北方工業(yè)大學(xué)《數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成原理》課程運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)報(bào)告總結(jié)

1、北方工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書北方工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)系 數(shù)字邏輯與計(jì)算機(jī)組成原理課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)姓 名專 業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號(hào)實(shí)驗(yàn)日期班 級(jí)成 績(jī)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)?zāi)康模?1掌握運(yùn)算器的組成及工作原理； 2了解4 位函數(shù)發(fā)生器74LS181 的組合功能，熟悉運(yùn)算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作的具體實(shí)現(xiàn)過程； 3驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的74LS181 的功能。 實(shí)驗(yàn)要求： 1復(fù)習(xí)本次實(shí)驗(yàn)所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理； 2預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)中要求的注意之處。 2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)原理，必要實(shí)驗(yàn)原理圖、連接圖等）1.實(shí)驗(yàn)原理及原理圖：

2、運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖 1-5： 算術(shù)邏輯單元ALU是運(yùn)算器的核心。集成電路74LS181是4位運(yùn)算器，四片74LS181以并串形式構(gòu)成 16位運(yùn)算器。它可以對(duì)兩個(gè) 16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運(yùn)算，74LS181 有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。 三態(tài)門 74LS244 作為輸出緩沖器由 ALU-G 信號(hào)控制，ALU-G 為“0”時(shí)，三態(tài)門開通，此時(shí)其輸出等于其輸入；ALU-G 為“1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，此時(shí)其輸出呈高阻。 四片74LS273作為兩個(gè)16數(shù)據(jù)暫存器， 其控制信號(hào)分別為L(zhǎng)DR1和LDR2，當(dāng)LDR1和 L

3、DR2 為高電平有效時(shí)，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。2.電路組成： 本模塊由算術(shù)邏輯單元 ALU 74LS181（U7、U8、U9、U10）、暫存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三態(tài)門 74LS244（U11、U12）和控制電路（集成于 EP1K10 內(nèi)部）等組成。電路圖見圖 1-1(a)、1-1(b)。 算術(shù)邏輯單元 ALU 是由四片 74LS181 構(gòu)成。74LS181 的功能控制條件由 S3、S2、S1、S0、 M、Cn 決定。高電平方式的 74LS181 的功能、管腳分配和引出端功能符號(hào)詳見表 1-1、圖1-2和表 1-2。 四片74LS273 構(gòu)成兩個(gè)

4、16位數(shù)據(jù)暫存器，運(yùn)算器的輸出采用三態(tài)門74LS244。它們的管腳分配和引出端功能符號(hào)詳見圖 1-3和圖1-4。 圖1-2 74LS181管腳分配 表1-2 74LS181輸出端功能符號(hào) 74LS181 功能表見表 11，其中符號(hào)“”表示邏輯“或”運(yùn)算，符號(hào)“*”表示邏輯“與”運(yùn)算，符號(hào)“/”表示邏輯“非”運(yùn)算，符號(hào)“加”表示算術(shù)加運(yùn)算，符號(hào)“減”表示算術(shù)減運(yùn)算。選擇M=1 邏輯操作M=0 算術(shù)操作S3 S2 S1 S0Cn=1（無(wú)進(jìn)位）Cn=0（有進(jìn)位）0 0 0 0F=/AF=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(

5、A+/B)加10 0 1 1F=0F=1F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加10 1 1 0F=(/A*B+A*/B)F=A減B減1F=A減B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加11 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加11 0 1 0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1F=A*BF=A*B減1F=A*B1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11

6、 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加11 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A減1F=A圖1-3 （a） 74LS273管腳分配 圖1-3 （b） 74LS273功能表 圖1-4（a） 74LS244管腳分配 圖 1-4（b） 74LS244功能 3.連接圖：線路圖：三、實(shí)驗(yàn)過程（寫清楚實(shí)驗(yàn)過程做的主要步驟，有程序設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)寫出程序設(shè)計(jì)思路、流程圖等）1.實(shí)驗(yàn)步驟：1）撥動(dòng)清零開關(guān) CLR，使其指示燈。再撥動(dòng) CLR，使其指示燈亮。置 ALU-G1：關(guān)閉ALU 的三態(tài)門；再置 C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；

