計算機組成原理實驗指導(dǎo)書

1、計算機組成原理實驗指導(dǎo)書計算機組成原理實驗指導(dǎo)書目錄實驗一8 位算術(shù)邏輯運算實驗1 實驗二帶進(jìn)位控制 8 位算術(shù)邏輯運算實驗5 實驗三16 位算術(shù)邏輯運算實驗8 實驗四移位運算器實驗12 實驗五存儲器實驗14 實驗六微控制器實驗17 實驗七基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)25 實驗前說明本章將詳細(xì)介紹每個實驗的實驗?zāi)康?、實驗原理、軟硬件的設(shè)計方法等， 在實驗前實驗者必須重溫計算機組成原理前序課程數(shù)字邏輯，它是完成本章實驗的基 礎(chǔ)。通過本章實驗讓實驗者加深對所學(xué)課程的理論知識的理解，力圖使實驗者的實驗動手 能力與綜合能力進(jìn)一步提高，同時可以完成對學(xué)生閱讀計算機硬件邏輯圖的綜合培訓(xùn)。在 DVCC 系列實驗計

2、算機上進(jìn)行實驗時，部分實驗線路需要實驗者自己連接，連接時， 單個信號線相連時，選用單股實驗導(dǎo)線，根據(jù)實驗中的連線要求，將對應(yīng)信號線相連；多 個信號線相連時，選用排線（ 4 芯、5 芯、 6芯、 8 芯），根據(jù)實驗中的連線要求，將對應(yīng) 的信號插座連接起來，凡是多芯信號插座，都用一個白色小圓點作為第一腳的標(biāo)志，只要 一對一就行。做實驗前跳線設(shè)置：(1) 、 J20，J21，J22，ZI2,CN4CN0 接上短路片，(2) 、JJ23，J24，J25，J26 接左邊；(3) 、 J27,J28右邊；( 4)、 J29 不接；(5)、JA1, JA2, JA3, JA4置“高阻”；( 6)、 JA5

3、置“接通”；(7) 、 JA6 置“手動”；(8) 、 JA8 置“微程序”實驗一8 位算術(shù)邏輯運算實驗一、實驗?zāi)康? 、掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路組成原理。2 、驗證算術(shù)邏輯運算功能發(fā)生器74LS181 的組合功能。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖31 所示。其中運算器由兩片 74LS181 以并/串形成8位字長的ALU構(gòu)成。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門74LS245(U33)到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線BUSDD7插座BUSA2中的任一個(跳線器 JA3為高阻時為不接通)，內(nèi)部數(shù)據(jù)總線通 過LZDA LZD7顯示燈顯示；運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由二個鎖存器74LS273 ( U

4、29U30)鎖存，兩個鎖存器的輸入并聯(lián)后連至內(nèi)部總線BUS實驗時通過8芯排線連至外部數(shù)據(jù)總線EXD0- D7插座EXJ1EXJ3中的任一個；參與運算的數(shù)據(jù)來自于8位數(shù)據(jù)開并KDA KD7,并經(jīng)過一三態(tài)門 74LS245 ( U51 )直接連至外部數(shù)據(jù)總線 EXDEXD7通過數(shù) 據(jù)開關(guān)輸入的數(shù)據(jù)由LDOLD7顯示。圖中算術(shù)邏輯運算功能發(fā)生器74LS181 （U31、U32）的功能控制信號 S3、S2、S1、SO、CN M并行相連后連至 6位 功能開關(guān)，以手動方式用二進(jìn)制開關(guān)S3、S2、S1、S0、 CN、M 來模擬 74LS181（ U31、U32）的功能控制信號 S3、S2、S1、SO、CN

5、M 其它電平控制信號 LDDR1 LDDR2 ALUB、 SWB以手動方式用二進(jìn)制開關(guān) LDDR1 LDDR2 ALUB SW睞模擬，這幾個信號有自動和手 動兩種方式產(chǎn)生，通過跳線器切換，其中ALUB、SWB為低電平有效，LDDR1 LDDR2為高電平有效。另有信號T4為脈沖信號，在手動方式下進(jìn)行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關(guān)的輸出端 SD相連，按動手動脈沖開關(guān)，即可獲得實驗所需的單脈沖。2 實驗接線本實驗用到4個主要模塊：低8位運算器模塊，數(shù)據(jù)輸入并顯示模塊，數(shù)據(jù)總 線顯示模塊，功能開關(guān)模塊（借用微地址輸入模塊）。根據(jù)實驗原理詳細(xì)接線如下：1 J2O,J21,J22, 接

