計算機組成原理實驗.ppt

1、TDN-CM實驗儀簡介,TDN-CM實驗儀是一個計算機的模型機，采用單元電路結(jié)構(gòu)， 實驗既可按各單元模塊做，也可以將各模塊連接成整機運行。,實驗儀主要分為: 運算器模塊（ALU UNIT） 主存儲器模塊（PRAM UNIT） 微控器模塊（MICRO-CONTROLLER UNIT） 時序電路模塊（STATE UNIT） 實驗板簡介,運算器,存儲器,微控器,時序電路,地址/數(shù)據(jù)開關(guān),數(shù)據(jù)總線,控制信號開關(guān),電源開關(guān),74LS273 2片 分別組成數(shù)據(jù)寄存器 DR1、DR2 74LS299 8位移位寄存器 74LS245 2片 分別組成輸入三態(tài)門和輸出三態(tài)門 AUJ3 數(shù)據(jù)輸出排針,2. 存儲器模

2、塊（PRAM UNIT）,靜態(tài)RAM6116,74LS273 地址寄存器 74LS161 PC寄存器,AUJ5 數(shù)據(jù)輸出排針 ADJ6 PC輸出排針 地址指示燈 AD7AD0,1. 運算器模塊（ALU UNIT）,SN74181 2片 組成8位算術(shù)邏輯單元,3. 微控器模塊（MICRO-CONTROLLER UNIT）,E2PROM 2816 控存（3片,24位） MK23MK0 24位微代碼輸入開關(guān) MD23MD0 24位數(shù)據(jù)指示燈 UA5UA0 6位微地址指示燈,4. 時序電路（STATE UNIT）, 時鐘源 START 微動開關(guān) KK2 微動開關(guān),5. 數(shù)據(jù)/地址開關(guān),SWJ3 數(shù)據(jù)/

3、地址排針 D7D0 數(shù)據(jù)/地址指示燈及開關(guān),指示燈亮 0 指示燈滅 1 實驗儀上所有指示燈均按此規(guī)定,6. 數(shù)據(jù)總線（BUS UNIT）,數(shù)據(jù)總線由若干排針組成，B7B0，總線指示燈指示總線數(shù)據(jù) 幾點要求: 1.實驗完成后請將排線理好放入實驗箱內(nèi)。 2.將電源線放入實驗箱內(nèi)。,實驗一 運算器實驗,實驗?zāi)康?1.掌握運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。,實驗設(shè)備,TDN-CM 實驗系統(tǒng),實驗內(nèi)容,1.實驗電路分析（實驗手冊P2）圖1-1,2. 電路連接 （實驗手冊P3） 圖1-2,T4KK2 ALU單元與二進制控制信號開關(guān)之間的連接： S3S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B,2.驗證運算器的組

4、合功能。,數(shù)據(jù)單元SW-B與控制信號開關(guān)單元之間的連接。,排線連接時注意排線的顏色，中間不要扭轉(zhuǎn)。,ALU的數(shù)據(jù)輸出與總線連接：AUJ3總線單元,3.運算器功能驗證,步驟： （1）數(shù)據(jù)置入DR1、DR2 DR1：01100101 DR2：10100111 （具體步驟見講義P2）,（2）檢驗DR1、DR2的數(shù)據(jù)輸入是否正確 （P3 第一段）,（3）驗證運算器功能,通過搬動S3S0、Cn、M的二進制開關(guān)，觀察運算器的輸出結(jié)果，與已經(jīng)算出的表1-1的結(jié)果相比較。,數(shù)據(jù)開關(guān)與數(shù)據(jù)總線的連接：SWJ3總線單元,*在進行電路連接時一定要關(guān)掉電源。,功能表驗證舉例： S3S0=0100 教材P31 ALU功

