計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.doc

“計(jì)算機(jī)組成原理”實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書楊偉豐 編寫2014年12月實(shí)驗(yàn)一 算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的組成以及數(shù)據(jù)傳送通路。2、驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容運(yùn)用算術(shù)邏輯運(yùn)算器進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖1-1所示。其中運(yùn)算器由兩片74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALU。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個(gè)鎖存器（74LS273）鎖存，鎖存器的輸入連至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)輸入開關(guān)（INPUT）用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)據(jù)顯示燈已和數(shù)據(jù)總線（“DATA BUS”）相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。圖1-l 運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖圖1-2中已將實(shí)驗(yàn)需要連接的控制信號(hào)用箭頭標(biāo)明（其他實(shí)驗(yàn)相同，不再說明）。其中除T4為脈沖信號(hào)，其它均為電平控制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路中的控制時(shí)序信號(hào)均已內(nèi)部連至相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，還需將S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G各電平控制信號(hào)與“SWITCH”單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)進(jìn)行跳線連接,其中ALU_G、SW_G為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)PULSE，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖。五、實(shí)驗(yàn)步驟l、按圖1-2連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）圖1-2 算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)接線圖2、用INPUT UNIT的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器DR1和DR2置數(shù)，數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容可以用與開關(guān)對(duì)應(yīng)的指示燈來觀察，燈亮表示開關(guān)量為“1”，燈滅表示開關(guān)量為“0”。以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）為例，具體操作步驟如下：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并將CONTROL UNIT的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行。 上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次CONTROL UNIT的觸動(dòng)開關(guān)PULSE來產(chǎn)生的。置數(shù)完成以后，檢驗(yàn)DR1和DR2中存的數(shù)是否正確，具體操作為：關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW_G=1），打開ALU輸出三態(tài)門（ALU_G=0），使ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總線。當(dāng)設(shè)置S3、S2、S1、S0、M、CN的狀態(tài)為111111時(shí)，DATA BUS單元的指示燈顯示DR1中的數(shù)；而設(shè)置成101011時(shí)，DATA BUS單元的指示燈顯示DR2中的數(shù)，然后將指示燈的顯示值與輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。3、驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能（采用正邏輯）74LS181的功能見表1-1，可以通過改變S3 S2 S1 S0 M CN的組合來實(shí)現(xiàn)不同的功能，表中“A”和“B”分別表示參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)，“+”表示邏輯或，“加”表示算術(shù)求和。表1-1 74LS181功能表S3S2S1S0M=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）CN=1無進(jìn)位CN=0有進(jìn)位0000F=F=A加1F=0001F=F=（）加1F=0010F=F=（）加1F=0011F=0減1F=0F=0100F=加F=加加1F=0101F=（）加F=（）加加1F=0110F=減減1F=減F=0111F=減1F=F=1000F=加F=加加1F=1001F=加F=加加1F=1010F=（）加F=（）加加1F=1011F=減1F=F=1100F=加F=加加1F=11101F=（）加F=（）加加1F=1110F=（）加F=（）加加1F=1111F=減1F=F=通過前面的操作，我們已經(jīng)向寄存器DR1寫入C1H，DR2寫入43H，即A=C1H，B=43H。然后改變運(yùn)算器的控制電平S3 S2 S1 S0 M CN的組合，觀察運(yùn)算器的輸出，填入表1-2中，并和理論值進(jìn)行比較、驗(yàn)證74LS181的功能。表l-2 運(yùn)算器功能實(shí)驗(yàn)表DR1DR2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）CN=1無進(jìn)位CN=0有進(jìn)位C1430000F=F=F=C1430001F=F=F=C1430010F=F=F=C1430011F=F=F=C1430100F=F=F=C1430101F=F=F=C1430110F=F=F=C1430111F=F=F=C1431000F=F=F=C1431001F=F=F=C1431010F=F=F=C1431011F=F=F=C1431100F=F=F=C1431101F=F=F=C1431110F=F=F=C1431111F=F=F=六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、在顯示結(jié)果后將指示燈顯示的值與輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；2、完成表12，比較理論分析值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果值,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、運(yùn)算器的功能是什么？ 