DAIS版本計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)2016 / 2017 學(xué)年 第 2 學(xué)期專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 第一章Dais-CMX16+系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)特點(diǎn)1. 指令格式Dais-CMX系列的指令格式，采用“變長指令字”結(jié)構(gòu)，不同指令操作碼不完全相同，操作碼的位數(shù)不固定，結(jié)構(gòu)靈活，指令的碼點(diǎn)冗余少，能充分利用指令的毎一位。可指定256種操作，即最多可以包含256條指令。在“達(dá)愛思通用匯編器”的支撐下，打造屬于自己的個(gè)性化指令系統(tǒng)，亦可設(shè)計(jì)成與十六位、八位微處理器兼容的通用指令系統(tǒng)，為模型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化與通用性設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)可操作平臺(tái)。2. 微控制器Dais-CMX系列運(yùn)用“PLA”理念，用存儲(chǔ)

2、器邏輯與組合邏輯相結(jié)合的方法構(gòu)造微控制器，根據(jù)程序需要自動(dòng)變更當(dāng)前控制邏輯，對于使用頻率高的簡單指令以及很有用又不復(fù)雜的指令選擇組合邏輯，遇復(fù)雜的、不規(guī)整需擴(kuò)充的指令選擇存儲(chǔ)器邏輯，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的微控制體系結(jié)構(gòu)。3. 后續(xù)微址Dais-CMX系列微程序控制器中隱含后續(xù)微地址（BAF），采用斷定法，由轉(zhuǎn)移控制段BCF（2位）規(guī)定后續(xù)微地址形成方式，支持順序執(zhí)行（uPC+1），進(jìn)位位轉(zhuǎn)移，零標(biāo)志轉(zhuǎn)移，無條件轉(zhuǎn)移，在取指周期以操作碼形成后續(xù)微地址。4. 總線結(jié)構(gòu)Dais-CMX系列采用三總線結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)總線（dbus）、指令總線（Ibus）和微總線（udbs），這種三者分離并行的總線結(jié)構(gòu)，遇取指

3、周期可以并行完成操作數(shù)的存取，在當(dāng)前指令結(jié)束后的首個(gè)微周期可直接進(jìn)入下一條指令的取指操作，通過微總線形成電路解釋與執(zhí)行的后續(xù)微址，因此指令總線與微總線的主要仼務(wù)是預(yù)取指與后續(xù)微址的預(yù)處理。5. 時(shí)序?qū)哟蜠ais-CMX系列擁有一個(gè)周期、節(jié)拍、脈沖組成的三級時(shí)序系統(tǒng)。以取指周期為始設(shè)了四個(gè)狀態(tài)觸發(fā)器，在組合邏輯控制中，那個(gè)觸發(fā)器為1，控制器就進(jìn)進(jìn)入那個(gè)機(jī)器周期的微操作。系統(tǒng)按序定拍，隨機(jī)器周期動(dòng)態(tài)變更節(jié)拍發(fā)生器，在非取指周期產(chǎn)生T1T3T4三拍制節(jié)拍發(fā)生器，在取指周期產(chǎn)生T1T2T3T4四拍制發(fā)生器1.2硬件環(huán)境1. 實(shí)時(shí)監(jiān)視器各部件單元都以計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有四個(gè)七

4、段數(shù)碼管顯示其十六進(jìn)制內(nèi)容，清楚明了。兩個(gè)數(shù)據(jù)流方向指示燈，以直觀反映當(dāng)前數(shù)據(jù)值及該數(shù)據(jù)從何處輸出，而又是被何單元接收的。使得系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)時(shí)即使不借助PC機(jī)，也可實(shí)時(shí)觀察數(shù)據(jù)流狀態(tài)，判斷其正確性，提供一目了然的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2. 開放式設(shè)計(jì)系統(tǒng)支持三種實(shí)驗(yàn)電路構(gòu)造方式，即實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線連接方式、單元電路的控位連接方式和實(shí)驗(yàn)電路“軟連線”方式。對于實(shí)驗(yàn)單元電路的硬布線連接方式，可采用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線從零開始在擴(kuò)展區(qū)域逐一搭起一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路；對于各單元電路的控位連接，只需使用雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線在單元電路控位與控制信號(hào)之間對應(yīng)連接，就可構(gòu)造出實(shí)驗(yàn)所需的部件控制電路；亦可使用可編程邏輯器件在線設(shè)計(jì)下載實(shí)驗(yàn)電路，實(shí)

5、現(xiàn)實(shí)驗(yàn)電路的“軟接線”。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線均通過插孔引出，并設(shè)計(jì)了40芯鎖緊插座，供用戶外設(shè)擴(kuò)展（I/O外圍設(shè)備、I/O接口器件及外部程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。3. 萬用匯編器用戶可以自定義指令微指令系統(tǒng)，用戶既可按通用計(jì)算機(jī)來定義，亦可根據(jù)自己的喜好以及實(shí)驗(yàn)的需要來定義完全屬于自己的個(gè)性化指令系統(tǒng)，達(dá)愛思萬用匯編器可對用戶定義的匯編助記符進(jìn)行匯編，自動(dòng)生成機(jī)器指令代碼微代碼。4. 單級中斷源在計(jì)算機(jī)的構(gòu)造中，對于外部突發(fā)事件的處理通常采用中斷的方式，迫使處理器暫停當(dāng)前操作無條件轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。通用計(jì)算機(jī)的中斷源由外部事件中斷和軟件定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩種，前者適用于處理外部突發(fā)事件，而后