6、上短路片，2 J24， J25， J26 接左邊；3 J27,J28右邊；4 J23置右邊 T4 選“SD”5 JA5置“接通”；6 JA6置“手動”；7 JA3置“接通”；8 JA1,JA2,JA4 置“高阻”；9 、 JA8置上面“微地址”10 、 EXJ1 接 BUS311 、開關(guān) CE、AR置 13 、實驗步驟連接線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。用二進(jìn)制數(shù)碼開關(guān) KD0- KD7向DR1和DR2寄存器置數(shù)。方法：關(guān)閉 ALU輸出三態(tài)門 (ALUB=1),開啟輸入三態(tài)門(SWB=0 ,輸入脈沖T4按手動脈沖發(fā)生按鈕產(chǎn)生。設(shè)置 數(shù)據(jù)開關(guān)具體操作步驟圖示如下：說明：LDDR1 LDDR2 A

7、LUB、SWB四個信號電平由對應(yīng)的開關(guān)LDDR1 LDDR2 ALUBSWB合出，撥在上面為“ 1”，撥在下面為“ 0”，電平值由對應(yīng)的顯示燈顯示，T4由手動脈沖開關(guān)給出。檢驗DR1 和 DR2中存入的數(shù)據(jù)是否正確，利用算術(shù)邏輯運算功能發(fā)生器74LS181 的邏輯功能，即 M=1。具體操作為：關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門SWB= 1,打開ALU輸出三態(tài)門 ALUB= 0,當(dāng)置S3、S2、S1、S0、M為11111時，總線指示燈顯示 DR1中的數(shù)，而置成10101 時總線指示燈顯示DR2中的數(shù)。驗證74LS181的算術(shù)運算和邏輯運算功能(采用正邏輯)在給定DR1=35 DR2=48的情況下，改變算術(shù)邏輯運

8、算功能發(fā)生器的功能設(shè)置，觀察 運算器的輸出，填入表 31中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗證。實驗二帶進(jìn)位控制 8 位算術(shù)邏輯運算實驗一、實驗?zāi)康? 、驗證帶進(jìn)位控制的算術(shù)邏輯運算發(fā)生器的功能。2 、按指定數(shù)據(jù)完成幾種指定的算術(shù)運算。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理帶進(jìn)位控制運算器的實驗原理如圖3-2所示，在實驗的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其中高位74LS181 (U31)的進(jìn)位CN4通過門UN4E UN2C UN3B進(jìn)入UN5B的輸入端D,其寫入脈沖由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，在手動方式下進(jìn)行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關(guān)的輸出端 SD相連，按動手動脈沖開關(guān)，即可獲得實驗所需

9、 的單脈沖。AR是電平控制信號(低電平有效)，可用于實現(xiàn)帶進(jìn)位控制實驗。從圖中可以 看出，AR必須為“0”電平，D型觸發(fā)器74LS74 ( UN5B的時鐘端CLK才有脈沖信號輸入。 才可以將本次運算的進(jìn)位結(jié)果 CY鎖存到進(jìn)位鎖存器 74LS74 (UN5B中。2 、實驗接線1 、 J20,J21,J22, 接上短路片，2 、J24, J25, J26 接左邊；3 、 J27,J28右邊；4 、 J23置右邊 T4 選“SD”5 、 JA5置“接通”；6 、 JA6置“手動”；7 、 JA3置“接通”；8 、 JA1,JA2,JA4 置“高阻”；9 、 JA8置上面“微地址”10 、 EXJ1