核心部分是什么？實(shí)驗(yàn)二 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(fā)生器的功能。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按給定的數(shù)據(jù)完成幾種指定的算術(shù)運(yùn)算。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)原理如圖1-3所示，在實(shí)驗(yàn)1.1的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其中74LS181的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)鎖存器，其寫入是由T4和AR信號(hào)控制，T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將T4連至“SIGNAL UNIT”的TS4上。AR是電平控制信號(hào)（低電平有效），可用于實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)，而T4脈沖是將本次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。圖l-3 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)原理圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖1-4連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）。圖1-4 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)接線圖2、進(jìn)位標(biāo)志清零。具體操作方法如下：實(shí)驗(yàn)板中“SWITCH”單元中的CLR開關(guān)為標(biāo)志位CY、ZI的清零開關(guān)，它為0時(shí)（開關(guān)向上為1，向下為0）是清零狀態(tài)，所以將此開關(guān)做l01操作，即可使標(biāo)志位CY、ZI清零（清零后CY、ZI指示燈亮）。3、用INPUT UNIT的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1存入11000001，向DR2存入01000011。具體操作步驟如下：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并將CONTROL UNIT的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)， SP06打在“RUN”狀態(tài)，SP03打在“STEP”狀態(tài)，SP04打在“RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。 上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次CONTROL UNIT的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的。4、驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算：前面的操作已經(jīng)向DR1、DR2置數(shù)，然后關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW_G=1）并使LDDR2=0，打開ALU輸出三態(tài)門（ALU_G=0），使ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總線，當(dāng)S3 S2 S1 S0 M CN的狀態(tài)為100101時(shí)，DATA BUS指示燈顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志得到的結(jié)果。這個(gè)結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位，則要使AR=0，然后按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START，若進(jìn)位標(biāo)志燈CY仍然亮，表示無進(jìn)位；若進(jìn)位標(biāo)志燈CY滅，表示有進(jìn)位。在本例中DR1為11000001，DR2為01000011，結(jié)果為00000100；當(dāng)AR=0時(shí)，按動(dòng)開關(guān)START，CY滅，表示有進(jìn)位。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)收獲。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、74LS181能提高運(yùn)算速度的原因是什么？2、在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過什么方式實(shí)現(xiàn)？實(shí)驗(yàn)三 移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證移位控制的功能。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容使用一片74LS299來實(shí)現(xiàn)移位控制。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)中使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端以排針方式和總線單元連接。299_G信號(hào)控制其使能端，T4時(shí)序?yàn)槠鋾r(shí)鐘脈沖，由S1 S0 M控制信號(hào)控制其功能狀態(tài)，列表如下：表1-3 74LS299功能表299_GS1S0M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)五、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖1-5連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）。圖1-5 移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)接線圖2、按照如下步驟用INPUT UNIT的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把數(shù)據(jù)寫入74LS299：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：299_G=1，SW_G=1，S1 S0 M =111，CLR= l01，并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，SP06打在“RUN”狀態(tài),SP03打在“STEP”狀態(tài)，SP04打在“RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次CONTROL UNIT的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的。