6、者主要用于定時(shí)檢測、定時(shí)控制、定時(shí)監(jiān)督（即看門狗）。利用中斷服務(wù)子程序來提高計(jì)算機(jī)的應(yīng)變能力。因此“中斷源”是計(jì)算機(jī)組成原理中不可缺少的一個(gè)重要部件。5. 兩種控制方式（1）系統(tǒng)提供手動(dòng)控制與微控制兩種控制方式，所謂手動(dòng)控制就是用二進(jìn)制撥動(dòng)開關(guān)模擬微控制信號(hào)，以手動(dòng)方式設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的邏輯控制電位，建立“源與目”的有效狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)和完成實(shí)驗(yàn)制定的控制仼務(wù)（2）本系統(tǒng)微控制器由組合邏輯與存儲(chǔ)邏輯集合組成，兩者按獨(dú)立控制器的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，既可單獨(dú)控制，亦可交替互補(bǔ)（混合）控制，在國內(nèi)率先把PLA控制理念融入微控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中。6. 兩種實(shí)驗(yàn)方式（1）搭接：所謂“搭接”就是在部件控位與控制器控位之

7、間通過連接的方法形成控制電路。為此在“搭接”方式，首先考慮控制電路的連接，然后才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（2）在線：所謂“在線”就是以零連線為前提，為此在進(jìn)入“在線”方式前必須卸取所有實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線，然后再進(jìn)入在線方式的實(shí)驗(yàn)。7. 兩種操作環(huán)境（1）系統(tǒng)設(shè)有16個(gè)數(shù)字鍵，8個(gè)功能鍵，2×16LCD液晶顯示窗，向用戶提供了一個(gè)按鍵式操作環(huán)境。（2）系統(tǒng)設(shè)有USB與RS232接口，連接PC，通過Window調(diào)試環(huán)境及圖形方式進(jìn)行更為直觀的實(shí)驗(yàn)。8. 適當(dāng)?shù)募啥冗\(yùn)算器、組合邏輯控制器利用大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?shí)現(xiàn)，其它部件則采用通過邏輯器件來實(shí)現(xiàn)。既可讓一般學(xué)生利用現(xiàn)有的邏輯知識(shí)去認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)原理，也可讓

8、有天賦的學(xué)生進(jìn)行更高層次的開發(fā)運(yùn)用實(shí)踐。1.3軟件環(huán)境Dais-CMX軟件支持Windows98/2000/XP/Vista，集成編輯器、匯編器、調(diào)試器，具有模擬調(diào)試，可模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本功能。1. 多媒體教學(xué)Dais-CMX十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理所配備的集成開發(fā)環(huán)境支持編輯、編譯，向系統(tǒng)裝載實(shí)驗(yàn)程序，提供了單拍、單步、宏單步（含斷點(diǎn)）、運(yùn)行等調(diào)試手段。還示意實(shí)驗(yàn)各部件的結(jié)構(gòu)圖、時(shí)序圖、電路原理圖。結(jié)構(gòu)圖中實(shí)時(shí)反映程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流向及相關(guān)的部件；原理圖中再現(xiàn)了各部件的詳細(xì)的組成原理；時(shí)序圖中則實(shí)時(shí)反映當(dāng)前的邏輯關(guān)系。所有這些均可通過投影儀把當(dāng)前的信息、狀態(tài)和對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行多媒體教學(xué)實(shí)

9、踐。2. 邏輯分析由于在實(shí)際工作中需要更多的利用邏輯分析工具進(jìn)行時(shí)序分析因此達(dá)愛思CMX十六位體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置具備高性能邏輯分析功能，可通過電化教學(xué)設(shè)備展示指令與時(shí)序的關(guān)系，可在實(shí)驗(yàn)時(shí)直觀地觀測到指令與時(shí)序的關(guān)系，可有效的提高教學(xué)效果。3. 模型機(jī)結(jié)構(gòu)圖該窗口中完全模擬了模型機(jī)結(jié)構(gòu)框圖，能實(shí)時(shí)反應(yīng)程序執(zhí)行過程中各單元狀態(tài)變化，總線的數(shù)據(jù)流向。點(diǎn)擊各模塊即可在線修改部件數(shù)據(jù)。4. 微程序及跟蹤器跟蹤器窗口跟蹤程序的執(zhí)行過程，包括：微程序注釋、微地址、微指令、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)去向、總線規(guī)則、ALU運(yùn)算表達(dá)式、微變址、EM地址、PC、uPC。1.4系統(tǒng)構(gòu)成Dais-CMX16+硬件組

10、成見表1-1。該十六位原理計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)與原理組成由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、開關(guān)電源、軟件三大部分組成。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上有16位通用寄存器、16位運(yùn)算器、16位累加器、16位暫存器、16位地址寄存器、11位程序計(jì)數(shù)器、16位準(zhǔn)雙向I/O單元、16位EM主存、16位RAM內(nèi)存、16位指令寄存器、8位指令譯碼寄存器、16位堆棧、單級中斷源、11位微程序計(jì)數(shù)器，擁有一個(gè)35位字長的微控制器和24位字長的組合邏輯控制器，并設(shè)置了一組24位字長的二進(jìn)制模擬開關(guān)，系統(tǒng)提供邏輯筆和24個(gè)按鍵操作環(huán)境。配有字符式LCD、USB通信口、RS232通信口及外設(shè)擴(kuò)展區(qū)。圖1-1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖表1-1 Dais-CMX16+硬件組成部件