10、接 BUS311 、CE、 299B置“ 1”，AR置“ 0”； 3、實驗步驟仔細(xì)查線無誤后，接通電源。用二進(jìn)制數(shù)碼開關(guān) KD0- KD7向DR1和DR2寄存器置數(shù)，方法：關(guān)閉 ALU輸出三態(tài)門 ALUB=1開啟輸入三態(tài)門SWB=0輸入脈沖T4按手動脈沖發(fā)生按鈕產(chǎn)生。如果選擇參與操 作的兩個數(shù)據(jù)分別為 55H、AAH將這兩個數(shù)存入 DR1和DR2的具體操作步驟如下：開關(guān)ALUB=0開啟輸出三態(tài)門，開關(guān) SWB=1關(guān)閉輸入三態(tài)門，同時讓 LDDR1=0LDDR2=0如果原來有進(jìn)位，即 CY=1,進(jìn)位燈亮，但需要清零進(jìn)位標(biāo)志時，具體操作方法如下：? S3、S2 、S1 、 S0、M的狀態(tài)置為 00

11、000 , AR信號置為“ 0”電平（清零操作時 DR1寄存器中的數(shù)應(yīng)不等于 FF）。?按動手動脈沖發(fā)生開關(guān)，CY=Q即清進(jìn)位標(biāo)志。注：進(jìn)位標(biāo)志指示燈 CY亮?xí)r表示進(jìn)位標(biāo)志為“ 1”，有進(jìn)位；進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY滅時，表示進(jìn)位位為“ 0”，無進(jìn)位。驗證帶進(jìn)位運算及進(jìn)位鎖存功能這里有兩種情況：?進(jìn)位標(biāo)志已清零，即 CY=0進(jìn)位燈滅，此時，使開關(guān) CN=0再來進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù) 運算。例如步驟參與運算的兩個數(shù)為55H和AAH當(dāng)S3S2 、S1 、S0 、M狀態(tài)為 10010，此時輸出數(shù)據(jù)總線顯示燈上顯示的數(shù)據(jù)為 DR1加DR2再加初始進(jìn)位位“1” (因 CN=0，相加的結(jié)果應(yīng)為 ALU=O0并且產(chǎn)生進(jìn)位

12、，此時按動手動脈沖開關(guān)，則進(jìn)位標(biāo)志燈 亮，表示有進(jìn)位。如果開關(guān) CN=1則相加的結(jié)果 ALU=FFH并且不產(chǎn)生進(jìn)位。?原來有進(jìn)位，即CY=1,進(jìn)位燈亮，此時不考慮 CN的狀態(tài)，再來進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運 算。同樣步驟參與運算的兩個數(shù)為55H和AAH當(dāng)S3、S2 、S1 、S0 、M狀態(tài)為 10010，此時輸出數(shù)據(jù)總線顯示燈上顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2再加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志 CY相加的結(jié)果同樣為ALU=O0并且產(chǎn)生進(jìn)位，此時按動手動脈沖開關(guān)，則進(jìn)位標(biāo)志燈亮，表示有進(jìn) 位。實驗三 16 位算術(shù)邏輯運算實驗一、實驗?zāi)康? 、掌握 16 位算術(shù)邏輯運算數(shù)據(jù)傳送通路組成原理。2 、進(jìn)一步驗證算術(shù)邏輯運算功能發(fā)生器7

13、4LS181 的組合功能。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理實驗中所用 16位運算器數(shù)據(jù)通路如圖 33所示。其中運算器由四片 74LS181 以并/ 串形成16位字長的ALU構(gòu)成。低8位運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門74LS245 ( U33)到內(nèi)部總線，低8位數(shù)據(jù)總線通過LZD曠LZD7顯示燈顯示；高8位運算器的輸出經(jīng)過一個三 態(tài)門74LS245 (U33 )到ALUO1插座，實驗時用8芯排線和高8位數(shù)據(jù)總線BUSD& D15 插座KBUS1或 KBUS2相連，高8位數(shù)據(jù)總線通過LZD4 LZD15顯示燈顯示；參與運算的四 個數(shù)據(jù)輸入端分別由四個鎖存器74LS273 ( U29 U30 U29、U30)