3、參照前面的表格1-3，改變S0 S1 M 299_G的狀態(tài)，按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START，觀察移位結(jié)果。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)照表13，列表記錄移位結(jié)果。七、實(shí)驗(yàn)思考題 1、本實(shí)驗(yàn)用到的移位發(fā)生器是什么？其功能表是什么？實(shí)驗(yàn)四 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性；2、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的數(shù)據(jù)讀寫方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容運(yùn)用靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM進(jìn)行單步讀、寫和連續(xù)寫數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖1-6所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2Kx8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈LI01LI08與地址總線相連，顯示地址內(nèi)容。INPUT單元的數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。圖1-6 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖地址總線為8位，接入6116的地址A7A0，將6116的高三位A8A10接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、/WE（寫線）。本實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此情況，當(dāng)CE=0、WE=0時(shí)進(jìn)行寫操作，CE=0、WE=1時(shí)進(jìn)行讀操作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插針中，其它電平控制信號(hào)由“SWITCH”單元的二進(jìn)制開關(guān)給出，其中SW_G為低電平有效，LDAR為高電平有效。五、實(shí)驗(yàn)步驟1、形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3，具體接線方法和操作步驟如下：（1） 將SIGNAL UNIT中的CLOCK和CK，TS3和T3用排線相連。（2） 將SIGNAL UNIT中的兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān) “SP03”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)、“SP04”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)（當(dāng)“SP03”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)、“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次觸動(dòng)開關(guān)START，則T3的輸出為連續(xù)的方波信號(hào)。當(dāng)“SP03”開關(guān)設(shè)置為“STEP”狀態(tài)、“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次觸動(dòng)開關(guān)START，則T3輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。）2、按圖1-7連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）。圖1-7 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)接線圖3、給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11、22、33、44、55，具體操作步驟如下：（以向00號(hào)單元寫入11為例）首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=1，CE=1，WE=1，LDAR=0，CLR= l01，并將CONTROL UNIT的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行操作。圖中方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T3的正脈沖是通過按動(dòng)一次CONTROL UNIT的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的，而WE的負(fù)脈沖則是通過讓SWITCH單元的WE開關(guān)做l01變化來產(chǎn)生的。4、依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單元中的內(nèi)容，在DATA BUS單元的指示燈上進(jìn)行顯示，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號(hào)單元讀出11數(shù)據(jù)為例） 其中AR的值在ADDR BUS單元的指示燈上顯示，RAM相應(yīng)單元的值在DATA BUS單元的指示燈上顯示。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行單步讀、寫、連續(xù)寫。著重寫明各開關(guān)的狀態(tài)，并按先后順序?qū)懨鞑僮鞑襟E；2、將存儲(chǔ)器的地址和其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)列表記錄。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、靜態(tài)存儲(chǔ)器是靠什么存儲(chǔ)信息？動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器又是靠什么存儲(chǔ)信息？2、靜態(tài)存儲(chǔ)器和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的優(yōu)缺點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)五 總線控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解總線的概念及其特性；2、掌握總線傳輸控制特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改變輸入寄存器的地址值，在輸出單元的數(shù)碼管上會(huì)顯示出該地址下的存儲(chǔ)器RAM的值。