11、名稱部件主要電路十六位運(yùn)算器單元由4片574組成AX、BX運(yùn)算源寄存器，由5256VE構(gòu)成運(yùn)算器，其內(nèi)核有十六位累加器、十六位暫存器，支持算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位運(yùn)算、進(jìn)位與零標(biāo)志控制、支持字與字節(jié)的運(yùn)算操作十六位通用寄存器由4片574組成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）十六位通用寄存器組，支持字與字節(jié)操作十六位準(zhǔn)雙向I/O口由2片574和2片245緩沖組成準(zhǔn)雙向輸入/輸出I/O，內(nèi)置16位數(shù)據(jù)開關(guān)，16只狀態(tài)燈，支持字與字節(jié)操作十六位堆棧寄存器由2片574組成十六位SP指針，支持字與字節(jié)操作十一位程序計(jì)數(shù)器由3片161組成11位PC指針，尋址范圍2K（07FFh），按字方式尋址十一位微

12、地址計(jì)數(shù)器由3片161組成11位uPC指針，尋址范圍2K（07FFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位地址寄存器由2片574組成十六位數(shù)據(jù)指針，尋址范圍64K（0FFFFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位EM主存由兩片6116組成EM主存，字容量2K（尋址范圍07FFh），支持字與字節(jié)操作十六位RAM內(nèi)存由兩片6116組成RAM內(nèi)存，字容量256個(gè)單元十六位指令寄存器由2片574組成十六位指令寄存器IR，只寫不可讀，按字節(jié)方式尋址指令譯碼器由CPLD組成八位指令譯碼器，只寫不可讀，按字節(jié)寫入中斷源由D觸發(fā)器組成中斷允許、中斷請求及中斷響應(yīng)標(biāo)志微程序控制器由兩片6264、1片6116組成微程序

13、控制器，微控制位字長24位，分段輸出微命令（24位）和下續(xù)微址（11位）。組合邏輯控制器由CPLD器件9572獨(dú)立構(gòu)成組合邏輯控制器，微控制位字長24位，內(nèi)核含有四個(gè)機(jī)器周期的狀態(tài)觸發(fā)器二十四位二進(jìn)制模擬開關(guān)及燈由24只撥動(dòng)開關(guān)及24個(gè)發(fā)光管組成二進(jìn)制模擬控制電路，在微控制狀態(tài)該24位通常用于指示當(dāng)前微邏輯，在外設(shè)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)中亦可定義為外設(shè)的I/O口外設(shè)擴(kuò)展區(qū)提供IC-40芯通用型鎖緊式擴(kuò)展插座，用于外設(shè)擴(kuò)展邏輯筆內(nèi)置邏輯筆，提供一路高低電平及脈沖測試中央控制單元由時(shí)序發(fā)生器、邏輯合成器、中斷邏輯、目態(tài)管理器、LCD顯示窗及USB、RS232等組成電源內(nèi)置高性能帶短路保護(hù)、具過流、過壓、靜電隔離

14、等功能的開關(guān)電源，輸出電壓為DC+5V/5A1.5系統(tǒng)控制實(shí)驗(yàn)裝置以STC89C58RD+單片機(jī)為核心組成系統(tǒng)的操作與控制平臺(tái)，內(nèi)置3×8鍵盤、2×16LCD顯示，RS232串行口及USB接口，配備強(qiáng)大的集成開發(fā)軟件，擁有前后臺(tái)兩個(gè)操作環(huán)境。在它的管理下形成以下兩種工作狀態(tài)。1. 系統(tǒng)待令狀態(tài)（也稱為系統(tǒng)管理狀態(tài)）在待令態(tài)，原理計(jì)算機(jī)組件實(shí)際上就是單片機(jī)外設(shè)，管理CPU對它們擁有100%的操控權(quán)，預(yù)置初始化信息，注入機(jī)器指令代碼和微操作代碼，訪問指令部件，查尋和修改通用寄存器、I/O、SP指針，收集運(yùn)算器及外設(shè)信息，根據(jù)用戶訴求定義和存儲(chǔ)當(dāng)前控制模式與連接方式，按操作命令控

15、制模型機(jī)的啟停。2. 目標(biāo)機(jī)運(yùn)行態(tài)（也稱為實(shí)驗(yàn)工作狀態(tài)）在目標(biāo)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，管理CPU實(shí)時(shí)跟蹤模型機(jī)運(yùn)行軌跡，動(dòng)態(tài)捕捉模型機(jī)現(xiàn)場信息，受理中斷請求，隨機(jī)變更微控制模式，監(jiān)視和控制模型機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行。遇暫停命令凍結(jié)模型機(jī)現(xiàn)場，向上位機(jī)及LCD顯示器傳遞模型機(jī)現(xiàn)場信息，返管理態(tài)待令。3. 模式字與連接字設(shè)置警告實(shí)驗(yàn)裝置把用戶設(shè)置的模式字與連接字存儲(chǔ)在STC89C58RD+單片機(jī)內(nèi)部FLASH空間，永久性保留用戶操作信息，即使“掉電”也不會(huì)丟失和失憶。上電時(shí)管理CPU在初始化操作中總是按原始模式進(jìn)入系統(tǒng)的待令狀態(tài)，為實(shí)驗(yàn)的銜接與延續(xù)提供了方便。模式字與連接字的存儲(chǔ)是以FLASH扇區(qū)擦除為前提的，從延緩F

16、LASH壽命的角度出發(fā)，我們提倡根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程正確設(shè)定模式字與連接字，不要隨意變更當(dāng)前工作模式，我們的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中所描述的方式設(shè)置，僅用于說明當(dāng)前適用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在實(shí)際操作中若遇系統(tǒng)存在環(huán)境與實(shí)驗(yàn)所需環(huán)境不符的情況下，才進(jìn)入模式字與連接字的設(shè)置。在使用中同一課時(shí)應(yīng)選擇一種方式進(jìn)行。切記在方式設(shè)置中要堅(jiān)持先判斷后設(shè)置，避免盲目設(shè)置，杜絕頻繁設(shè)置。STC89C58RD+內(nèi)部FLASH擦寫可靠次數(shù)為100,000次，因此實(shí)驗(yàn)中正常的模式設(shè)置是系統(tǒng)默認(rèn)和許可的，一旦出現(xiàn)方式失憶，也可上電隨機(jī)設(shè)置，對于上機(jī)實(shí)驗(yàn)來講增加了一個(gè)方式設(shè)置的環(huán)節(jié)。另外亦可把STC89C58RD+提交廠方重新定位內(nèi)部FLASH扇區(qū)