5、能表 M =0（算術(shù)運算）Cn=1（無進位）A加(AB反) A=01100101 B=10100111B B反=01011000 (AB反)=01000000（邏輯與） A加(AB反)=10100101=A5H（算術(shù)加） Cn=0（有進位） A加(AB反) 加1=A6H M=1（邏輯運算） （AB）反 （AB）： 01100101 10100111=00100101 （AB）反：11011010=DAH,實驗一完,存儲器,時序電路,地址/數(shù)據(jù)開關(guān),數(shù)據(jù)總線,實驗二模塊圖,實驗二 存儲器實驗,實驗?zāi)康?掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM的特性及讀寫方法。 實驗設(shè)備 TDN-CM 實驗系統(tǒng) 實驗內(nèi)容 1.實

6、驗電路分析（實驗手冊P12 圖2-1） 靜態(tài)RAM6116，2k8； AR地址寄存器(74LS273)； 地址指示燈AD7AD0； ADJ5存儲器數(shù)據(jù)輸出排針 若干控制信號：CE(CS)、WE、T3、LDAR、SW-B *按圖中的連接，用戶只能使用存儲芯片的前256個單元。 2. 電路連接 （實驗手冊P13 圖2-2 ） 3.存儲器的寫操作 給指定的單元置入數(shù)據(jù)。,“寫”操作步驟P13 存儲器讀寫規(guī)定：,4.存儲器的讀操作 從指定的存儲單元讀出數(shù)據(jù)。 “讀”操作步驟：P14,實驗二完,控存,微地址指示燈,微代碼指示燈,微代碼輸入開關(guān),三態(tài)開關(guān),CLR,實驗三、實驗四模塊圖,實驗三微程序控制器組

7、成實驗,實驗?zāi)康?掌握微程序控制器的組成原理 掌握微程序的編寫、輸入、及運行 實驗設(shè)備 TDN-CM 實驗系統(tǒng) 實驗內(nèi)容 1.實驗電路分析圖3-2（實驗手冊P18） 微代碼輸入開關(guān) MK0MK23（24位） 微代碼指示燈 MD0MD23 控存E2PROM 2816（24位） 微地址（6位）來自微地址寄存器 數(shù)據(jù)的前18位送數(shù)據(jù)寄存器，后6位微地址送微地址寄存器, 18位數(shù)據(jù)前9位為直接控制位，后9位作譯碼器輸入信號 微指令共27位，在實驗?zāi)K中分別有引腳插針 微地址寄存器（6位）及微地址指示燈 本實驗中微地址來自于開關(guān)SE1SE6， 總清開關(guān)CLR，將寄存器、微地址清零 時序信號T1、T2 2

8、.實驗電路連接 圖3-6 （圖3-6 實驗手冊P19） 3.實驗步驟 (1)微代碼寫入控存 輸入表3-2 步驟：P20 編程 A.三態(tài)開關(guān)：置為編程PROM狀態(tài)。 B.STEP、STOP開關(guān)狀態(tài)分別為： STEP、RUN。,C.置微地址：在二進制開關(guān)單元的S3CN即UA5UA0置表3-2 第一列中的“微地址”。 注意：撥微地址時，微地址指示燈不會亮，按動START后地址打入， 微地址指示燈才會亮。 *注意把八進制地址轉(zhuǎn)換成二進制地址 D.在MK23MK0開關(guān)上置表3-2中的微代碼。 E.按動“START”，將微代碼寫入控存(注意觀察微地址指示燈)。 F.重復(fù)CE，直至表格輸入完成 (2)校驗輸

9、入的代碼（P20） A. 三態(tài)開關(guān)置為READ。 B. STEP等開關(guān)不變。 C.用二進制開關(guān)UA5UA0置微地址。 D.按動“START”，讀控存微代碼， 通過MD0MD23檢驗讀出的控存數(shù)據(jù)是否與表3-2一致。,STOP,STEP,PROM READ RUN,UA5UA0,MA5MA0,SE6SE1,CLR總清,微地址指示燈,(3)單步運行微程序 A. STEP、STOP開關(guān)狀態(tài)分別為： STEP、RUN。 三態(tài)開關(guān)置于“RUN” ，開關(guān)UA5UA0置為1 。 B.上下?lián)軇覥LR開關(guān)一次。 C.按START開關(guān)一次。 將MA5MA0排針取出，插在SE6SE1插針上， 按START開關(guān)一次，