7、 2）向數(shù)據(jù)暫存器LT1（3、U4）中置數(shù)： （1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”為要輸入的數(shù)值； （2）置LDR11：使數(shù)據(jù)暫存器 LT1 （3、 U4）的控制信號(hào)有效，置 LDR20：使數(shù)據(jù)暫存器 LT2（5、U6）的控制信號(hào)無(wú)效； （3）按一下脈沖源及時(shí)序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器 LT1 送時(shí)鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1 中。 3）向數(shù)據(jù)暫存器LT2（5、U6）中置數(shù)： （1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”為想要輸入的數(shù)值； （2）置 LDR10：數(shù)據(jù)暫存器 LT1 的控制信號(hào)無(wú)效；置 LDR21：使數(shù)據(jù)暫存器LT2 的控制信號(hào)有效。 （3）按一下脈沖源及時(shí)

8、序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器 LT2 送時(shí)鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在 LT2 中。 （4）置LDR10、LDR20，使數(shù)據(jù)暫存器 LT1、LT2 的控制信號(hào)無(wú)效。 4）檢驗(yàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器 LT1 和LT2 中的數(shù)據(jù)是否正確： （1）置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，打開 ALU 的三態(tài)門 ； （2）置“S3S2S1S0M”為“11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1 中的數(shù)，表示往暫存器 LT1 置數(shù)正確； （3）置“S3S2S1S0M”為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器 LT2 中的數(shù)，表示往暫存器 LT2 置數(shù)正確。 4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分

9、析（寫清楚實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析，寫出不少于200字的心得）1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：LT1LT2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）Cn=1（無(wú)進(jìn)位）Cn=0(有進(jìn)位)1234H5678H0 0 0 0F= F= F=0 0 0 1F= F= F= 0 0 1 0F= F= F= 0 0 1 1F= F= F= 0 1 0 0F= F= F= 0 1 0 1F= F= F= 0 1 1 0F= F= F= 0 1 1 1F= F= F= 1 0 0 0F= F= F= 1 0 0 1F= F= F= 1 0 1 0F= F= F= 1 0 1 1F= F= F= 1 1 0 0F= F= F=

10、 1 1 0 1F= F= F= 1 1 1 0F= F= F= 1 1 1 1F= F= F= 2. 實(shí)驗(yàn)心得：本次試驗(yàn)我們首先動(dòng)手實(shí)踐的是開關(guān)控制操作方式實(shí)驗(yàn)。為了保證第一次實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌倪M(jìn)行，我和我的搭檔在做實(shí)驗(yàn)前事先對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了預(yù)習(xí)。因此對(duì)做實(shí)驗(yàn)起到了很大的幫助，另外，指導(dǎo)老師在大家真正進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，強(qiáng)調(diào)了為了使連線統(tǒng)一，對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。指導(dǎo)老師還提醒我們ALU-G和C-G不能同時(shí)為0，否則造成總線沖突以致于損壞芯片！我和搭檔在做實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的最大問題就是在輸入數(shù)據(jù)時(shí)D15D0的對(duì)應(yīng)問題，是用4位二

11、進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一位數(shù)字。經(jīng)過老師的講解和幫助，我們解決了這個(gè)問題，并輸入了多組數(shù)據(jù)，同時(shí)觀察了算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的輸出值的不同。通過這次實(shí)驗(yàn)我們需要掌握運(yùn)算器的組成及工作原理，了解4 位函數(shù)發(fā)生器74LS181 的組合功能，熟悉運(yùn)算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作的具體實(shí)現(xiàn)過程；驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的74LS181 的功能。實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)二 存儲(chǔ)器讀寫和總線控制實(shí)驗(yàn)姓 名專 業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號(hào)實(shí)驗(yàn)日期班 級(jí)成 績(jī)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1、掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的特性和使用方法。 2、掌握地址和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)總線的傳送關(guān)系。 3、了解運(yùn)算器和存儲(chǔ)器如何協(xié)同工作。 2.實(shí)驗(yàn)要求： 預(yù)習(xí)半導(dǎo)體

