計(jì)算機(jī)組成原理試驗(yàn)教程

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教程()0作者: 日期:計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)教程山西大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院20 15年8月實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件布局圖CPLD單元電源時(shí)序與操作臺(tái)單元擴(kuò)展單元邏輯測(cè)量SYS單元CPU系統(tǒng)總線主存及外設(shè)MC單元IR單元控制總線單元8259單元8253單元數(shù)據(jù)總線CPU內(nèi)總線擴(kuò)展總線OUT單元ALU® 單兀地址總線PC&AR 單元8237單元C0N單元IN單元實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求接線。由于實(shí)驗(yàn)箱中配備的排線只有2廠I、4口、6 口和8 口四利當(dāng)需要用 1 口、3 口線時(shí)，可用2 口、4 口替代，但要注意連線兩端的顏色一定要對(duì)應(yīng)。2、接好線路并檢查無(wú)誤后，再打開(kāi)實(shí)驗(yàn)箱的電源。3

2、、插線、拔線前一定要關(guān)閉電源，不耍帶電操作。4、電源關(guān)閉后，不能立即重啟，至少間隔30秒。5、使用前后仔細(xì)檢查主機(jī)板，防止導(dǎo)線、元件等物品落入導(dǎo)致線路短路、元件損壞。6、實(shí)驗(yàn)分組第一次確定后，即固定不變。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后收好線，關(guān)閉電源，清理桌面，將椅子擺放整齊。實(shí)驗(yàn)一基本運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)。(2) 掌握運(yùn)算器的工作原理。1. 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái),TD-CMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。1 . 3實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的原理如圖1-1所示。運(yùn)算器內(nèi)部含有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)算部件，分別為算術(shù)、邏輯和移 位運(yùn)算部件，要處理的數(shù)據(jù)存于暫存器A和暫存器B三個(gè)部件同時(shí)接受來(lái)自A和B的數(shù)據(jù)各部 件對(duì)操

3、作數(shù)進(jìn)行何種運(yùn)算由控制信號(hào)S3.SO和CN來(lái)決定，任何時(shí)候，多路選擇開(kāi)關(guān)只選擇三部 件中一個(gè)部件的結(jié)果作為ALU的輸出。如果是影響進(jìn)位的運(yùn)算，還將置進(jìn)位標(biāo)志FC,在運(yùn)算 結(jié)果輸出前，置A LU零標(biāo)志。ALU中所有模塊集成在一片CPLD中。圖1-1運(yùn)算器原理圖運(yùn)算器部件由一片CPLD實(shí)現(xiàn)。ALU的輸入和輸出通過(guò)三態(tài)門(mén)74LS2 4 5 連到CPU 內(nèi)總線上，另外還有指示燈標(biāo)明進(jìn)位標(biāo)志FC和零標(biāo)志FZo請(qǐng)注意:實(shí)驗(yàn)箱上凡絲印標(biāo)注有馬蹄形 標(biāo) 記巳；表示這兩根排針之間是連通的。圖中除T4和CLR,其余信號(hào)均來(lái)自干ALU單元的 排線座，實(shí)驗(yàn)箱中所有單元的T 1、T2、T3、T4都連接至控制總線單元的T

4、 1、T2、T3、T4,CLR 都連接至CON單元的CLR按鈕。T4由時(shí)序單元的TS4提供，其余控制信號(hào)均由CO N單元的 二進(jìn)制數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)模擬給出。控制信號(hào)中除T4為脈沖信號(hào)外，其余均為電平信號(hào)，其中ALU_B為 低有效，其余為高有效。暫存器A和暫存器B的數(shù)據(jù)能在LED燈上實(shí)時(shí)顯示，原理如圖1-2所示(以A0為例，其 它相同L進(jìn)位標(biāo)志FC、零標(biāo)志FZ和數(shù)據(jù)總線D7.D0的顯示原理也是如此。圖1-2 A0顯示原理圖ALU和外圍電路的連接如圖1一3所示,圖中的小方框代表排針座。運(yùn)算器的邏輯功能表如表1-1所示，其中S3 S2 S 1 SOCN為控制信號(hào),FC為進(jìn)位標(biāo)志，F(xiàn)Z 為運(yùn)算器零標(biāo)志，表中功