10、執(zhí)行圖3-5KT中間分支的微指令22(八進制) 流程圖3-5中 KT分支的運行：在微地址為20時， 用上下?lián)軇娱_關(guān)的方式使UA5UA0地址為：21或23。 例如，要產(chǎn)生21，則將UA0上下?lián)軇右淮?要產(chǎn)生23，則將UA0、 UA1都上下?lián)軇右淮?*按一次START開關(guān)，執(zhí)行一條微指令。默認執(zhí)行20、22分支。,實驗三完,23分支RP的運行： CLRSTART微地址為20時撥動UA0、UA1，產(chǎn)生23 按動3次START，分別執(zhí)行01、02、10，繼續(xù)按動START 1次，微地址回到01，當微地址再次為10時，撥動相應(yīng)的 UA5UA0，執(zhí)行： 11，將11分支執(zhí)行完。 仿此執(zhí)行12、13、14等

11、分支。 在每個分支運行時，注意觀察微地址指示燈的變化，檢查微程 序流程是否與圖3-5一致。,實驗四 基本模型機設(shè)計與實現(xiàn),實驗?zāi)康?將微控器模塊與運算器及存儲器模塊連接，組成模型計算機， 牢固建立整機的概念。 通過運行5條機器指令組成的程序，掌握機器指令與微程序的關(guān)系。 實驗設(shè)備 TDN-CM 實驗系統(tǒng) 實驗內(nèi)容 1.按實驗三的線路進行連接，將微程序單元內(nèi)容運行或檢查一遍。 （實驗3、4連做此步可省略） 2. 運行P26機器代碼程序段 分析機器代碼程序（P26）：“助記符”列采用匯編語言格式， “內(nèi)容”列為機器代碼，“地址”列為機器指令的主存地址編號。,*整個程序是一個循環(huán)程序 *需要從開關(guān)撥

12、一個數(shù)據(jù) *4AH單元需要事先存放一個數(shù)據(jù) *通過運行程序驗證4BH單元的結(jié)果與理論值是否一致 實驗步驟： (1)按圖4-2連接線路(將各模塊連接成計算機) 注意： LDR0LDRI； R0BRSB； LDPCLDPC； I7I2(I1、I0不連接) P(1) P(4)實際為P(1) P(2) P(3) P(4) 控制臺信號約定：,REG UNIT,INS UNIT,LOG UNIT,SWA,SWB,(2)手動方式輸入機器指令（P27） 檢查開關(guān)狀態(tài) 三態(tài)開關(guān):RUN； STEP開關(guān):STEP； STOP開關(guān):RUN 撥動總清CLR；從數(shù)據(jù)輸入開關(guān)撥RAM區(qū)首地址：40H 控制臺SWA、SWB

13、開關(guān)狀態(tài)為：1、0(寫機器代碼KWE分支) 按動START開關(guān)一次，微地址指示燈為：010 001（21） 再按動START開關(guān)一次，微地址指示燈為：010 100（24） 輸入一條機器指令代碼，按動START開關(guān)一次 重復(fù) 直到所有機器指令都輸入完畢(無內(nèi)容單元跳過)。 *只有輸入第1條機器代碼時要輸入主存地址，以后地址自動增1。 *只能在微地址是010 100（24）時才能輸入機器代碼。 *4AH單元需要輸入數(shù)字：0000 0001。,(3)檢查機器指令的正確性 總清（CLR） 從數(shù)據(jù)開關(guān)撥RAM首地址40H SWA、 SWB為：0、0(讀主存機器代碼，KRD分支) 按動START一次，微地址指示燈為：20 再按動START一次，微地址指示燈為：22 再按動START一次，微地址指示燈為：20時，觀察總線上的輸出是否與輸入的機器代碼相同。 不斷按START，在微地址為20時，逐一檢查總線機器代碼。 (4)單步運行程序（P28） 三態(tài)開關(guān)：RUN；STEP開關(guān)：STEP；STOP開關(guān)：RUN 總清（CLR） SWA、 SWB為：1、1(運行機器指令，RP分支) 從數(shù)據(jù)開關(guān)撥RAM首地址40H,按動START一次，運行一條微指令 對照流程圖RP分支，當微地址為1