12、靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 6116的功能 。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)原理，必要實(shí)驗(yàn)原理圖、連接圖等）1.實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由 2片6116（2K×8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線 D0D15 接到數(shù)據(jù)總線，地址線 A0A7 由地址鎖存器 74LS273(集成于 EP1K10 內(nèi))給出。黃色地址顯示燈 A7-A0與地址總線相連，顯示地址總線的內(nèi)容。綠色數(shù)據(jù)顯示燈與數(shù)據(jù)總線相連，顯示數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。 因地址寄存器為8位，接入 6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10 接地，所以其實(shí)際容量為28256 字節(jié)。6116 有三個(gè)控制線，/CE（片選）、/R（讀）、/W（寫）。其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致

13、。 當(dāng)LARI為高時(shí)， T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄存器。當(dāng)WEI為高時(shí)，T3 的上升沿使6116進(jìn)入寫狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)靜態(tài) RAM 的存儲(chǔ)方式，往 RAM 的任意地址里存放數(shù)據(jù)，然后讀出并檢查結(jié)果是否正確。2.電路組成：電路圖見圖3-1，6116 的管腳分配和功能見圖3-2。 3.連接圖：線路圖：三、實(shí)驗(yàn)過程（寫清楚實(shí)驗(yàn)過程做的主要步驟，有程序設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)寫出程序設(shè)計(jì)思路、流程圖等） 注：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。 本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 連線時(shí)應(yīng)注意

14、：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 2、撥動(dòng)清零開關(guān)CLR，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮滅亮。 3、往存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)： 以往存儲(chǔ)器的（FF） 地址單元寫入數(shù)據(jù)“AABB”為例，操作過程如下： 4、按上述步驟按表32所列地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù) 5、從存儲(chǔ)器里讀數(shù)據(jù)： 以從存儲(chǔ)器的（FF） 地址單元讀出數(shù)據(jù)“AABB”為例，操作過程如下： 6、按上述步驟讀出表32數(shù)據(jù)，驗(yàn)證其正確性。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（寫清楚實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析，寫出不少于200字的心得）1. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果·：輸入存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)以及地址均成功讀出。2.實(shí)驗(yàn)心得： 首先

15、我在做實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器 6116的功能及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的工作原理及原理圖、實(shí)驗(yàn)連接圖。其次在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中要注意為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。這次實(shí)驗(yàn)需要我們掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的特性和使用方法，并且清楚地址和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)總線的傳送關(guān)系，了解運(yùn)算器和存儲(chǔ)器如何協(xié)同工作。將數(shù)據(jù)及地址寫入存儲(chǔ)器中，再將該數(shù)據(jù)通過存儲(chǔ)器的讀操作讀出，將所有數(shù)據(jù)及地址意義讀入寫出即可。實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)三 微程序控制器原理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)四

16、 微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)姓 名專 業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號(hào)實(shí)驗(yàn)日期班 級(jí)成 績(jī)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅?）微程序控制器原理實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握微程序控制器的組成及工作過程； 2.實(shí)驗(yàn)要求： 1復(fù)習(xí)微程序控制器工作原理； 2預(yù)習(xí)本電路中所用到的各種芯片的技術(shù)資料。 （2）微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?深入掌握微程序控制器的工作原理，學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的微程序。 2.實(shí)驗(yàn)要求： 1復(fù)習(xí)微程序控制器工作原理； 2復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)微程序的有關(guān)知識(shí)。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)原理，必要實(shí)驗(yàn)原理圖、連接圖等）微程序控制器原理實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)原理： 1、 寫入微指令： 在寫入狀態(tài)下，圖 4-1（a）中 K2 須為高電平狀態(tài)，K3