14、鎖存，實驗時四個鎖存器的輸入并聯(lián)連至內(nèi)部數(shù)據(jù)總線再用8芯線連接到外部數(shù)據(jù)總線 EXD0- D7插座EXJ1EXJ3中的任一個；參與運算的數(shù)據(jù)源來自于8位數(shù)據(jù)開并KD0- KD7,并經(jīng)過一三態(tài)門 74LS245 （ U51）直接連至外部數(shù)據(jù)總線 EXD0- EXD7輸入的數(shù)據(jù)通過 LDOLD7顯示。2 、實驗接線8位本實驗用到6個主要模塊：低8位運算器模塊，數(shù)據(jù)輸入并顯示模塊，數(shù)據(jù)總 線顯示模塊，功能開關(guān)模塊（借用微地址輸入模塊），高8位運算器模塊，高（擴展）數(shù)據(jù)總線顯示模塊。根據(jù)實驗原理詳細(xì)接線如下：1 、J20,J21,J22, 接上短路片，2 、J24， J25， J26 接左邊；3 、J

15、27,J28左邊4 、J23置右邊 T4 選“SD”5 、JA5置“接通”；6 、JA6置“手動”；7 、JA3置“接通”；8 、JA1,JA2,JA4 置“高阻”；9 、JA8置上面“微地址”10 、EXJ1 接 BUS311 、AL01接 KBUS112 、開關(guān) CE、AR置113 、ZI2 , CN4, CNO接上短路片3、實驗步驟連接線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。用二進(jìn)制數(shù)碼開關(guān) KD0- KD7向DR1 DR2 DR3 DR4寄存器置數(shù)。方法：關(guān)閉 ALU輸 出三態(tài)門應(yīng)使 ALUB=1（即開關(guān)ALUB=1，開啟輸入三態(tài)門應(yīng)使 SWB=0（即開關(guān)SWB=0 , 選通哪一個寄存器用對應(yīng)

16、開關(guān) LDDR什LDDR4（高電平有效），其中 LDDR3 LDDR4開關(guān)在 高 8 位運算器上部，輸入脈沖 T4 按手動脈沖發(fā)生按鈕。設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)具體操作步驟圖示 如下：說明：LDDR 1 LDDR2 ALUB、SWB LDDR3 LDDR4六個信號電平由對應(yīng)的開關(guān) LDDR 1 LDDR2 ALUB SWB LDDR3 LDDR4給出，撥在上面為“ 1”，撥在下面為“ 0”， 電平值由對應(yīng)顯示燈顯示；T4由手動脈沖開關(guān)給出。進(jìn)一步驗證74LS181的算術(shù)運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）。? 開關(guān) SWB=，1 關(guān)閉輸入三態(tài)門；?開關(guān)ALUB=0打開輸出三態(tài)門；? LDDR什LDDR劃個開關(guān)

17、全撥在“ 0”電平。?根據(jù)下表32,置功能開關(guān) S3 S2、S1、SO M CN,以驗證74LS181的算術(shù)運算 和邏輯運算功能。說明：如果要實現(xiàn) 16位帶進(jìn)位控制算術(shù)邏輯運算，只需在實驗三的基礎(chǔ)上將開關(guān)AR=1變成AR=0即可。實驗四移位運算器實驗一、實驗?zāi)康尿炞C移位控制器的組合功能二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理移位運算實驗原理如圖3-4所示，使用了一片74LS299 （ U34）作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端通過74LS245引到總線，總線控制方式見圖 1 6, JA4接通 時輸出到總線。299B信號由開關(guān)299B提供，控制其使能端，T4為其時鐘脈沖，手動方式 實驗時將T4與手動脈發(fā)生器輸

18、出端 SD相連，即J23跳線器上T4連SD由信號S0、S1 、M 控制其功能狀態(tài)，詳細(xì)見下表 33。 2、實驗接線1 、 J20,J21,J22, 接上短路片，2 、J24， J25， J26 接左邊；3 、 J27,J28右邊；4 、 J23置右邊 T4 選“SD”5 、 JA5置“接通”；6 、 JA6置“手動”；7 、JA3， JA4置“接通”；8 、 JA1,JA2, 置“高阻”；9 、 JA8置上面“微地址”10 、 EXJ1 接 BUS311 、CE、 ALU_B1”12 、 299B置“0”3、實驗步驟連接實驗線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源置數(shù)，具體步驟如下：移位，參照上表改變 S