5、能欄內(nèi)的FC、FZ表示當(dāng)前運(yùn)算矣影響到該標(biāo)志。OIT?.OIT圖1-3 ALU和外圍電路連接原理圖表運(yùn)算器邏輯功能表（表中“X”為任意態(tài)，下同）運(yùn)算類型S3 S2S1 SOCN功邏輯運(yùn)算000XF=A（直通）0 0XF=B值通）0010XF=AB(FZ)00 1XF=A+B。(FZ)0 10XF=AFZ)移位運(yùn)算0101XF=A不帶進(jìn)位循環(huán)右移B（取低3位）位o （FZ）0 1100F=A邏輯右移一位（FZ）1F=A帶進(jìn)位循環(huán)右移一位。（FC,FZ）01110F=A邏輯左移一位（FZ）1F = A帶進(jìn)位循環(huán)左移一位（FC, FZ）算術(shù)運(yùn)算I 00X FC=CN。(FC)1001XF=A 加 B

6、(FC, FZ)1010XF=A 加 B 加 F6(FC, FZ)1011XF=A 減 Bo (FC,FZ)1 1XF=A 減 b (FC, FZ)110XF = A 加 1、(FC,FZ)1110X（保留）111X（保田）1.4實(shí)驗(yàn)步驟（1）按圖1一4連接實(shí)驗(yàn)電路，并檢查無(wú)誤。圖中將用戶需要連接的信號(hào)用圓圈標(biāo)明（其它實(shí)驗(yàn)相同)圖1-4實(shí)驗(yàn)接線圖(2) 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK2置為單拍檔，開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔。(3) 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，如果聽(tīng)到有嘀報(bào)警聲，說(shuō)明有總線競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉電源，重 新檢查接線，直到錯(cuò)誤排除。然后按動(dòng)CON單元的C LR按鈕，將運(yùn)算器的A、B和FC、FZ

7、清零。(4) 用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器A直數(shù)。 撥動(dòng)CON單元的SD27.SD2 0數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，形成用戶指定的二進(jìn)制數(shù)，數(shù)據(jù)顯示殼 為T(mén) ；滅為0： 直LDA=1, LDB=0,連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST按鈕，產(chǎn)生一個(gè)T4上升沿，則將二進(jìn)制 數(shù)直入暫存器A中,暫存器A的值通過(guò)A LU單元的A7.A0八位LED燈顯示。(5) 用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器B直數(shù)。 撥動(dòng)CON單元的SD 2 7.SD2 0數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)，形成另外一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。 直LDA=0, LDB=1 ,連續(xù)按動(dòng)時(shí)序單元的ST按鈕，產(chǎn)生一個(gè)T4上升沿，則將二進(jìn) 制數(shù)直入暫存器B中,暫存器B的值通過(guò)ALU單元的B7B0八位LED燈顯示。(6 ) 改變運(yùn)算器的

8、功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。直ALU_B= 0、LDA=0、LDB=0然后按表 1-1直S3、S 2、SI、SO和Cn的數(shù)值，并觀寮數(shù)據(jù)總線LED顯示燈顯示的結(jié)果。如直S3、 S2、S1、SO為0010,運(yùn)算器作邏輯與運(yùn)算，置S3、S2、S 1、S0為1 001,運(yùn)算器作加法運(yùn)算。如果實(shí)驗(yàn)箱和PC聯(lián)機(jī)操作則可通過(guò)軟件中的數(shù)據(jù)通路圖來(lái)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果方法是：打開(kāi)軟件， 選擇朕機(jī)軟件的愜驗(yàn)】一【運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)】打開(kāi)運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)通路圖，如圖1-5所示。進(jìn)行上 面的手動(dòng)操作，每按動(dòng)一次ST按鈕，數(shù)據(jù)通路圖矣有數(shù)據(jù)的流動(dòng)，反映當(dāng)前運(yùn)算器所做的操作，或 在軟件中選擇【調(diào)試】一【單節(jié)拍旗作用相當(dāng)干將時(shí)序單元的狀

9、態(tài)開(kāi)關(guān)KK2置為單拍檔后按 動(dòng)了一次ST按鈕，數(shù)據(jù)通路圖也矣反映當(dāng)前運(yùn)算器所做的操作。重負(fù)上述操作，并完成表1-2。然后改變A、B的值，驗(yàn)證FC、FZ的鎖存功能。圖1-5數(shù)據(jù)通路表2 運(yùn)算結(jié)果表ABIE算類型S 3 S2 S1CN結(jié)果0000XF=()邏輯運(yùn)算0001XF=()F0010XF=()FC=0011XF=()FC =0100XF=()0101XF=()FC=000F=(nr ()、P 7移位運(yùn)算111F=()F C0F=()17 70111IF=()F C =1000XF=()1001XF=()FC =算術(shù)運(yùn)算1010( FXF=()F101(XF=()FC=1011XF=()FC