17、，恢復(fù)當(dāng)前工作模式的永久性保留與記憶的功能。第二章 手動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)所謂手動(dòng)控制，就是用二進(jìn)制撥動(dòng)開關(guān)模擬微控制信號(hào)，以手動(dòng)方式設(shè)置相互關(guān)聯(lián)的邏輯控制電位，建立“源與目”的有效狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)和完成實(shí)驗(yàn)制定的控制仼務(wù)。手動(dòng)控制是原理計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)，我們從部件單元電路入手，圍饒單元部件、關(guān)聯(lián)部件及微控制器由淺入深地逐一展開，為原理模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。本系統(tǒng)手控態(tài)提供“在線”與“搭接”兩種實(shí)驗(yàn)方式?！霸诰€”態(tài)按微控制器設(shè)計(jì)規(guī)范定義和命名控制信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須遵循，不得愈越，否則有誤。在“搭接”態(tài)可忽略微控制器組成環(huán)節(jié)，自行設(shè)計(jì)和構(gòu)造原理計(jì)算機(jī)部件，自由定義和搭接單元部件與關(guān)聯(lián)部件電路，力求提高學(xué)生的動(dòng)手

18、能力，亦為課程設(shè)計(jì)與超越創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的展開預(yù)留一個(gè)靈活而又便捷的可實(shí)施平臺(tái)2.1 手動(dòng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的建立1) 初始待令狀態(tài)上電或按復(fù)位，系統(tǒng)無條件進(jìn)入初始待令狀態(tài)，LCD顯示器按原設(shè)定的摸式顯示如下畫面：Dais-CMX16+ kldKDais-CMX16+ mudMDais-CMX16+ pldP單元手動(dòng)模式微控制器模式組合邏輯模式第1行包含了產(chǎn)品型號(hào)和控制字，第2行的光標(biāo)閃動(dòng)位顯示提示符，表示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始待令狀態(tài)，可以進(jìn)入系統(tǒng)按鍵命令所定義的操作。2) 工作摸式設(shè)置在初始待令狀態(tài)下，按【減址】鍵，LCD顯示器提示工作模式選項(xiàng)：按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“KLD”單元手動(dòng)模式，按【減址】鍵確定后，

19、詢問用戶是否使用搭接方式的選項(xiàng)：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動(dòng)模式Dais-CMX16+ kld lst y/nDais-CMX16+ kld lst y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線按【增址】鍵，將光標(biāo)移到“y”選擇搭接方式、或?qū)⒐鈽?biāo)移到“n”選擇在線方式，按【減址】鍵確定設(shè)置，返回待命狀態(tài)。Dais-CMX16+ kldK設(shè)置完畢，返回待命狀態(tài)設(shè)置工作狀態(tài)亦可借助PC系統(tǒng)在達(dá)愛思集成開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。2.2手控實(shí)驗(yàn)提示1) 初始化操作一旦進(jìn)入手控狀態(tài)，首先應(yīng)把實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)左下方“二進(jìn)制開關(guān)單元”的24位微控制開關(guān)撥至下方（即高電平信號(hào)“1”）

20、，使24位微控制狀態(tài)指示燈處“暗態(tài)”，關(guān)閉全部控制信號(hào)，完成微控制器的初始化操作。2) 控制信號(hào)的建立有效狀態(tài)的特征：本系統(tǒng)提供的是“負(fù)邏輯”控制電路，通常情況下把低電平“0”定義為有效狀態(tài)，以點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管為標(biāo)志。有效狀態(tài)的建立：結(jié)合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按實(shí)驗(yàn)要求把相關(guān)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，點(diǎn)亮對應(yīng)的發(fā)光二極管。有效狀態(tài)的控制源操作：為了避免總線的沖突與競爭，保證其唯一性，系統(tǒng)以編碼方式定義總線來源，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須按照源編碼表的要求選擇當(dāng)前總線源。例如：IN AX,i/o 源編碼開關(guān)X2、X1、X0對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)為“100”，再把“XP”、“W”對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，此時(shí)I/O口單元右上方的奇偶

21、綠色指示燈“亮”，然后按動(dòng)I/O口單元的數(shù)據(jù)開關(guān)，總線單元的顯示器及二進(jìn)制發(fā)光管應(yīng)隨之變化。目的操作：首先應(yīng)把與控制目的操作部件相對應(yīng)的二進(jìn)制開關(guān)撥向上方，即O2、O1、O0對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)為“100”，再把“OP”撥向上方，建立目的尋址的有效狀態(tài)，其特征是該部件單元周邊的黃色指示燈“亮”，然后按動(dòng)【單拍】按鈕向目的部件提供寫脈沖，把數(shù)據(jù)打入黃色指示燈處“亮”旁邊的部件中。例如：IN AX,I/O在源狀態(tài)已建立的基礎(chǔ)上，首先令I(lǐng)/O口單元的數(shù)據(jù)開關(guān)為“00010010 00110100”，以AX部件處黃色指示燈“亮”為條件按動(dòng)【單拍】按鈕，把I/O的內(nèi)容打入AX，該部件單元顯示器顯示“1234