19、0、S1 、M 、299B的狀態(tài)，按動手動脈沖開關(guān)以產(chǎn)生時鐘脈沖T4,觀察移位結(jié)果。實驗五存儲器實驗一、實驗?zāi)康恼莆侦o態(tài)隨機存取存儲器 RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理主存儲器單元電路主要用于存放實驗機的機器指令，如圖35所示，它的數(shù)據(jù)總線掛在外部數(shù)據(jù)總線 EXD0- EXD7上；它的地址總線由地址寄存器單元電路中的地址寄存器 74LS273 ( U37)給出，地址值由 8個LED燈LADA LAD7顯示，高電平亮，低電平滅；在 手動方式下，輸入數(shù)據(jù)由 8位數(shù)據(jù)開關(guān)KD0- KD7提供，并經(jīng)一三態(tài)門74LS245 ( U51 )連 至外部數(shù)據(jù)總線EXD0- EXD7實

20、驗時將外部數(shù)據(jù)總線 EXD卜EXD7用 8芯排線連到內(nèi)部數(shù) 據(jù)總線BUSD0-BUSD7分時給出地址和數(shù)據(jù)。它的讀信號直接接地；它的寫信號和片選信 號由寫入方式確定。該存儲器中機器指令的讀寫分手動和自動兩種方式。手動方式下，寫信號由W/R提供，片選信號由CE提供；自動方式下，寫信號由控制CPU的P1.2提供，片選信號由控制CPU的 P1.1提供。由于地址寄存器為8位，故接入6264的地址為A0A7,而高4位A8A12接地，所 以其實際使用容量為 256 字節(jié)。 6264有四個控制線： CS1第一片選線、CS2第二片選線、OE讀線、WE寫線。其功能如表34所示。CS1片選 線由CE控制(對應(yīng)開關(guān)

21、 CE、0E讀線直接接地、 WE寫線由W/R控制(對應(yīng)開關(guān) WE、 CS2直接接+5V。圖中信號線LDAR由開關(guān)LDAF提供，手動方式實驗時，跳線器LDAR撥在左邊，脈沖信號T3由實驗機上時序電路模塊 TS3提供，實驗時只需將 J22跳線器連上即可，T3的脈 沖寬度可調(diào)。 2、實驗接線1、 J20,J21,J22, 接上短路片，2 、J23， J24， J25， J26 接左邊；3 、 J27,J28右邊；4 、 JA5置“接通”；5 、 JA6置“手動”；6 、JA1,JA2,JA3 ，JA4 置“高阻”；7 、 JA8置上面“微地址”8 、EXJ1接BUS33實驗步驟連接實驗線路，仔細(xì)查線

22、無誤后接通電源。形成時鐘脈沖信號 T3,方法如下：總清開關(guān)置“ 1”，在時序電路模塊中有兩個二進(jìn) 制開關(guān)“運行控制”和“運行方式”。將“運行控制”開關(guān)置為“運行”狀態(tài)、“運行方 式”開關(guān)置為“連續(xù)”狀態(tài)時，按動“運行啟動”開關(guān)，則T3有連續(xù)的方波信號輸出，此時調(diào)節(jié)電位器 W1用示波器觀察，使 T3輸出實驗要求的脈沖信號；本實驗中，“總清” 開關(guān)置“ 1”，“運行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)，每按動一次“啟動運行”開關(guān)，則 T3 輸出一個正單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。給存儲器的 00 地址單元中寫入數(shù)據(jù) 11，具體操作步驟如下：如果要對其它地址單元寫入內(nèi)容，方法同上，只是輸入的地址和內(nèi)容不同