10、=1100XF=()FC1101XF=()實(shí)驗(yàn)二靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法。PC機(jī)一臺(tái)，TD-CMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。2.3實(shí)驗(yàn)原理驗(yàn) 所 用 的 靜 態(tài) 存 儲(chǔ) 器 由Vcc AS A9 WE OE A10 CS 10? 105105 L OI1O3RAM(6116)A7 A6 A5 A4 A3 A2 Al AO LOO 101L02CW圖 2-1 SRAM6116引腳圖由干存儲(chǔ)器終是掛接到CPU ,所以其還需要一個(gè)讀寫(xiě)控制邏輯，使得CPU能表2-1 SRAM6 1 16功能表不選擇讀寫(xiě)0XX0100至制MEM的讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)中的讀寫(xiě)控制邏輯如圖2

11、-2所示，由干T3的參與，可以保證MEM的寫(xiě) 鄆寬與T 3 致，T3由時(shí)序單元的TS3給出。IOM用來(lái)選擇是對(duì)I / 0還是對(duì)MEM進(jìn)行讀寫(xiě)操 作，RD=1時(shí)為讀,WR=1時(shí)為寫(xiě)。6116 2 KX8 b位 于實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2-3所示,存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線上接有8個(gè)LED燈顯示 mD7.D0的內(nèi)容。地址線接至地址總線，地址總線上接有8個(gè)LED燈顯示A7.A0的內(nèi)容, E地址由地址鎖存器（74 LS273,位于PC&AR單元）給出。數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)（位干1 N單元）經(jīng)一個(gè) M三態(tài)門(mén)(74LS24 5 )連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。地址寄存器為8位，接入6 116的地址A7.A0,61

12、 1 6的商三位地址AIO.AS接地，所以其實(shí)際容量為25 6字節(jié)。圖2-3 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)箱中所有單元的時(shí)序都連接至?xí)r序與操作臺(tái)單元，CLR都連接至CON單元的CL R 按 鈕。實(shí)驗(yàn)時(shí)T3由時(shí)序單元給出，其余信號(hào)由CON單元的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)模擬給出，其中 I OM應(yīng)為低(即MEM 操作)RD、WR高有效,MR和MW 低有效,LDAR商有效。2. 4實(shí)驗(yàn)步驟(1)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電源，按圖2斗連接實(shí)驗(yàn)電路，并檢查無(wú)誤，圖中將用戶需要連接的信 號(hào)用圓圈標(biāo)明。(wi wnR RD ICMDT .WIWAH山兀LtiARD7.DCI.IVW圖2-4 實(shí)驗(yàn)接線圖(2) 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、K

13、 K3直為運(yùn)行檔、開(kāi)關(guān)KK 2置為單步, 檔。(3) 將CON 單元的IOR開(kāi)關(guān)直為1 (使IN 單元無(wú)輸出1打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，如果聽(tīng)到有 嘀報(bào)警聲，說(shuō)明有總線競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)閉電源，重新檢查接線，直到錯(cuò)誤排除。（4）給存儲(chǔ)器的OOH、0111. 0 2H. 0311、04H地址單元中分別寫(xiě)入數(shù)據(jù)11II、12H、 13H、14H、15H。由前面的存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖23可以看出，由干數(shù)據(jù)和地址由同一個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi) 關(guān)給出，因此數(shù)據(jù)和地址要分時(shí)寫(xiě)入，先寫(xiě)地址，具體操作步驟為：先關(guān)掉存儲(chǔ)器的讀寫(xiě) （W(KF: =C 、 帥-C 11 c IQK = C1.MR = 113 JI /RRD0)，圖2-5 寫(xiě)存

14、儲(chǔ)器流程圖數(shù)（5）依次讀出第00、01、02、0 3、04號(hào)單元中的內(nèi)容,觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前 鑛入的一致。同寫(xiě)操作類似，也要先給出地址，然后進(jìn)行讀，地址的給出和前面一樣，而在進(jìn)行 廊作時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉IN 單元的輸出（IOR = 11然后使存儲(chǔ)器處干讀狀態(tài)（WR=0,RD=l ,IOM=0） 嘶數(shù)據(jù)總線上的數(shù)即為從存儲(chǔ)器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。讀存儲(chǔ)器的流程如圖26所示（以 瀚00地址單元讀出11H為例）地 址 (IOR琳二C m ( I0H -(: mil = 1 = C科-C I仙-C |仙 （ 1曲=cRT;II仙-CI1LIX1H C，然后打開(kāi)地址寄存器門(mén)控信號(hào)（LDAR=1