17、須接至脈沖/T1 端，否則無(wú)法寫入。MS1MS24 為 24 位寫入微代碼，在鍵盤方式時(shí)由鍵盤輸入，在開關(guān)方式時(shí)由24位微代碼開關(guān)提供。uA5uA0為寫入微地址，在鍵盤方式時(shí)由鍵盤輸入，在開關(guān)方式時(shí)由微地址開關(guān)提供。K1須接低電平使74LS374 有效，在脈沖 T1時(shí)刻，uAJ1 的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址（如圖 4-1（b）所示），同時(shí)寫脈沖將 24 位微代碼寫入當(dāng)前微地址中（如圖 4-1（a）所示）。 2、 讀出微指令： 在寫入狀態(tài)下，圖 4-1（a）中 K2 須為低電平狀態(tài)，K3須接至高電平。K1須接低電平使74LS374 有效，在脈沖 T1 時(shí)刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址 uA5uA

18、0（如圖4-1（b）所示），同時(shí)將當(dāng)前微地址的 24 位微代碼由MS1MS24輸出。3、 運(yùn)行微指令： 在運(yùn)行狀態(tài)下，K2 接低電平，K3 接高電平。K1 接高電平。使控制存儲(chǔ)器 2816處于讀出狀態(tài)，74LS374 無(wú)效因而微地址由微程序內(nèi)部產(chǎn)生。在脈沖 T1 時(shí)刻，當(dāng)前地址的微代碼由MS1MS24輸出；T2 時(shí)刻將MS24MS7打入 18位寄存器中，然后譯碼輸出各種控制信號(hào)（如圖 4-1（c）所示，控制信號(hào)功能見實(shí)驗(yàn)五）；在同一時(shí)刻MS6MS1被鎖存，然后在T3時(shí)刻，由指令譯碼器輸出的 SA5SA0 將其中某幾個(gè)觸發(fā)器的輸出端強(qiáng)制置位，從而形成新的微地址uA5uA0，這就是將要運(yùn)行的下一條

19、微代碼的地址。當(dāng)下一個(gè)脈沖T1 來(lái)到時(shí)，又重新進(jìn)行上述操作。 4、脈沖源和時(shí)序： 在開關(guān)方式下，用脈沖源和時(shí)序電路中“脈沖源輸出”作為時(shí)鐘信號(hào)，f 的頻率為1MHz，f/2的頻率為500KHz，f/4的頻率為250KHz，f/8 的頻率為125KHz，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)自行選擇一種頻率的方波信號(hào)。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將“脈沖源輸出”的四個(gè)方波信號(hào)任選一種接至“信號(hào)輸入”的“fin”， 時(shí)序電路即可產(chǎn)生 4 種相同頻率的等間隔的時(shí)序信號(hào) T1T4。電路提供了四個(gè)按鈕開關(guān)，以供對(duì)時(shí)序信號(hào)進(jìn)行控制。工作時(shí)，如按一下“單步” 按鈕，機(jī)器處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè) CPU 周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)，波形見圖 4

20、-8。利用單步運(yùn)行方式，每次只讀一條微指令，可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。如按一下“啟動(dòng)” 按鈕，機(jī)器連續(xù)運(yùn)行，時(shí)序電路連續(xù)產(chǎn)生如圖 4-9的波形。此時(shí)，按一下“停止” 按鈕，機(jī)器停機(jī)。 按動(dòng)“單脈沖”按鈕，“ T+”和“T-”輸出圖410的波形： 各個(gè)實(shí)驗(yàn)電路所需的時(shí)序信號(hào)端均已分別連至“控制總線”的“T1、T2、T3、T4”，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需將脈沖源及時(shí)序電路”模塊的“T1、T2、T3、T4” 端與“控制總線”的“T1、T2、T3、T4” 端相連，即可給電路提供時(shí)序信號(hào)。 對(duì)于鍵盤方式的實(shí)驗(yàn)，所需脈沖信號(hào)由系統(tǒng)監(jiān)控產(chǎn)生（其波形與脈沖方式相同），并通過控制總線的 F1F4輸出。實(shí)驗(yàn)時(shí)