23、。讀出剛才寫入 00 地址單元的內(nèi)容，觀察內(nèi)容是否與寫入的一致。具體操作步驟如下：實驗六微控制器實驗一、實驗?zāi)康? 、掌握時序信號發(fā)生電路組成原理2 、掌握微程序控制器的設(shè)計思想和組成原理。3 、掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理實驗所用的時序電路原理如圖 36所示,可產(chǎn)生4個等間隔的時序信號 TS1TS4，其中 SP 為時鐘信號，由實驗機上時鐘源提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號。 學(xué)生可根據(jù)實驗要求自行選擇方波信號的頻率及脈寬。為了便于控制程序的運行，時序電 路發(fā)生器設(shè)計了一個啟停控制觸發(fā)器UN1B使TS1TS4信號輸出可控。圖中“運行方式”、“運行控制

24、”、“啟動運行”三個信號分別是來自實驗機上三個開關(guān)。當(dāng)“運行控 制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”時，一旦按下“啟動運行”開關(guān)， 運行觸發(fā)器UN1B勺輸出QT直處于“ 1”狀態(tài)，因此時序信號 TS1TS4將周而復(fù)始地發(fā) 送出去；當(dāng)“運行控制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“單步”時，一旦按 下“啟動運行”開關(guān)，機器便處于單步運行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期的時序信號就停機。利用單步方式，每次只運行一條微指令，停機后可以觀察微指令的代碼和當(dāng)前微 指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)實驗機連續(xù)運行時，如果“運行方式”開關(guān)置“單步”位置， 也會使實驗機停機。 2、微程序控制電路與微指

25、令格式微程序控制電路微程序控制器的組成見圖 3 乙 其中控制存儲器采用 3片E2PR0M2816 芯片，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(U23 U24)和一片4D觸發(fā)器74LS175 ( U27)組成。微地址寄存器 6位，用三片正沿觸 發(fā)的雙D觸發(fā)器74LS74 (U14U16)組成，它們帶有清“ 0”端和預(yù)置端。在不判別測試 的情況下，T2時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時刻進(jìn)行測試判別時，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“ 1”狀態(tài)，完 成地址修改。在該實驗電路中設(shè)有一個編程開關(guān)，它具有三種狀態(tài)：寫入、讀出

26、、運行。當(dāng)處于 “寫”狀態(tài)時，學(xué)生根據(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器2816中。當(dāng)處于“讀”時，可以對寫入控制存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗證，從而可以判斷寫 入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運行”狀態(tài)時，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（U12），目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動微地址顯示燈。微指令格式微指令長共 24 位，其控制位順序如下：圖37其中UA5-UA0 為 6 位的后續(xù)微地址， A、 B、 C三個譯碼字段，分別由三組譯碼控制電路譯碼產(chǎn)生各控制信號。C字段中的P （1）P（

27、4）是四個測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應(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，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行，其原理如圖38 所示，圖中 I7 I2 為指令寄存器的第 7 2 位輸出， SE5 SE 1 為微控器單元微地址鎖存器的強置端 輸出。AR為算術(shù)運算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，低電平有效。B字段中的RSB RDBRIB 分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選通信號，其功能是根 據(jù)機器指令來進(jìn)行三個工作寄存器 R0 R1及R2的選通譯碼，其原理如圖 3-9,圖中I0 14為指令寄存器的第04位，LDRI為打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。圖

28、38圖 393、實驗步驟根據(jù)機器指令畫出對應(yīng)的微程序流程圖,如圖310 所示；根據(jù)微程序流程圖設(shè)計微指令,并按微指令格式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼,如表35 所示。圖 310微程序流程圖實驗接線1、J20, J21, J22, ZI2 接上短路片,2 、JJ23 ，J24，J25，J26 接左邊；3 、 J27,J28右邊；4 、 J29 不接；5 、JA1， JA2， JA3， JA4 置“高阻”；6 、 JA5 置“接通”；7 、 JA8 置“微程序”8 、 JA6置“微控”仔細(xì)查線無誤后接通電源觀測時序信號用雙蹤示波器（或用 PC示波器功能）觀察方波信號源的輸出。方法如下：“總清” 開關(guān)置“ 1”