15、1接動(dòng)ST產(chǎn)生T3脈沖，即將地址打入到AR中。 再寫(xiě)數(shù)據(jù)，具體操作步驟為:先關(guān)掉諏詡 籍吧鶴畀R 1）=0）和地址寄存器門(mén)控信號(hào)缺輸（出鮒I操的數(shù)刪醜刪幷蟲(chóng)澎懈通路圖徊躺瞬攔韻滴動(dòng)瞬(LDA 備程如蟹行sh耐（銀勅操觴縄16禪元洵天門(mén)按鈕,樹(shù)辦賂圖矣有數(shù)據(jù)的流動(dòng)，反映當(dāng)前存儲(chǔ)器所做的操作（即使是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀,也應(yīng)按動(dòng)一次st按鈕，數(shù)據(jù)通路圖才矣有數(shù)據(jù)流動(dòng)）或在軟件中選擇r調(diào)試】一【單周期】其作用相當(dāng)干將時(shí)序單元的狀態(tài)開(kāi)關(guān)直為單步檔后按動(dòng)了 一次ST按鈕，數(shù)據(jù)通路圖也矣反映當(dāng)前存儲(chǔ)器所做的操作，借助于數(shù)據(jù)通路圖，仔細(xì)分析SRA N4 的讀寫(xiě)過(guò)程。XMRD圖2-7數(shù)據(jù)通路圖實(shí)驗(yàn)三微程序控制器實(shí)驗(yàn)

16、3.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康腨7J6U. . . XA 0Y I Y7MA 5XA 0T HS 2 UGJA-DICCXD微地燦$4%燈： B-DC-DI)38 i*,38譯AlA3XCX4QGXD7tt.SO75JMS M8TIL S：7 3JSEOsriSE2sr3 SEISE5M23-M0微代碼顯示茹點(diǎn)膜率坍屋H44蘇*emS330ov0 2ICS11Xei：s：uco9TSZ LQ3a,j0goaialit V!圖3-2微程序控制器原理圖后MC單元低8 位顯示該單元以前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，第二次按動(dòng)后顯示當(dāng)前改動(dòng)的數(shù)據(jù)此時(shí)MC 單元的指示燈MA5MAO顯示當(dāng)前地址（000000）217M0 顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)）0

17、0 1 000 1然后將KK5 撥至8、草兀i地址檔 00)000 )邙樂(lè)元it數(shù)鍬低8付9(00010001 )I/sros-srixi-CiOOfXKIN邙=MCiOOOlKK1停止=編WKh4-M：KK：料數(shù)元SInn /1詰單元置數(shù)腫1 CM)1000IC )(00110011 )/ 、/邙=001Q00IC邙=00110011KK1 = ffitMil =停止XK2 = SfiWHK2二縮外KK-1 押心：MH 控存KK： tinKK： = till si nn / ST JI JI開(kāi) 編輯完成后需進(jìn)行校驗(yàn)，以確保編輯的正確。以校驗(yàn)O0H單元為例,對(duì)干控制存儲(chǔ)器進(jìn)行 梭驗(yàn)的具體操作步

18、驟如下：首先將KK1撥至停止檔、KK3撥至校驗(yàn)檔、KK4撥至 給控存檔、KK5撥至置數(shù)，檔。由CON單元的SD0 5-SDOO開(kāi)關(guān)給出需要校驗(yàn) 的控存單元 地址（00000 0 連續(xù)兩次按動(dòng)開(kāi)關(guān) ST,MC單元指示燈 M7M0顯示該單元備8位數(shù)據(jù)cm堪元迓地址（OWOOO :以15聽(tīng)一*咗來(lái)攤的肌K5撥至加1檔，磅棵軼兩沐按 8位數(shù)據(jù)（001000 1/再麗壕兩次強(qiáng)動(dòng)元垃3動(dòng)開(kāi)禦呷單元指米燼M 15-M 8顯示該單元中8（啦數(shù)倔（W1Q10 示的躺爆碩C 街校甦垂目轍Ml 6顯示該單元高A隸擁1廚再曲動(dòng)開(kāi)關(guān)ST,完成對(duì)該控單元位干實(shí)驗(yàn)平臺(tái) MC單元左上角一列三個(gè)指示燈MC2、MCI. MC0用

19、來(lái)指示當(dāng)前高操作的微程序字段，分別對(duì)應(yīng)M23M16、M15M& M7M0。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供了比較靈活的手動(dòng)操作方式，比如在上述操作中在對(duì)地址置數(shù)后將開(kāi)關(guān)KK4撥至。減1檔，則每次隨著開(kāi)關(guān)ST的兩次撥動(dòng)操作，字節(jié)數(shù)依次從商8位到低8位遞減，減至低8位后，再按動(dòng)兩次開(kāi)關(guān)ST,微地址矣自動(dòng)減一,繼續(xù)對(duì)下一個(gè)單元的操作。 微指令字長(zhǎng)共24位，控制位順序如表3- 1 :位表3-1微指令格式數(shù)| 23 | 22 | 2 11 201 1 9 | 1815 | 141 2 | 11 9 |8 6|50據(jù)M23| M2 | W | R |IOM S3-S K7?段| B 字段| C字段| MAA字段B字段C字段1