21、只需將“控制總線”的“F4F3F2F1”與“T4T3T2T1”相連，即可給電路提供時(shí)序信號(hào)。 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?往EEPROM里任意寫 24位微代碼，并讀出驗(yàn)證其正確性。 本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。連線時(shí)應(yīng)注意：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 按圖412接線圖接線： 2.電路組成： 微程序控制器的原理圖見圖 4-1(a)、4-1(b)、4-1(c)。 以上電路除一片三態(tài)輸出

22、8D 觸發(fā)器 74LS374、三片 EEPROM2816 和一片三態(tài)門74LS245，其余邏輯控制電路均集成于 EP1K10 內(nèi)部。28C16、74LS374、74LS245 芯片的技術(shù)資料分別見圖 4-2圖4-4。 線路圖：微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 編寫幾條可以連續(xù)運(yùn)行的微代碼，熟悉本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的微代碼設(shè)計(jì)方式。表 52為幾條簡(jiǎn)單的可以連續(xù)運(yùn)行的二進(jìn)制微代碼表： 注意UA5-UA0的編碼規(guī)律，觀察后續(xù)地址。表5-2 實(shí)驗(yàn)五微代碼表 以下舉例說明微代碼的含義： 1、 微地址“000011”：讀 Y1 設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)打入地址寄存器。然后跳轉(zhuǎn)至微地址“000100”。 2、 微地址“0

23、00100”：讀Y1設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器2，然后跳轉(zhuǎn)至微地址“001000”。 3、 微地址“011000”：運(yùn)算暫存器 1 數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)總線，將該數(shù)據(jù)寫入 Y1 設(shè)備，然后跳轉(zhuǎn)至微地址“011001”。 4、 微地址“011001”：讀Y1設(shè)備上的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行P1 測(cè)試。由于未對(duì)指令寄存器操作，I7I0均為0，強(qiáng)制置位無(wú)效，仍跳轉(zhuǎn)至后續(xù)微地址“000000”。本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，相應(yīng)指示燈亮代表高電平 “1”，指示燈滅代表低電平“0”。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。連線時(shí)應(yīng)注意：對(duì)于橫排座，應(yīng)使排線插頭

24、上的箭頭面向自己插在橫排座上；對(duì)于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 按圖56接線圖接線：三、實(shí)驗(yàn)過程（寫清楚實(shí)驗(yàn)過程做的主要步驟，有程序設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)寫出程序設(shè)計(jì)思路、流程圖等）（一）微程序控制器原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟： 1) 觀測(cè)時(shí)序信號(hào)： 用雙蹤示波器觀察脈沖源及時(shí)序電路的“f/4”、“T1、T2、T3、T4”端，按動(dòng)【啟動(dòng)】按鈕，觀察“f/4”、“T1、T2、T3、T4”各點(diǎn)的波形，比較它們的相互關(guān)系，畫出其波形，并與圖49比較。 2）寫微代碼 (以寫表4-1的微代碼為例) ： 首先將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3 撥到寫入狀態(tài)，即 K1 off、K2 on、K3 off，

25、然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4 撥到 on 狀態(tài)。置控制開關(guān) UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 置 24 位微代碼開關(guān)MS24-MS1為：“00000000 00000000 00000001”，按脈沖源及時(shí)序電路的【單步】，黃色微地址燈顯示“000 000”，表明已寫入微代碼。保持K1K2K3K4 狀態(tài)不變，寫入表41的所有微代碼。 3）讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)果： 將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即 K1 off、K2 off、K3 on，然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4 撥到 off 狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5