29、,將“運行控制”開關(guān)置為“運行”、“運行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”。按動“啟動運行”開關(guān)，從示波器上可觀察到 TS1 （ J20 ） 、 TS2 （ J21 ） 、 TS3 （ J22）、 TS4 （J23）各點的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫出其波形，并標(biāo)注測量所得的脈沖寬度，如下圖3- 11。（6）進(jìn)一步了解微程序控制器的工作原理寫微程序A.“編程開關(guān)”置為“寫入”狀態(tài)。B.運行控制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)C.用二進(jìn)制模擬開關(guān) UA0- UA5置6位微地址，UA0- UA5的電平由LKOLK5顯示，高電 平亮，低電平滅。D.用二進(jìn)制模擬開關(guān) MKMK24置24位微代碼

30、，24位微代碼由LMDLMD24顯示燈顯 示，高電平亮，低電平滅。E.按動“啟動運行”開關(guān)，啟動時序電路，即可將微代碼寫入到 E2PROM2816 的相應(yīng)地址單元中。F重復(fù)C E步驟，將表3-5的微代碼全部寫入 E2PR0M2816 中。讀微程序A.將“編程開關(guān)”設(shè)置為“讀”狀態(tài)。B.“運行控制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。C.用二進(jìn)制模擬開關(guān) UAUA5置6位微地址。D.按動“啟動運行”開關(guān)，啟動時序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈LMDLMD24的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同，如果不同，則將“編程開關(guān)”置為“寫入”狀 態(tài)。重新執(zhí)行即可。單步運行A.“編程開關(guān)”

31、置于“運行”狀態(tài)。B.“運行控制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。C.系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥 Of 1。使微地址寄存器 U14U16清零，從而明確本機 的運行入口微地址為 000000（二進(jìn)制）。D.按動“啟動運行”開關(guān)，啟動時序電路，則每按動一次，運行一條微指令后停機，此 時實驗機上的微地址顯示燈和微程序顯示燈將顯示所讀出的一條指令。 連續(xù)運行A.將“編程開關(guān)”置為“運行”狀態(tài)。B.“運行控制”開關(guān)置為“運行”，“運行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”狀態(tài)。C.系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥 Of 1。使微地址寄存器 U14U16清零，從而明確本機 的運行入口微地址為 OOOOOO

32、（二進(jìn)制）。D.按動“啟動運行”開關(guān)，啟動時序電路，則連續(xù)運行。實驗七基本模型機的設(shè)計與實現(xiàn)一、 實驗?zāi)康? 、在掌握部件單元電路實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)以構(gòu)造一臺基本模型實 驗計算機。2 、設(shè)計五條機器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，具體上機調(diào)試，掌握整機軟硬件組成 概念。二、實驗內(nèi)容1 、實驗原理部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實驗將能在微程 序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令的功能。這里，實驗計算機數(shù)據(jù)通 路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結(jié)束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應(yīng)一

33、個微程序。有關(guān)微控制器部分在前一實驗中已詳細(xì)介紹主存儲器的讀、寫和運行為了向主存儲器RAM中裝入程序或數(shù)據(jù)，并且檢查寫入是否正確以及能運行主存儲器 中的程序，必須設(shè)計三個控制操作微程序。?存儲器讀操作：撥動總清開關(guān)后，置控制開關(guān)SWC SWA為“00”時，按要求連線后，連續(xù)按“啟動運行”開關(guān)，可對主存儲器RAM連續(xù)手動讀操作。?存儲器寫操作：撥動總清開關(guān)后，置控制開關(guān)SWC SWA為“01”時，按要求連線后，再按“啟動運行”開關(guān)，可對主存儲器RAM進(jìn)行連續(xù)手動寫入。?運行程序：撥動總清開關(guān)后，置控制開關(guān)SWC SWA為“11”時，按要求連線后，再按“啟動運行”開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第 01 號“取址

34、”微指令， 啟動程序運行。上述三條控制指令用兩個開關(guān) SWC SWA勺狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下：SWCSWA控制臺指令001011讀內(nèi)存寫內(nèi)存啟動程序指令寄存器介紹指令寄存器用來保存當(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 到緩沖寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制 構(gòu)成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，必須對操作碼進(jìn)行測試 P(1) ，通過節(jié)拍脈沖 T4 的 控制以便識別所要求的操作?！爸噶钭g碼器”根據(jù)指令中的操作碼進(jìn)行譯碼，強置微控器 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。輸入 / 輸出設(shè)備本系統(tǒng)有兩種外部I/O設(shè)備，一種是二進(jìn)制