20、41 312選擇000NOP001LDA010LDB011LDR0100保留101保留I10保留111LDIR1 11 09選擇000NOP00IALUB010R 0-B011保留100保留i01保留110保留111保留876選擇000NOP001P010保留011保留100保留10I保留110保留I11保留其中 MA 5.MA 0為6位的后續(xù)微地址,A、B、C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位 譯碼出多位。C字段中的P為測(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，便 微 程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)完成對(duì)指令的識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)微程序的分支，本系統(tǒng)上的 指令譯碼原理如圖3-3所示，圖中

21、17.12為指令寄存器的第7.2位輸出，SE5SEO為微控 器單元微地址鎖存器的強(qiáng)直端輸出，指令譯碼邏輯在I R單元的I NS_DEC中實(shí)現(xiàn)。從圖3-2中也可以看出，微控器產(chǎn)生的控制信號(hào)比表3-1中的要多,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的不同，所 需的控制信號(hào)也不一樣，本實(shí)驗(yàn)只用了部分的控制信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)除了用到指令寄存器(IR)和通用寄存器R0外還要用到I N和OUT單元,從微控器 出來(lái)的信號(hào)中只有10M、WR 和RD 三個(gè)信號(hào)，所以對(duì)這兩個(gè)單元的讀寫(xiě)信號(hào)還應(yīng)先經(jīng) 過(guò)譯碼，其譯碼原理如圖3-4所示。IR單元的原理圖如圖3-5所示,R0單元原理如圖3-7所 示，I N單元的原理圖如圖2-3所示，OUT單元的原理圖

22、如圖3 6所示。圖3-3指令譯碼原理圖 mr. r師1 A勒佃X仙KT:圖3-5 IR單元原理圖圖3-4讀寫(xiě)控制邏輯圖3-6 OUT以元原理圖腕nIJJIKIT4圖3-7 R0原理圖本實(shí)驗(yàn)安排了四條機(jī)器指令，分別為ADD (000 0 0 0 00)IN(0 0 10 00 0 0 )OUT (0 0 11 0 0 00 ) 和HLT(0101 0 000 )括號(hào)中為各指令的二進(jìn)制代碼，指令格式如下：助記符機(jī)器抬令碼說(shuō)明IN00 1 0 0000INWAD D0000 0000R0 + R0 TOOUT0 0 11 0000R0 -OUTHLT0 1 0 1 0 0 00停機(jī)實(shí)驗(yàn)中機(jī)器指令由C

23、ON單元的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)手動(dòng)給出其余單元的控制信號(hào)均由微程序控制器自 動(dòng)產(chǎn)生，為此可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，如圖3-8所示。幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微程序流程 圖如圖3-9 所示。圖中一個(gè)矩形方框表示一條微指令，方框中的內(nèi)容為該指令執(zhí)行的微操作， 右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，右下角的數(shù)字是該條指令的后續(xù)微地址，所有微地址均用1 6 進(jìn)制表示。向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。P為測(cè)試字，根據(jù)條件使微程序產(chǎn)生分支。圖3-8數(shù)據(jù)通路圖co01- 5圖3-9微程序流程圖將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制微代碼，可得到表3-2的二進(jìn)制代碼表。表3-2二進(jìn)制微代碼表地址十六進(jìn)制高五位S3-S0A字段B

24、字C 字MA5-MA0000 0000010100 70 711000 0 24010 10504 B20001300140 100318 3 00 001328 040 00 13500 0 0 35013. 4實(shí)驗(yàn)步驟1. 按圖3-10所示連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后接通電源。如果有滴報(bào)警聲，說(shuō)明 總線有競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，應(yīng)關(guān)閉電源，檢查接線，直到錯(cuò)誤排除。egnnnl：iIIn時(shí)仔b探fl：合能瓦ni 1池 isn羅胺維凡Chim申品1 IKIMQ-|:單兀IIKLDCso nSC*rw QHu n- nu召召1HTRF17SE5:|IR. P:R0-B;A加 B-R0；R0-A:INR0；R0

25、- OUT;NOPMicrocontroller D a ta*/3運(yùn)行微程序運(yùn)行時(shí)也分兩種情況：本機(jī)運(yùn)行和朕機(jī)運(yùn)行。1) 本機(jī)運(yùn)行 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、K K3直為運(yùn)行檔，按動(dòng)CON單元的CLR 按鈕，將微地址寄存器(MAR)清零,同時(shí)也將指令寄存器(IR ALU單元的暫存器A和B清零。 將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK2直為單拍檔，然后按動(dòng)ST按鈕，體矣系統(tǒng)在 Tl、 T2、T3、T4 節(jié)拍中各做的工作。T2節(jié)拍微控器將后續(xù)微地址（下條執(zhí)行的微指令的 地址）打 入微地址寄存器，當(dāng)前微指令打入微指令寄存器，并產(chǎn)生執(zhí)行部件相應(yīng)的控制信號(hào)；T3、 T4節(jié)拍根據(jù)T2節(jié)拍產(chǎn)生的控制信號(hào)做出相