26、UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按脈沖源及時(shí)序電路的【單步】，黃色微地址燈顯示“000 000”，24 位微代碼顯示“00000000 0000000000000001”，即第一條微代碼。保持 K1K2K3K4 狀態(tài)不變，改變UA5 UA0 微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表41的微代碼比較，驗(yàn)證是否正確。（二）微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)步驟： 2) 寫微代碼 (以寫表 5-3的微代碼為例) ： 首先將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3 撥到寫入狀態(tài)，即K1 off、K2 on、K3 off，然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4撥到 on狀態(tài)。置控制開關(guān) UA

27、5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 置 24 位微代碼開關(guān)MS24-MS1為：“00000000 00000000 00000001”，輸入24位二進(jìn)制微代碼，按【單步】，紅色微地址燈顯示“000 000”，寫入微代碼。保持 K1K2K3K4 狀態(tài)不變，寫入表41的所有微代碼。 3) 讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)果： 將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3 撥到讀出狀態(tài)，即 K1 off、K2 off、K3 on，然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4 撥到 off 狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按【單步】，黃色微地址燈

28、顯示“000 000”，24 位微代碼顯示“00000000 00000000 00000001”，即第一條微代碼。保持K1K2K3K4 狀態(tài)不變，改變UA5 UA0微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表 53 的微代碼比較，驗(yàn)證是否正確。如發(fā)現(xiàn)有誤，則需重新輸入微代碼。 4) 運(yùn)行微代碼： 將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即K1 on、 K2 off、 K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4撥到off狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān)CLR，使微地址和地址指示燈全滅。置控制開關(guān)“UA5-UA0“000 000”，程序運(yùn)行入口地址為 000000，按【單步】

29、，運(yùn)行微代碼，觀察黃色微地址顯示燈，顯示 “000001”，再按【單步】，顯示為“000010”，連續(xù)按【單步】，則可單步運(yùn)行微代碼，注意觀察微地址顯示燈和微代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，微地址顯示燈顯示從“000000”開始，到“000001”、“000010”、“000011”、“000100”、“001000”、“001001”、“010000”、“010101”、“011000”、“011001”再到“000000”，循環(huán)顯示。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（寫清楚實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析，寫出不少于200字的心得）1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2. 實(shí)驗(yàn)心得： 本次試驗(yàn)主要研究的問題是微程序的設(shè)計(jì)，這次實(shí)驗(yàn)要求我們?cè)趯?shí)驗(yàn)前應(yīng)當(dāng)復(fù)習(xí)微程

30、序控制器工作原理以及計(jì)算機(jī)微程序的有關(guān)知識(shí)。復(fù)習(xí)微程序控制器工作原理也是必不可少的，這些我和我的搭檔通過查閱資料以及翻閱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書從而進(jìn)行了復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)。 按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書上的步驟，我們需要將列表中的位地址及24位微代碼全部輸入，在這過程當(dāng)中由于數(shù)字過多，輸入出現(xiàn)了問題，經(jīng)過讀操作時(shí)發(fā)現(xiàn)了問題，于是重新修改，并驗(yàn)證正確。本實(shí)驗(yàn)中K1，K2，K3經(jīng)常是容易忽略的步驟，經(jīng)常因?yàn)槿齻€(gè)開關(guān)的設(shè)定忘了改變而導(dǎo)致輸入，讀出出現(xiàn)問題。通過本次試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四的原理在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)了掌握，同時(shí)也使微程序這塊知識(shí)得到了鞏固，有了更深層次的了解。實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)五 簡(jiǎn)單模型機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)姓 名專 業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)