22、H”。源與目的編碼表2-1 源與目的尋址編碼表總線源編碼在線態(tài)目的編碼M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0111禁止111禁止110ALU110MAR101SP101BX100IOR100AX011MRD011SP010XRD010IOW001RRD001XWR000PC000RWR上表中源編碼無“在線”與“搭接”之分，八中選一屬必須遵守的潛規(guī)則；之于目的編碼表的定義僅適用于“在線”方式；在“搭接”方式，由實(shí)驗(yàn)者自行定義。3）設(shè)計(jì)與連接環(huán)節(jié)提示(1) 實(shí)驗(yàn)方式設(shè)置規(guī)定由于“在線”方式下，控制器與部件之間已建立了“主從式”控制關(guān)系，也就是說控制器已進(jìn)入載體工作狀態(tài)，此

23、時(shí)若出現(xiàn)對控制器已定義部件的“實(shí)驗(yàn)搭接”，從控制角度稱謂“重疊定義”，造成總線混亂；從電路的層面講稱謂超負(fù)荷加載，危及器件安全。因此“在線”方式下對于控制器已定義部件的“實(shí)驗(yàn)電路連接”是不允許的，屬非法操作。在實(shí)驗(yàn)方式選擇與相互轉(zhuǎn)換中應(yīng)做到：由“搭接”方式轉(zhuǎn)向“在線”方式時(shí)，首先卸去所有的實(shí)驗(yàn)連接，然后才能進(jìn)入在線方式的設(shè)置操作。在進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路連接”操作之前，必須判斷當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“搭接”狀態(tài)，若否首先設(shè)置搭接實(shí)驗(yàn)方式，然后才能進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路的搭接”。(2) “搭接”態(tài)并行性設(shè)計(jì)制約二進(jìn)制模擬控制開關(guān)K23K0的負(fù)載能力為四個(gè)TTL電平，在構(gòu)造并行輸岀控制信號(hào)時(shí)它的受控部件通常以三個(gè)以

24、下為宜。為了延緩模擬控制電路的使用壽命，對于三個(gè)以上TTL電平的控制應(yīng)通過追加隔離驅(qū)動(dòng)電路的途徑耒實(shí)現(xiàn)。(3) 連接與拆除環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)連接環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)連接環(huán)節(jié)的失誤輕者影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，重者危及設(shè)備受損延誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，為此我們提倡“開電源”操作，在設(shè)備上電的環(huán)境下，首先判斷當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“搭接”狀態(tài)，若否先設(shè)置搭接實(shí)驗(yàn)方式，然后才能進(jìn)入“實(shí)驗(yàn)電路的搭接”。完成實(shí)驗(yàn)電路的連接。 實(shí)驗(yàn)拆除環(huán)節(jié)在實(shí)驗(yàn)連線拆除過程中，實(shí)驗(yàn)連線頭與頭之間的單邊碰撞不可避免，容易引發(fā)短路危及設(shè)備安全。因此切斷電源，堅(jiān)持無源拆除是唯一的選擇。另外為了延緩雙頭實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線的使用壽命，在拆除過程中應(yīng)做到抓頭不拉線，

25、只拔不拉，垂直發(fā)力，杜絕橫向硬拆。4） 手控態(tài)按鍵命名【減址】：模式選擇命令，主要用于更改“控制字”與“連接字”。【返回】：系統(tǒng)復(fù)位命令，主要用于帶預(yù)置或清零控制部件的復(fù)位。涉及的清零器件為PC、uPC、AR、A、B寄存器及CY與零標(biāo)志；涉及置位操作的是十六位I/O。2.3 手動(dòng)“在線”實(shí)驗(yàn)示例手動(dòng)“在線”態(tài)，按微控制器設(shè)計(jì)規(guī)范定義和命名部件的控制信號(hào)，用二進(jìn)制開關(guān)模擬微操作，圍繞微控制模式展開實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生逐步建立微控制器的概念，為模型機(jī)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。“在線”方式下，控制器與部件之間已建立了“主從式”控制關(guān)系，也就是說控制器已進(jìn)入載體工作狀態(tài)，因此“在線”方式下對于控制器已定義部件的“

26、實(shí)驗(yàn)電路連接”是不允許的，屬非法操作。在進(jìn)入手動(dòng)“在線”實(shí)驗(yàn)前，必須判斷當(dāng)前實(shí)驗(yàn)環(huán)境是否處“手動(dòng)”“在線”狀態(tài)，若否首先卸去所有的實(shí)驗(yàn)連接，再按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書提供的操作方法，把實(shí)驗(yàn)箱工作狀態(tài)設(shè)置為“手動(dòng)”“在線”狀態(tài)。然后才能進(jìn)入手動(dòng)“在線”示例的實(shí)踐操作。表2-2 控制位作用表控制位作用K6(M6)總線字長：0=16位字操作，1=8位字節(jié)操作K7(M7)源部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址K10(M10)源部件定義譯碼端X2K9(M9)源部件定義譯碼端X1K8(M8)源部件定義譯碼端X0K15(M15)運(yùn)算控制位：0=算術(shù)運(yùn)算，1=邏輯運(yùn)算K13(M13)運(yùn)算狀態(tài)位S2K12(M12)運(yùn)算狀