26、應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作，如果測(cè)試位有效坯要根據(jù)機(jī)器指令 及當(dāng)前微地址寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，實(shí)現(xiàn)微程序的分支。 按動(dòng)CON 單元的CLR按鈕清微地址寄存器MAR孵并將時(shí)序與單元的開(kāi)關(guān)KK 2 直為單步檔。 直IN單元數(shù)據(jù)為0 0 10001 1，按動(dòng)ST按鈕，當(dāng)MC單元后續(xù)微地址顯示為00 0 0 0 1 時(shí)，在 CON單元的SD2 7 .SD2 0模擬給出IN 指令0010 0 00 0 并繼續(xù)單步執(zhí)行當(dāng) MC單元后續(xù)微地 址顯示為0 0 00 01時(shí)，說(shuō)明當(dāng)前指令巳執(zhí)行完；在CON單元的 SD2 7.SD20給出ADD指令00 0 0 0000,該指令將矣在下個(gè)T3被打

27、入指令寄存器（IR1它將R0 中的數(shù)據(jù)和其自身相加后送R0 ;接下來(lái)在CON單元的SD27.SD20給出 OUT指令OOHOOOO并繼續(xù)單步執(zhí)行， 在 MC 單 元后續(xù)微地址顯示為0000 0 1時(shí)，觀查OUT 單元的顯示值是否為01000 1 10o2）聯(lián)機(jī)運(yùn)行聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入軟件界面，在菜單上選擇【實(shí)驗(yàn)】一【微控器實(shí)驗(yàn)】，打開(kāi)本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)通 路圖，也可以通過(guò)工具欄上的下拉框打開(kāi)數(shù)據(jù)通路圖，數(shù)據(jù)通路圖如圖3-8所示。 將時(shí)序與操作臺(tái) 單元的開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔，按動(dòng)CON 單元的總清開(kāi)關(guān)后,按動(dòng)軟件中單節(jié)拍按 鈕，當(dāng)后續(xù)微地址（通路圖中的MAR）為000001時(shí)，置 CON單元 SD

28、 2 7.SD20,產(chǎn)生 相應(yīng)的機(jī)器指令，該指令將矣在下個(gè)T 3被打入指令寄存器（IR旌后面的節(jié)拍中將執(zhí)行這條機(jī) 器指令。仔細(xì)觀察每條機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程，體矣后續(xù)微地址被強(qiáng)直轉(zhuǎn)換的過(guò)程，這是計(jì)算機(jī)識(shí) 別和執(zhí)行指令的根基。也可以打開(kāi)微程序流程圖，跟蹤顯示每條機(jī)器指令的執(zhí)行過(guò)程。按本機(jī)運(yùn)行的順序給出數(shù)據(jù)和指令，觀查最后的運(yùn)算結(jié)果是否正確。實(shí)驗(yàn)四系統(tǒng)總線和具有基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)4.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 理解總線的概念及其特性。(2) 掌握控制總線的功能和應(yīng)用。4. 2實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-CMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套。43實(shí)驗(yàn)原理由干存儲(chǔ)器和輸入、輸出設(shè)備最終是要掛接到外部總線上，所以需要外部總線

29、提供數(shù)據(jù)信號(hào)、 地址信號(hào)以及控制信號(hào)。在該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，外部總線分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別 為外設(shè)提供上述信號(hào)。外部總線和CPU內(nèi)總線之間通過(guò)三態(tài)門(mén)連接，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外總線的分離 和對(duì)干數(shù)據(jù)流向的控制。地址總線可以為外部設(shè)備提供地址信號(hào)和片選信號(hào)。由地址總線的高位 進(jìn)行譯碼,系統(tǒng)的I/O地址譯碼原理如圖4-1 (在地址總線單元L由于使用A6、 A7進(jìn)行譯碼， I /0地址空間被分為四個(gè)區(qū)，如表4-1所示：Y1 0A 6*1NBl 6A2 2Y11NY 12NB2答G卜Y 1IN3NG2XY2 0NY21NY2 2NY23N表4 一1 I/O地址空間分配A7oA6選定地址空間0I OY