31、號(hào)實(shí)驗(yàn)日期班 級(jí)成 績(jī)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1. 在掌握各部件功能的基礎(chǔ)上，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)整機(jī)系統(tǒng)模型機(jī)； 2. 了解微程序控制器是如何控制模型機(jī)運(yùn)行的，掌握整機(jī)動(dòng)態(tài)工作過程; 3. 定義五條機(jī)器指令，編寫相應(yīng)微程序并具體上機(jī)調(diào)試。 2.實(shí)驗(yàn)要求： 1. 復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)組成的基本原理； 2. 預(yù)習(xí)本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)知識(shí)和內(nèi)容 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（包括實(shí)驗(yàn)原理，必要實(shí)驗(yàn)原理圖、連接圖等）1.實(shí)驗(yàn)原理： 在實(shí)驗(yàn) 5 中，我們學(xué)習(xí)了如何設(shè)計(jì)微程序來(lái)產(chǎn)生各部分的控制信號(hào)。在本實(shí)驗(yàn)中我們將學(xué)習(xí)讀、寫機(jī)器指令和運(yùn)行機(jī)器指令的完整過程。在機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，從CPU從內(nèi)存取出一條機(jī)器指令到執(zhí)行結(jié)束為一

32、個(gè)指令周期，指令由微指令組成的序列來(lái)完成，一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。另外，讀、寫機(jī)器指令也分別由相應(yīng)的微程序段來(lái)完成。 為了向 RAM 中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí)行，必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制操作微程序。 存儲(chǔ)器讀操作（MRD）：撥動(dòng)清零開關(guān) CLR 對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入 CA1、CA2為“00”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì)RAM連續(xù)讀操作。 存儲(chǔ)器寫操作（MWE）：撥動(dòng)清零開關(guān) CLR 對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸入 CA1、CA2為“10”時(shí)，按“單步”鍵，可對(duì) RAM連續(xù)寫操作。 啟動(dòng)程序（RUN）：撥動(dòng)開關(guān) CLR對(duì)地址、指令寄存器清零后，指令譯碼輸

33、入 CA1、CA2為“11”時(shí)，按“單步”鍵，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取指”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。 注：CA1、CA2 由控制總線的 E4、E5 給出。鍵盤操作方式時(shí)由監(jiān)控程序直接對(duì) E4、E5 賦值，無(wú)需接線。開關(guān)方式時(shí)可將 E4、E5接至控制開關(guān) CA1、CA2，由開關(guān)來(lái)控制。模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖見圖6-1。 圖中運(yùn)算器ALU由U7U10四片74LS181 構(gòu)成，暫存器 1由 U3、U4兩片 74LS273構(gòu)成，暫存器 2由U5、U6 兩片74LS273 構(gòu)成。微控器部分控存由U13U15 三片2816構(gòu)成。除此之外，CPU 的其它部分都由EP1K10 集成（其原理見系統(tǒng)介紹部分）。 存儲(chǔ)器部分由兩

34、片6116構(gòu)成16位存儲(chǔ)器，地址總線只有低八位有效，因而其存儲(chǔ)空間為 00HFFH。輸出設(shè)備由底板上的四個(gè) LED 數(shù)碼管及其譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，當(dāng) D-G 和 W/R 均為低電平時(shí)將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示。在開關(guān)方式下，輸入設(shè)備由 16 位電平開關(guān)及兩個(gè)三態(tài)緩沖芯片 74LS244 構(gòu)成，當(dāng) DIJ-G 為低電平時(shí)將 16位開關(guān)狀態(tài)送上數(shù)據(jù)總線。在鍵盤方式或聯(lián)機(jī)方式下，數(shù)據(jù)可由鍵盤或上位機(jī)輸入，然后由監(jiān)控程序直接送上數(shù)據(jù)總線，因而外加的數(shù)據(jù)輸入電路可以不用。 系統(tǒng)涉及到的微程序流程見圖 6-2（圖中各方框內(nèi)為微指令所執(zhí)行的操作，方框外的標(biāo)號(hào)為該條微指令所處的八進(jìn)制微地址） ?？刂撇僮鳛?/p>