27、態(tài)位S1K11(M11)運(yùn)算狀態(tài)位S0K16(M16)目標(biāo)部件奇偶標(biāo)志：0=偶尋址，1=奇尋址K17(M17)AX運(yùn)算寄存器寫使能K18(M18)BX運(yùn)算寄存器寫使能K21(M21)EM程序存儲(chǔ)器寫使能K22(M22)PC程序計(jì)數(shù)器更新位K23(M23)當(dāng)IP有效時(shí)，E/M：0=PC裝載，1=PC加1K2(M2)IR指令寄存器寫使能，本例定義到K2位第三章 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)一 總線實(shí)驗(yàn)（一）預(yù)習(xí)部分1 . 總線是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部件間 ，按照傳輸?shù)膬?nèi)容分,總線可分為 、 和 。2 . 根據(jù)總線控制部件所處的位置，總線的控制方式可分為 (總線控制邏輯基本上集中在一起)和 (總線控制邏輯分散在總線上的各

28、部件上)。3 . 按照總線上兩部件通信時(shí)采用的方式，總線的控制方法可分為 控制和 控制。4 . 集中式總線控制方式可分為 、 和 三種。其 中 響應(yīng)時(shí)間最快， 對電路的故障最敏感。5 . 總線異步定時(shí)協(xié)議中，后一事件出現(xiàn)在總線上的 取決于前一事件的出現(xiàn)，即建立在 或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上，不需要統(tǒng)一的 信號(hào)，總線周期長度是 的。6 . 計(jì)算機(jī)中使用總線結(jié)構(gòu)便于增減外設(shè)，同時(shí)（ ）。A. 減少了信息傳輸量 B提高了信息傳輸速率 C. 減少了信息傳輸線的條數(shù) D三者均正確7 . 總線結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化，其缺點(diǎn)是（ ） A. 傳輸?shù)牡刂泛涂刂菩畔⒉荒芡瑫r(shí)出現(xiàn)B. 傳輸?shù)牡刂泛蛿?shù)據(jù)信息不能同

29、時(shí)出現(xiàn)C. 不能同時(shí)具有兩個(gè)總線主設(shè)備D. 不能同時(shí)使用多于兩個(gè)總線設(shè)備8 . 總線中地址的作用是 （ ） 。A. 選擇存儲(chǔ)器單元B. 指定存儲(chǔ)單元地址C. 選擇總線設(shè)備D. 選擇總線設(shè)備，指定存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)單元地址9 . 微機(jī)中讀寫信號(hào)的作用是（ ）A. 決定數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)流方向 B控制存儲(chǔ)器操作類型C. 控制存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的流向 D三者均正確10 . 在（ ）的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，外設(shè)可以和主存儲(chǔ)器單元統(tǒng)一編址，因此可以不使用獨(dú)立的IO指令。A單總線 B雙總線 C.三總線 D以上三種總線11 . 設(shè)一個(gè)32位微處理器配有16位的外部數(shù)據(jù)總線，時(shí)鐘頻率為50 MHz，若總線傳輸?shù)淖疃讨芷跒?個(gè)時(shí)鐘周

30、期，試問處理器的最大數(shù)據(jù)傳輸率是多少?著想提高一倍數(shù)據(jù)傳輸率，可采用什么措施?（二）實(shí)驗(yàn)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)繒A1. 熟悉和了解總線的數(shù)據(jù)通路、雙向互遞原理及尋址方式與運(yùn)用規(guī)則。2. 掌握十六位數(shù)據(jù)總線中“字”與“字節(jié)”操作方法及源與目的奇偶效應(yīng)。二、實(shí)驗(yàn)要求通過總線的數(shù)據(jù)傳遞實(shí)驗(yàn)，建立“奇偶”概念，領(lǐng)會(huì)字尋址中對字節(jié)操作的動(dòng)態(tài)定義。三、實(shí)驗(yàn)原理系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線作為計(jì)算機(jī)傳遞信息的通道是連接各個(gè)功能部件的紐帶，在計(jì)算機(jī)中起著至關(guān)重要的作用。模型機(jī)的工作過程就是計(jì)算機(jī)各個(gè)功能部件之間的信息，通過數(shù)據(jù)總線不斷有序流動(dòng)的過程。 圖3-1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖1. 字與字節(jié)體系本系統(tǒng)總線寬度為十六位，設(shè)有字長控位“W”

31、，當(dāng)W=0，由源尋址的奇偶性決定當(dāng)前總線寬度，遇源址為偶時(shí)其字長寬度為十六位；當(dāng)源址為奇或W=1時(shí)，字長寬度為八位，形成圖2-4-9所示的奇（八位）與偶（八位）互通的字節(jié)總線。圖3-2 奇偶互通字節(jié)總線體系結(jié)構(gòu)圖2. 源奇偶的運(yùn)用圖3-2所示，我們按原理計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)范，以字節(jié)為基準(zhǔn)把十六位數(shù)據(jù)總線劃分奇與偶倆路八位總線，其中“D15D8”稱為“奇總線”，“D7D0”稱為“偶總線”；在字節(jié)傳遞中由于總線的互通，形成“奇送偶”或“偶送奇”的八位字節(jié)總線，其使能端定義為低電平選通，邏輯表達(dá)式為： G（偶字節(jié)）= !W（字長）# XP（源奇偶） G（奇字節(jié)）= !XP（源奇偶）從上倆式可知，圖3-2

32、所示的奇偶總線由字長“W”和源奇偶“XP”動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以下三狀態(tài)：在W=0時(shí)遇XP=0，由于G（偶字節(jié)）與G（奇字節(jié)）處隔離態(tài)“1”，形成“D15D0”十六位字總線源。在W=1時(shí)遇XP=0，由于G（偶字節(jié)）為“0”，G（奇字節(jié)）“1”，形成“偶送奇的八位字節(jié)總線源。遇XP=1時(shí)，由于G（奇字節(jié)）為“0”，G（偶字節(jié)）為“1”，無條件形成“奇送偶”的八位字節(jié)總線源。3. 目的奇偶的運(yùn)用在目的尋址中亦由字長控位“W”與目的地址的奇偶性動(dòng)態(tài)定義當(dāng)前目的字長。在W=0又遇目的址為偶時(shí)，其目的傳遞為字操作，否則均為字節(jié)傳遞，其邏輯表達(dá)式為： !O（偶字節(jié)）= !OP（目的奇偶） !O（奇字節(jié)）= !W（字長