30、O00-01IOY140-1I OY 280-BF1IO Y3C 0 一為了實(shí)現(xiàn)對(duì)干MEM和外設(shè)的讀寫(xiě)操作，還需要一個(gè)讀寫(xiě)控制邏輯，使得CPU能控制MEM 和I/O設(shè)備的讀寫(xiě)，實(shí)驗(yàn)中的讀寫(xiě)控制邏輯如圖42所示，由干T3的參與，可以保證寫(xiě)脈寬與 T3致，T3由時(shí)序單元的TS 3給出（時(shí)序單元的介紹見(jiàn)附錄21 IOM 用來(lái)選擇是對(duì)I/O設(shè) 備還是對(duì)MEM進(jìn)行讀寫(xiě)操作,IOM=1時(shí)對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行讀寫(xiě)操作JOM=0時(shí)對(duì)MEM進(jìn) 行讀寫(xiě)操作RD=1時(shí)為讀，WR = 1時(shí)為寫(xiě)。XXCR圖4-2讀寫(xiě)控制邏輯在理解讀寫(xiě)控制邏輯的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一個(gè)總線傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖 4-3所示，它將幾種

31、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?？傚X(qián)圖4一3總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖4. 4實(shí)驗(yàn)步驟1 讀寫(xiě)控制邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。(1 )按照?qǐng)D4一4實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線。ccec隼心圖4-4 實(shí)驗(yàn)接線圖（2）具體操作步驟圖示如下:首先將時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔，開(kāi)關(guān)KK2直為單拍檔, 按動(dòng)CON單元的總清按鈕CLR,并執(zhí)行下述操作。 對(duì)N4EM進(jìn)行讀操作（WR=O,RD=1, IOM=0）此時(shí)E0滅，表示存儲(chǔ)器讀功能信號(hào) 有效。 對(duì) MEM進(jìn)行寫(xiě)操作（WR=1, R D=0, IOM=0

32、1連續(xù)按動(dòng)開(kāi)關(guān)ST,觀察擴(kuò)展單元數(shù)據(jù) 指示燈，指示燈顯示為T(mén)3時(shí)刻時(shí),E 1滅，表示存儲(chǔ)器寫(xiě)功能信號(hào)有效。 對(duì)I/O進(jìn)行讀操作（WR=0, R D = 1 , IOM= 1 此時(shí)E2滅，表示0讀功能信號(hào) 有效。示燈，指示燈顯示為T(mén) 3時(shí)刻時(shí)，E3滅，表示I/O寫(xiě)功能信號(hào)有效。對(duì)2基本輸入輸出功能的總線接口實(shí)驗(yàn)。（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： / O 進(jìn)輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)打入R0寄存器。輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)打入地址寄存器。將R0寄存器中的數(shù)寫(xiě)入到當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中。將當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。翔按照?qǐng)D4一5實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線。寫(xiě)3）具體操作步驟圖示如下:進(jìn)入

33、軟件界面,選擇菜單命令f實(shí)驗(yàn)】-【簡(jiǎn)單模型機(jī)】 打憫單模型機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通路圖。僧時(shí)序與操作臺(tái)單元的開(kāi)關(guān)KK1、KK3直為運(yùn)行檔，開(kāi)關(guān)KK2直為，單拍檔，CON 單元所有開(kāi)關(guān)直4由于總線有總線競(jìng)爭(zhēng)報(bào)警功能，在操作中應(yīng)當(dāng)先關(guān)閉應(yīng)關(guān)閉的輸出開(kāi)關(guān)，再打開(kāi) 應(yīng)嘶的輸出開(kāi)關(guān)，否則可能由干總線競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出錯(cuò)）按動(dòng)CON單元的總清按鈕CLR, 然密甬過(guò)運(yùn)行程序，在數(shù)據(jù)通路圖中觀測(cè)程序的執(zhí)行過(guò)程。二 輸入設(shè)備將11H打入R0寄存器。將IN 單元直000 1 00 0 1,K 7直為1,關(guān)閉R0寄存器的輸出;K6直為1,打開(kāi)R0寄 存器的輸入；WR、RD、I 分別置為0、1、1,對(duì)IN單元進(jìn)行讀操作；LDAR置為

34、0, 不粋據(jù)總線的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭（運(yùn)行一個(gè) 機(jī)命期1觀察圖形界面，在T4時(shí)刻完成對(duì)寄存器R0的寫(xiě)入操作。_ 將R0中的數(shù)據(jù)11H打入存儲(chǔ)器01H兀。W IN單元置00000001 （或其他數(shù)值LK7 直為1關(guān)閉R0寄存器的輸出；K6直為0 ,關(guān) 閉 0寄存器的輸入;WR、RD、IOM分別直為0、1、1,對(duì)IN單元進(jìn)行讀操作；LDAR置為1 , 將裁總線的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭，觀寮圖形界面，在 T3軒刻完成對(duì)地址寄存器的寫(xiě)入操作。幸裁歸食獰蚩騎躺對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)操作；再把K7直為,打開(kāi)R0寄 存曙的 衆(zhòng)鬼為砒契濟(jì)