35、P4 測(cè)試，它以CA1、CA2 作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了寫機(jī)器指令、讀機(jī)器指令和運(yùn)行機(jī)器指令 3 路分支，占用 3 個(gè)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(gè)微地址單元隨意填寫。 機(jī)器指令的執(zhí)行過程如下：首先將指令在外存儲(chǔ)器的地址送上地址總線，然后將該地址上的指令傳送至指令寄存器，這就是“取指”過程。之后必須對(duì)操作碼進(jìn)行P1測(cè)試，根據(jù)指令的譯碼將后續(xù)微地址中的某幾位強(qiáng)制置位，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址，這就是“譯碼”過程（其原理見圖 5-4）。然后才順序執(zhí)行該段微程序，這是真正的指令執(zhí)行過程。 在所有機(jī)器指令的執(zhí)行過程中，“取指”和“譯碼”是必不

36、可少的，而且微指令執(zhí)行的操作也是相同的，這些微指令稱為公用微指令，對(duì)應(yīng)于圖6-2中 01、02、31地址的微指令。31地址為“譯碼”微指令，該微指令的操作為P（1）測(cè)試，測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本實(shí)驗(yàn)用指令寄存器的前 4 位（I7-I4）作為測(cè)試條件，出現(xiàn) 5 路分支，占用 5 個(gè)固定微地址單元。 當(dāng)全部微程序流程圖設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表 6-2 即為將圖 6-2 的微程序流程按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進(jìn)制微代碼表”。 3. 連接圖：4. 線路圖：三、 實(shí)驗(yàn)過程（寫清楚實(shí)驗(yàn)過程做的主要步驟，有程序設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)寫出程序設(shè)計(jì)思路、流程圖等）1.實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)采用五條機(jī)器指令，根據(jù)上面所說

37、的工作原理，設(shè)計(jì)參考實(shí)驗(yàn)程序如下：注：其中 MOV、JMP為雙字長(zhǎng)（32位），其余為單字長(zhǎng)指令。對(duì)于雙字長(zhǎng)指令，第一字為操作碼，第二字為操作數(shù)；對(duì)于單字長(zhǎng)指令只有操作碼，沒有操作數(shù)。上述所有指令的操作碼均為低 8 位有效，高八位默認(rèn)為 0。而操作數(shù) 8 位和 16 位均可。KIN 和DISP分別為本系統(tǒng)專用輸入、輸出設(shè)備。表62為根據(jù)本實(shí)驗(yàn)程序流程圖設(shè)計(jì)的二進(jìn)制微代碼表： 1）寫微代碼 (以寫表6-2的微代碼為例) ： 首先將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即 K1 off、K2 on、K3 off，然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4 撥到 on 狀態(tài)。置控制

38、開關(guān) UA5 UA0= “000000”，輸入微地址“000000”， 置24位微代碼開關(guān) MS24-MS1為：“0000000001111111 10010000”，輸入 24位二進(jìn)制微代碼，按【單步】，微地址燈顯示“000 000”，寫入微代碼。保持 K1K2K3K4 狀態(tài)不變，寫入表62 的所有微代碼。 2） 讀微代碼并驗(yàn)證結(jié)果：將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即 K1 off、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按【單步】，微地址燈顯示“000

39、 000”，24 位微代碼顯示“00000000 01111111 10010000”，即第一條微代碼。保持K1K2K3K4 狀態(tài)不變，改變UA5 UA0微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表 62的微代碼比較，驗(yàn)證是否正確。如發(fā)現(xiàn)有誤，則需重新輸入該微地址相應(yīng)的微代碼。 3）寫機(jī)器指令 （1）將微程序控制電路上的開關(guān) K1K2K3撥到運(yùn)行狀態(tài)，即 K1 on、K2 off、K3 on，然后將 24 位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān) K4 撥到 off 狀態(tài)。撥動(dòng)控制開關(guān)電路上的清零開關(guān) CLR，對(duì)地址寄存器、指令寄存器清零。 （2）確定清零后，把控制開關(guān)、置為“10”，按動(dòng)一次【單步】按鈕，微地址顯示燈顯示“”，再按動(dòng)一次【單步】，微地址燈顯示 “”，此 時(shí) 通 過 數(shù) 據(jù)