān)DP、DBDP（單拍）、DB（單步）是兩種特殊的非連續(xù)工作方式。當(dāng)DP1時，計算機(jī)處于單拍工作方式，按一次QD按鈕，只發(fā)送一組時序信號T1-T4，執(zhí)行一條微指令。DB方式只對硬連線控制器適用，當(dāng)DB1時，按一次QD按鈕，發(fā)送一組W1-W3，執(zhí)行一條機(jī)器指令。注意：這兩個開關(guān)任何時刻只能有一個置1。當(dāng)DP=0且DB=0時，TEC-5處于連續(xù)工作方式，按QD按

28、鈕，TEC-5連續(xù)執(zhí)行雙端口RAM中存儲的程序。11控制臺操作開關(guān)SWC、SWB、SWA三個專用開關(guān)SWC、SWB、SWA定義了TEC-5實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的五個控制臺指令的功能。控制臺操作開關(guān)SWC、SWB、SWA主要用于CPU組成與機(jī)器指令執(zhí)行實(shí)驗(yàn)。開關(guān)主要五個控制臺指令的定義如下：在按復(fù)位按鈕CLR#后，TEC-5復(fù)位，根據(jù)SWC、SWB、SWA狀態(tài)來選擇工作方式。在控制臺工作方式，必須使DP=0，DB=0。啟動程序（PR）：按下復(fù)位按鈕CLR#后，微地址寄存器清零。這時，置SWC0、SWB0、SWA0，用數(shù)據(jù)開關(guān)SW7SW0設(shè)置RAM中的程序首地址，按QD按鈕后，啟動程序執(zhí)行。寫存儲器（WRM）

29、：按下復(fù)位按鈕CLR#，置SWC0、SWB0、SWA1。在SW7SW0中置好存儲器地址，按QD按鈕將此地址打入AR。在SW7SW0置好數(shù)據(jù)，按QD，將數(shù)據(jù)寫入AR指定的存儲器單元，這時AR加1。返回。依次進(jìn)行下去，直到按復(fù)位鍵CLR#為止。這樣就實(shí)現(xiàn)了對RAM的連續(xù)手動寫入。這個控制臺操作的主要作用是向RAM中寫入自己編寫的程序和數(shù)據(jù)。讀存儲器（RRM）：按下復(fù)位按鈕CLR#，置SWC0、SWB1、SWA0。在SW7SW0中置好存儲器地址，按QD按鈕將此地址打入AR，RAM此地址單元的內(nèi)容讀至DBUS顯示。按QD按鈕，這時AR加1，RAM新地址單元的內(nèi)容讀至DBUS顯示。返回。依次進(jìn)行下去，直

30、到按復(fù)位鍵CLR#為止。這樣就實(shí)現(xiàn)了對RAM的連續(xù)讀出顯示。這個控制臺操作的主要作用是檢查寫入RAM的程序和數(shù)據(jù)是否正確。在程序執(zhí)行后檢查程序執(zhí)行的結(jié)果（在存儲器中的部分）是否正確。寄存器寫操作（WRF）：按下復(fù)位按鈕CLR#，置SWC0、SWB1、SWA1。首先在SW7SW0置好存儲器地址，按QD按鈕，則將此地址打入AR寄存器和PC寄存器。在SW1、SW0置好寄存器選擇信號WR1、WR0，按QD按鈕，通過雙端口存儲器的右端口將WR1、WR0（即SW1、SW0）送到指令寄存器IR的低2位。在SW7SW0中置好要寫入寄存器的數(shù)據(jù)；按QD按鈕，將數(shù)據(jù)寫入由WR1、WR0指定的寄存器。返回繼續(xù)執(zhí)行，

31、直到按復(fù)位按鈕CLR#。這個控制臺操作主要在程序運(yùn)行前，向相關(guān)的通用寄存器中置入初始數(shù)據(jù)。寄存器讀操作（RRF）：按下復(fù)位按鈕CLR#，置SWC1、SWB0、SWA0。首先在SW7SW0置好存儲器地址，按QD按鈕，則將此地址打入AR寄存器和PC寄存器。在SW3、SW2置好寄存器選擇信號RS1、RS0，按QD按鈕，通過雙端口存儲器的右端口將RS1、RS0（即SW3、SW2）送到指令寄存器IR的第3、2位。RS1、RS0選中的寄存器的數(shù)據(jù)讀出到DBUS上顯示出來。返回繼續(xù)下去，直到按復(fù)位鍵CLR#為止。這個控制臺操作的主要作用是在程序執(zhí)行前檢查寫入寄存器堆中的數(shù)據(jù)是否正確，在程序執(zhí)行后檢查程序執(zhí)行