35、嶠警鶴輸入；LDAR直為0 ,不將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打入地址 寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀寮圖形界面，在T 3時(shí)刻完成對(duì)存儲(chǔ)器 的寫(xiě)入操作。 將當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)寫(xiě)入到R0寄存器中。將IN單元直0 00 0 0 001（或其他數(shù)值）K 7 直為1。關(guān)閉R0寄存器的輸出;K6直為0,關(guān)閉RO奇存器的輸入;WR.RDJOM 分別直為0、1、1對(duì)IN單元進(jìn)行讀操作;LDAR直為 1 ,將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按 扭，觀察圖形 界面，在T3時(shí)刻完成對(duì)地址寄存器的寫(xiě)入操作。將K7置為1,關(guān)閉R0寄存器的輸出；K6直為 1 ,打開(kāi)R 0寄

36、存器的輸入；WR、RD、IOM分別直為0、1、0 ,對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作；LDAR 直為0,不將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打入地址寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀察圖 形界面，在T3時(shí)刻完成對(duì)寄存器R0的寫(xiě)入操作。TSI元CPu內(nèi)DTD000IN取元07XRau injj簞 元釵J元化GXDl0L25.HJ LDHCUT 元：D7 XDT*07注:由于采用簡(jiǎn)單模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路圖,為了不讓?xiě)铱盏膫魈?hào)引腳彩響通路圖的顯示結(jié)杲，將這 些引腳覺(jué)為無(wú)效璉接線時(shí)為了方便可將管腳接到CON單元閑置的開(kāi)關(guān)上，若開(kāi)關(guān)打到1箸效于接 到VCC：若開(kāi)關(guān)打到0,等效于接到GNDo 將R0寄存器中的數(shù)用LED數(shù)碼

37、管顯示。先將WR、RD、IOM分別直為1、0、1 ,對(duì)OUT單元進(jìn)行寫(xiě)操作;再將K7置為0,打 開(kāi)R0寄存器的輸出;K6直為0，關(guān)閉R0寄存器的輸入；LDAR直為0,不將數(shù)據(jù)總線的數(shù)打入地址 寄存器。連續(xù)四次點(diǎn)擊圖形界面上的“單節(jié)拍運(yùn)行”按扭,觀察圖形界面，在T 3時(shí)刻完成對(duì)OUT單 元的寫(xiě)入操作。ix M元冒也楓 (|用WN救&0找進(jìn)行DMA操作時(shí)，外設(shè)向DM AC （DMA控制機(jī)）發(fā)出DMA傳送請(qǐng)求J）MAC通過(guò)總線 上的HOLD信號(hào)向CPU 提出DMA請(qǐng)求。CPU在完成當(dāng)前總線周期后對(duì)DMA請(qǐng)求做出 響應(yīng)。CPU的晌應(yīng)包括兩個(gè)方面，一方面讓出總線控制權(quán)，一方面將有效的HALD信號(hào)加到 D

38、M AC上，通知DMAC可以使用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此時(shí)DMAC進(jìn)行DMA傳輸，傳輸完成后, 停止向CPU發(fā)HOLD 信號(hào),撤消總線請(qǐng)求，交還總線控制權(quán)oCPU在收到無(wú)效的HOLD信 號(hào)后， 一方面使HALD無(wú)效，另一方面又重新開(kāi)始控制總線，實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)行。如圖6-1所示，在每個(gè)機(jī)器周期的T4時(shí)刻根HOLD信號(hào)來(lái)判斷是否有DMA請(qǐng)求，如果有，則 產(chǎn)生有效的HALD信號(hào)，IIALD信號(hào)一方面鎖死CPU的時(shí)鐘信號(hào)，使CPU保持當(dāng)前狀態(tài)，等待 DMA操作的結(jié)束。另一方面便控制緩沖、數(shù)據(jù)緩沖、地址緩沖都處于高阻狀態(tài)，隔斷CPU與外總 線的朕系將外總線交由DMAC控制。當(dāng)DMA操作結(jié)束后DMAC將H OLD信號(hào)直為無(wú)效,DMA 控制邏輯在T4時(shí)刻將HA LD信號(hào)直為無(wú)效,HALD信號(hào)一方面打開(kāi)CPU的時(shí)鐘信號(hào)，使CPU開(kāi) 始正常運(yùn)行。另一方面把控制緩沖、數(shù)據(jù)緩沖和地