35、代碼開關(guān) KD0- KD7它作為輸入設(shè)備 INPUT;另一種是數(shù)碼顯示塊，它作為輸出設(shè)備OUTPUT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)寫信號(W/R有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼塊顯示。設(shè)計指令根據(jù)基本模型機的硬件設(shè)計五條機器指令：外設(shè)輸入指令 I N 、二進(jìn)制加法指令 ADD、存數(shù)指令STA輸出到外設(shè)指令 OUT無條件轉(zhuǎn)移指令JMF。指令格式如下：助記符機器指令碼 說 明IN0000 0000；“外部開關(guān)量輸入” K70- KD0的開關(guān)狀態(tài)f R0ADDaddr00010000X

36、XXXXXXX ；RO+addr f ROSTAaddrOO1O OOOOXXXXXXXX ；ROfaddrOUTaddrOO11 OOOOXXXXXXXX ；addr fBUSJMPaddr O1OO OOOOXXXXXXXX ；addr fPC說明：指令 IN 為單字節(jié)指令，其余均為雙字節(jié)指令， XXXXXXXX 為 addr 對應(yīng)的主存儲器二進(jìn)制地址碼。 基本模型機監(jiān)控軟件的設(shè)計 本模型機監(jiān)控軟件主要完成從輸入設(shè)備讀入數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡單算術(shù)運算后，將結(jié)果存入內(nèi)存的某個單元，最后通過輸出設(shè)備輸出結(jié)果監(jiān)控軟件詳細(xì)如下：地址 內(nèi)容 助記符說明OOOOOOOOOOOOOOOOIN；“INPUT DE

37、VICE”RROOOOOOOO1OOO1OOOOADD OAH ；RO OAHRROOOOOOO1OOOOO1O1OOOOO OO11OO1OOOOOSTA OBH ；ROR OBHOOOOO1OOOOOO1O11OOOOO1O1OO11OOOOOUT OBH ；OBHRBUSOOOOO11OOOOO1O11OOOOO111O1OOOOOOJMPOOH;OOHR PC0000 1000OOOO OOOOOOOO1OO1000010100000 0001；自定義參加運算的數(shù)0000 1011 ；求和結(jié)果存放單元 2 、實驗步驟根據(jù)實驗原理設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖312。根據(jù)機器指令畫出對應(yīng)的微程序

38、流程圖本實驗的微程序流程見圖 313，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。本機用指令寄存器的前4位1714作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用 5 個固定微地址單元。實驗機控制操作為 P （4）測試，它以控制開關(guān) SWC SWA乍為測試條件，出現(xiàn)了 3路 分支，占用 3 個固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條 微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫。注意：微程序流程圖上的單元地址為 16 進(jìn)制。根據(jù)微程序流程圖設(shè)計微指令并轉(zhuǎn)換成 16 進(jìn)制代碼文件。當(dāng)全部

39、微程序設(shè)計完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，即按微指令格式將圖313微程序流程圖轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制微代碼表，如表36所示，再轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制代碼文件。圖 313 微程序流程圖監(jiān)控程序的 16 進(jìn)制文件格式（文件名 C8JHE1）：程序：機器指令格式說明P0000$PXXXXP0110十六進(jìn)制地址機器指令P020AP0320P040BP0530P060BP0740P0800P0A01微程序：M00108105微指令格式說明M0182ED05$MXXXXXXXXXXM0248C004十六進(jìn)制地址微指令代碼M0304E004M0405B004M0506A205M06019A95M070DE004M08011004M0983ED05M0A87ED058EED05M0BM0C96ED05M0D018206M0E0FE004M0F15A004M1092ED05M1194ED05M1217A004M13018005M14182020M15010A07M1681D104M17100A07M18118A06 實驗接線1 、J20 ， J2 1 ， J22 接上短路片，2 、JJ23 ，J24，J25，J26 接