32、的結(jié)果（在寄存器堆中的部分）是否正確。九、硬連線控制器ispLSI1032ispLSI1032是Lattice公司的1個在系統(tǒng)可編程器件，包含有6000個門，適用于設(shè)計大規(guī)模的數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)電路。在計算機(jī)模型實(shí)驗(yàn)中，它用作設(shè)計并實(shí)現(xiàn)硬連線控制器，代替出廠時提供的微程序控制器。它有1個下載插座，下載時下載電纜的一端插在下載插座上，另一端插在PC機(jī)并行口上，下載電纜將PC機(jī)和ispLSI1032連在一起。在PC機(jī)上運(yùn)行ispEXPERT工具軟件，輸入控制器的設(shè)計方案，進(jìn)行編譯、連接和適配，然后下載到ispLSI1032中去，就構(gòu)成了1個硬連線控制器。硬連線控制器和數(shù)據(jù)通路部分采用可插、拔的導(dǎo)線

33、連接。第3 章 計算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn) 3.1 運(yùn)算器組成實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉雙端口通用寄存器堆的讀寫操作。2熟悉簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。3驗(yàn)證運(yùn)算器74LS181的算術(shù)邏輯功能。4按給定數(shù)據(jù)，完成指定的算術(shù)、邏輯運(yùn)算。二、實(shí)驗(yàn)電路12 圖3.1示出了本實(shí)驗(yàn)所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖。參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)首先通過實(shí)驗(yàn)臺操作板上的八個二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)SW7-SW0來設(shè)置，然后輸入到雙端口通用寄存器堆RF中。RF(U54)由一個ispLSI1016實(shí)現(xiàn)，功能上相當(dāng)于四個8位通用寄存器，用于保存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后的結(jié)果也要送到RF中保存。雙端口寄存器堆模塊的控制信號中，RS1、RS0用于選擇從B端口（右端口

34、）讀出的通用寄存器，RD1、RD0用于選擇從A端口（左端口）讀出的通用寄存器。而WR1、WR0用于選擇寫入的通用寄存器。LDRi是寫入控制信號，當(dāng)LDRi1時，數(shù)據(jù)總線DBUS上的數(shù)據(jù)在T3寫入由WR1、WR0指定的通用寄存器。RF的A、B端口分別與操作數(shù)暫存器DR1、DR2相連；另外，RF的B端口通過一個三態(tài)門連接到數(shù)據(jù)總線DBUS上，因而RF中的數(shù)據(jù)可以直接通過B端口送到DBUS上。DR1(U47)和DR2(U48)各由1片74LS273構(gòu)成，用于暫存參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)。DR1接ALU的A輸入端口，DR2接ALU的B輸入端口。ALU(U31、U35)由兩片74LS181構(gòu)成，ALU的輸出通過一

35、個三態(tài)門（74LS244）發(fā)送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。實(shí)驗(yàn)臺上的八個發(fā)光二極管DBUS7-DBUS0顯示燈接在DBUS上，可以顯示輸入數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果。另有一個指示燈C顯示運(yùn)算器進(jìn)位標(biāo)志信號狀態(tài)。圖中尾巴上帶粗短線標(biāo)記的信號都是控制信號，其中S3、S2、S1、S0、M、Cn#、LDDR1、LDDR2、ALU_BUS#、SW_BUS#、LDRi、RS1、RS0、RD1、RD0、WR1、WR0都是電位信號，在本次實(shí)驗(yàn)中用撥動開關(guān)K0K15來模擬；T2、T3為時序脈沖信號，印制板上已連接到實(shí)驗(yàn)臺的時序電路。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行單拍操作，每次只產(chǎn)生一組T1、T2、T3、T4時序脈沖，需將實(shí)驗(yàn)臺上的DP、DB開關(guān)進(jìn)行

36、正確設(shè)置。將DP開關(guān)置1，DB開關(guān)置0，每按一次QD按鈕，則順序產(chǎn)生T1、T2、T3、T4一組單脈沖。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. TEC-5計算機(jī)組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺2. 邏輯測試筆一支（在TEC-5實(shí)驗(yàn)臺上）3. 雙蹤示波器一臺（公用）4. 萬用表一只（公用）四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 按圖3.1所示，將運(yùn)算器模塊與實(shí)驗(yàn)臺操作板上的線路進(jìn)行連接。由于運(yùn)算器模塊內(nèi)部的連線已由印制板連好，故接線任務(wù)僅僅是完成數(shù)據(jù)開關(guān)、控制信號模擬開關(guān)、與運(yùn)算器模塊的外部連線。注意：為了建立清楚的整機(jī)概念，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲心芰?，手工連線是絕對必要的。2. 用開關(guān)SW7SW0向通用寄存器堆RF內(nèi)的R0R3寄存器置數(shù)。然后讀出R0R3的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)總線DBUS上顯示出來。（假定令R0=34H，R1=2