33、）# OP（目的奇偶）上述倆式表明，由字長“W”和目的址奇偶“OP”動(dòng)態(tài)產(chǎn)生以下三種目的尋址操作在W=0時(shí)遇XP=0，由于O（偶字節(jié)）與O（奇字節(jié)）均為“0”，執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字傳遞。在W=1時(shí)遇XP=0，由于O（偶字節(jié)）=“0”、O（奇字節(jié)）=“1”,執(zhí)行以當(dāng)前目的偶址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。遇OP=1時(shí)，由于O（奇字節(jié)）=“0”、O（偶字節(jié)）=“1”，無條件執(zhí)行以當(dāng)前目的奇址為目標(biāo)的字節(jié)傳遞。4. 數(shù)據(jù)傳遞規(guī)則系統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字操作中動(dòng)態(tài)地融入了字節(jié)操作的過程，其源奇偶映射總線寬度，而目的奇偶則制約傳遞長度。系統(tǒng)在十六位原理計(jì)算機(jī)的字節(jié)操作中運(yùn)用總線互聯(lián)機(jī)制，以源址的奇偶性形成

34、“奇遞偶”或“偶遞奇”兩者互通的八位字節(jié)總線。表 3-1十六位總線傳遞規(guī)則總線規(guī)則功能說明WXPOP000字傳遞（十六位傳遞）100偶送偶（低位送低位）101偶送奇（低位送高位）X10奇送偶（高位送低位）X11奇送奇（高位送高位）說明：上表中“XP”與“OP”僅為原理計(jì)算機(jī)特定的專用寄存器奇偶標(biāo)志，適用于AX、BX、SP及I/O的尋址場合；在存儲(chǔ)器尋址中應(yīng)以地址線“A0”為奇偶；在通用寄存器尋址中應(yīng)從指令格式中所定義的“源與目的”字段動(dòng)態(tài)索取奇偶標(biāo)志。四、數(shù)據(jù)傳遞實(shí)驗(yàn)1. 十六位數(shù)據(jù)傳送（字傳遞）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為字傳遞（W XP OP=000）

35、，數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：按【單拍】按鈕K19K16=1000K10K6=10000置數(shù)I/O=1234h數(shù)據(jù)來源I/O單元打數(shù)據(jù)AX=1234h2. 低位到低位（偶送偶）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為偶送偶（W XP OP=100），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：打數(shù)據(jù)AX=XX55h按【單

36、拍】按鈕K19K16=1000K10K6=10001置數(shù)I/O=XX55h數(shù)據(jù)來源I/O單元3. 低位到高位（偶送奇）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為偶送奇（W XP OP=101），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：K19K16=1001置數(shù)I/O=XXAAh按【單拍】按鈕打數(shù)據(jù)AX=AAXXhK10K6=10001數(shù)據(jù)來源I/O單元4. 高位到低位（奇送偶）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為奇送偶（

37、W XP OP=X10），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：打數(shù)據(jù)AX=XX66hK19K16=1000按【單拍】按鈕K10K6=1001X置數(shù)I/O=66XXh數(shù)據(jù)來源I/O單元5. 高位到高位（奇送奇）設(shè)置數(shù)據(jù)來源為I/O單元（X2 X1 X0=100），總線規(guī)則設(shè)為奇送奇（W XP OP=X11），數(shù)據(jù)目標(biāo)為AX（o2 o1 o0=100），撥動(dòng)“I/O輸入輸出單元”十六位數(shù)據(jù)開關(guān)，按【單拍】按鈕，將I/O單元內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線傳遞到AX寄存器，操作步驟如下：打數(shù)

38、據(jù)AX=77XXh按【單拍】按鈕K19K16=1001K10K6=1001X置數(shù)I/O=77XXh數(shù)據(jù)來源I/O單元實(shí)驗(yàn)二 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)（一）預(yù)習(xí)部分1 . 動(dòng)態(tài)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的刷新一般有 和 兩種方式之所以刷新是因?yàn)?。2 . 半導(dǎo)體靜態(tài)RAM進(jìn)行瀆寫操作時(shí)， 必須先接受 信號(hào)，再接受 和 信號(hào)。3 . 欲組成一個(gè)32K* 8位的存儲(chǔ)器，當(dāng)分別選用1K *4位，16K *1位，2K * 8位的三種不同規(guī)格的存儲(chǔ)芯片時(shí)各需 、 和 片。4 . 欲組成一個(gè)64K*16位的存儲(chǔ)器，若選用32K*8位的存儲(chǔ)芯片共需 片；若選用16K *1位的存儲(chǔ)芯片，則需 片；若選用1K *4位的存儲(chǔ)芯片共需 片。5

39、. 用1K*l位的存儲(chǔ)芯片組成容量為16K*8位的存儲(chǔ)器共需 片，若將這些芯片分裝在幾塊板上，設(shè)每塊板的容量為4K*8位，則該存儲(chǔ)器所需的地址碼總值數(shù)是 ，其中 他用于選板， 位用于選片， 位用于存儲(chǔ)芯片的片內(nèi)地址。6 . 設(shè)有八體并行低位交叉存儲(chǔ)器，每個(gè)模塊的存儲(chǔ)存量是64K* 32位，存取周期是500 ns，則在500 ns內(nèi)，該存儲(chǔ)器可向CPU提供 位二進(jìn)制信息，比單個(gè)模塊存儲(chǔ)器的速度提高了 倍。7 . 如果cache的容量為128塊，在直接映像下，主存中第i塊映像到緩存的第 塊。8 . 一個(gè)n路組相聯(lián)映像的cache中，共有M塊數(shù)據(jù)。當(dāng)n1時(shí)，該cache變?yōu)?映像;當(dāng)n=M時(shí)，該ca