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理總線是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)各部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，所謂總線就是指能為多個(gè)功能部件服務(wù)的一組公用信息線。地址總線數(shù)據(jù)總線輸入單元地址寄存器寄存器輸出單元存儲(chǔ)器總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖1-8所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序的控制它們，就可實(shí)現(xiàn)總線信息傳輸。圖1-8 總線示意圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)掛在總線上的幾個(gè)基本部件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程：（1）輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)寫入地址寄存器。（2）輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)寫入到存儲(chǔ)器的當(dāng)前地址單元中。（3）將存儲(chǔ)器當(dāng)前地址單元中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。2、按照?qǐng)D1-9實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）。圖 19 總線控制實(shí)驗(yàn)接線圖3、具體操作步驟圖示如下：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=1，CE=1，WE=1，LDAR=0，299_G（LED_G）=1，PC_G（WE）=1，CLR= l01，并將CONTROL UNIT的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行。圖中方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中LDAR的正脈沖是通過讓SWITCH單元的LDAR開關(guān)做010變化來產(chǎn)生的，而WE和PC_G（WE）的負(fù)脈沖則是通過讓SWITCH單元的WE和PC_G開關(guān)做101變化來產(chǎn)生的。 完成上述操作后，在OUTPUT UNIT的數(shù)碼管上觀察結(jié)果。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告改變寄存器的地址值，列表記錄存儲(chǔ)器的RAM值。七、實(shí)驗(yàn)思考題1、什么叫總線？總線控制的方式有哪些？2、畫出單總線結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)驗(yàn)六 時(shí)序?qū)嶒?yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理和設(shè)計(jì)思想，提高對(duì)基本邏輯部件的分析和設(shè)計(jì)能力；2、觀察、分析和測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱的控制時(shí)序，提高實(shí)際動(dòng)手能力；3、增加對(duì)系統(tǒng)時(shí)序的理解，進(jìn)一步深化理解計(jì)算機(jī)的工作原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過聯(lián)機(jī)軟件的示波器觀察控制時(shí)序。三、預(yù)備知識(shí)1、復(fù)習(xí)有關(guān)時(shí)序電路的內(nèi)容；2、弄清實(shí)驗(yàn)電路中各部分之間的關(guān)系以及信號(hào)之間的邏輯關(guān)系；3、掌握聯(lián)機(jī)軟件的使用方法，參見附錄2。四、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2、排線 若干3、8芯鱷魚夾線 一根4、PC機(jī) 一臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理如圖1-10所示，可產(chǎn)生4個(gè)相位等間隔的時(shí)序信號(hào)TS1TS4，其中CK為時(shí)鐘信號(hào)，由實(shí)驗(yàn)臺(tái)右上方的方波信號(hào)源提供，可產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)者可自行選擇方波信號(hào)的頻率（通過調(diào)節(jié)電位器RW1）。為了便于控制程序的運(yùn)行，時(shí)序電路發(fā)生器設(shè)置了一個(gè)啟?？刂朴|發(fā)器，使TS1一TS4信號(hào)輸出可控。圖中STEP（單步）、STOP（停機(jī)）分別是來自實(shí)驗(yàn)板SIGNAL UNIT二進(jìn)制開關(guān)SP03、SP04的狀態(tài)。START信號(hào)來自實(shí)驗(yàn)板CONTROL UNIT的一個(gè)微動(dòng)開關(guān)START的按鍵信號(hào)。當(dāng)SP03、SP04開關(guān)狀態(tài)都為RUN時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，運(yùn)行觸發(fā)器一直處于“1”狀態(tài)，即原理圖中P17一直為“1”，因此時(shí)序信號(hào)TS1TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)SP03為1（STEP）時(shí)，一旦接下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)只發(fā)送一個(gè)微指令周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。圖1-10 時(shí)序電路原理圖六、實(shí)驗(yàn)步驟1、首先按照?qǐng)D1-11進(jìn)行接線，用8芯鱷魚夾線將輸出信號(hào)引入示波器的輸入通道。將SP03和SP04開關(guān)的狀態(tài)均設(shè)為“RUN”狀態(tài)，按動(dòng)START觸動(dòng)開關(guān)，時(shí)序信號(hào)TS1TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。2、聯(lián)機(jī)并用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能來觀察輸出波形，這時(shí)用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能就可以觀察到時(shí)序信號(hào)，將該信號(hào)與圖112所示波形對(duì)比（軟件的具體使用方法見附錄2中的軟件操作說明）。通過調(diào)節(jié)RW1可以使輸出波形的頻率在100Hz到300Hz之間變化。（注意：開關(guān)單元的撥位開關(guān)CLK置為高電平，若采樣有失真時(shí)請(qǐng)把采樣頻率調(diào)高一些。）圖1-11 時(shí)序?qū)嶒?yàn)接線圖圖1-12 時(shí)序波形參考圖七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、繪出實(shí)驗(yàn)中觀察到的波形圖；2、給出CK的頻率，說明：CK與TS1、TS2、TS3、TS4之間的關(guān)系。八、實(shí)驗(yàn)思考題1、在示波器上如何確定工作脈沖的先后關(guān)系？實(shí)驗(yàn)七 微程序控制器的組成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握微程序控制器的組成原理；2、掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行；3、為整機(jī)實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編制微程序并觀察其運(yùn)行過程。三、實(shí)驗(yàn)儀器1、ZY15Comp12BB計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 一臺(tái)2、排線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理可以參考時(shí)序?qū)嶒?yàn)。由于時(shí)序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好（時(shí)序電路的CLR已接到實(shí)驗(yàn)板中下方的CLR清零開關(guān)上），所以只需將時(shí)序電路與方波信號(hào)源連接即可。1、微程序控制電路微程序控制器的組成見圖1-13。其中控制存儲(chǔ)器采用3片2816 E2PR0M，具有掉電保護(hù)功能。微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（74LS273）和一片4D（74LS175）觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74LS74）組成，它們帶有清“0”端和置“1”端。在不進(jìn)行判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址寄存器的內(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)行判別測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器設(shè)置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實(shí)驗(yàn)電路中，在CONTROL UNIT有一個(gè)編程開關(guān)SP06，它具有三種狀態(tài)：WRITE（編程）、READ（校驗(yàn)）、RUN（運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)，可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn)行狀態(tài)”時(shí)，只要給出微程序的入口微地址，則可根據(jù)微程序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態(tài)門74LS245，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動(dòng)微地址顯示燈。2、微指令格式微指令字長(zhǎng)24位，其控制位順序如下：表1-4 微指令結(jié)構(gòu)圖微程序242322212019181716151413121110987654321控制信號(hào)S3S2S1S0MCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段P字段151413控制信號(hào)121110控制信號(hào)987控制信號(hào)00000000001LDRI001RS_G001P1010LDDR1010RD_G010P2011LDDR2011RI_G011P3100LDIR100299_G100P4101LOAD101ALU_G101AR110LDAR110PC_G110LDPCM17M16控制信號(hào)00Y001Y110Y211Y3五、實(shí)驗(yàn)步驟1、圖1-15為幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微程序流程圖，將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制代碼，可得到表1-5的二進(jìn)制代碼表。表1-5 微程序時(shí)序控制實(shí)驗(yàn)二進(jìn)制代碼表微地址S3 S2 S1 S0 M CNRDM17M16 A B P uA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA0 0 00000000110000001000100000 10000000111101101100000100 20000000011000000010010000 30000000011100000000001000 40000000010110000000001010 50000000110100010000001100 61001010110011010000000010 70000000011100000000011011 00000000000010000000000011 10000000111101101100000111 20000000111101101100001111 30000000111101101100011101 40000000111101101100101101 50000001010000010000000011 60000000011100000000011111 70000000010100000000101012 00000000111101101100100102 10000000111101101100101002 20000000010100000000101112 30000000110000000000000012 40000000000100000000110002 50000011100001010000000012 60000000011010001100000012 70000011100001010000100003 0000001101000101000010001其中uA5一uA0為6位的后續(xù)微地址，A、B、P為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。P字段中的Pl一P4是四個(gè)測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字段中的RS_G、RD_G、RI_G分別為源寄存器選通信號(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器R0、R1及R2的選通譯碼。23 -圖1-13 微控制器實(shí)驗(yàn)原理圖 272、按圖1-14連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接控制信號(hào)時(shí)要注意各信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）。圖1-14 微控制器時(shí)序控制實(shí)驗(yàn)接線圖3、觀察微程序控制器的工作原理：（1）編程A、將CONTROL UNIT的編程開關(guān)SP06設(shè)置為WRITE（編程）狀態(tài)。B、將實(shí)驗(yàn)板上“SIGNAL UNIT”中的“SP03”設(shè)置為“STEP”，“SP04”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)。SWITCH UNIT的開關(guān)CLR置為高電平。C