40、chc成為 映像。9 . 存取周期是指( ) 。A. 存儲(chǔ)器的寫入時(shí)間B. 存儲(chǔ)器進(jìn)行連續(xù)寫操作允許的最短間隔時(shí)間C. 存儲(chǔ)器進(jìn)行連續(xù)讀或?qū)懖僮魉试S的最短間隔時(shí)間10 . 一個(gè)16K* 32位的存儲(chǔ)器，其地址線和數(shù)據(jù)線的總和是( ) A. 48 B46 C3611 . 某計(jì)算機(jī)字長是32位，它的存儲(chǔ)容量是256KB，按字編址，它的尋址范圍是( )A. 128K B64K C 64KB12 . 一個(gè)四體并行低位交叉存儲(chǔ)器，每個(gè)模塊的容量是64K* 32位，存取周期為200 ns，在下述說法中( ) 是正確的。A. 在200 ns內(nèi)，存儲(chǔ)器能向CPU提供256位二進(jìn)制信息B. 在200 ns內(nèi)，

41、存儲(chǔ)器能向CPU提供128位二進(jìn)制信息C. 在50 ns內(nèi)，每個(gè)模塊能向CPU提供32位二進(jìn)制信息13 . 在下列因素中，與cache的命中率無關(guān)的是( ) 。A. Cache塊的大小B. Cache的容量C. 主存的存取時(shí)間14 . CPU執(zhí)行一段程序時(shí)，cache完成存取的次數(shù)為1900次，主存完成存取的次數(shù)為100次，已知cache存取周期為50ns，主存存取周期為250ns，求cache-主存系統(tǒng)的效率和平均訪問時(shí)間。15 . 設(shè)有一個(gè)cache的容量為2K字，每個(gè)塊為16字。(1) 該cache可容納多少個(gè)塊？(2) 如果主存的容量是256K字，則有多少個(gè)塊？(3) 主存的地址有多少

42、位？cache地址有多少位？(4) 在直接映象方式下，主存中的第i塊映象到cache中哪一個(gè)塊中？(5) 進(jìn)行地址映象時(shí)，存儲(chǔ)器的地址分成哪幾段？各段分別有多少位？16 . 設(shè)計(jì)一個(gè)容量為9KB的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，其中ROM區(qū)4KB，選用EPROM芯片（4K×8位/片）；RAM區(qū)5KB，選用SRAM芯片（4K×4位/片和1K×8位/片）。已知地址總線 A15A0（低），數(shù)據(jù)總線D7D0（低），讀/寫線R/W，片選低電平有效。(1) EPROM芯片和SRAM芯片各需多少片？(2) 各芯片應(yīng)分別連入哪幾根地址線？(3) 畫出存儲(chǔ)器框圖,圖中應(yīng)包括存儲(chǔ)芯片，片選邏輯電路，以

43、及地址線、數(shù)據(jù)線、片選線和讀/寫線的連接。（二）實(shí)驗(yàn)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ず土私獯鎯?chǔ)器組織與總線組成的數(shù)據(jù)通路。二、實(shí)驗(yàn)要求按照實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，掌握存儲(chǔ)部件在原理計(jì)算機(jī)中的運(yùn)用。三、實(shí)驗(yàn)原理存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部件，用于存放程序和數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)的核心，是計(jì)算機(jī)必不可少的部件之一，計(jì)算機(jī)就是按存放在存儲(chǔ)器中的程序自動(dòng)有序不間斷地進(jìn)行工作。本系統(tǒng)從提高存儲(chǔ)器存儲(chǔ)信息效率的角度設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路，按現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中最為典型的分段存儲(chǔ)理念把存儲(chǔ)器組織劃分為程序段、數(shù)據(jù)段等，由此派生了數(shù)據(jù)總線（DBus）、指令總線（IBus）、微總線（Bus）等與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范相吻合的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)所用的存

44、儲(chǔ)器電路原理如圖3-3所示，該存儲(chǔ)器組織由二片6116構(gòu)成具有奇偶概念的十六位信息存儲(chǔ)體系，該存儲(chǔ)體系A(chǔ)ddBus由IP指針和AR指針分時(shí)提供，E/M控位為“1”時(shí)選通IP，反之選通AR。該存儲(chǔ)體系可隨機(jī)定義總線寬度，動(dòng)態(tài)變更總線結(jié)構(gòu)，把我們的教學(xué)實(shí)驗(yàn)提高到能與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范相匹配與接軌的層面。圖3-3 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)通路四、存儲(chǔ)器分類與尋址1. 存儲(chǔ)器組織分類表本系統(tǒng)主存EM由兩個(gè)部分組成，詳見下表3-2：分類存儲(chǔ)容量尋址范圍程序段2K07FFh數(shù)據(jù)段2K07FFh2. 程數(shù)存儲(chǔ)器源與目的尋址表3-3 程序段與數(shù)據(jù)段源尋址表3-4 程序段與數(shù)據(jù)段目的尋址源使能源編址注釋目的編址注釋X2X1X

45、0E/MWA0MWRE/MWA0011100程序段字讀0100程序段字寫10程序段偶讀10程序段偶寫X1程序段奇讀X1程序段奇寫000數(shù)據(jù)段字讀000數(shù)據(jù)段字寫10數(shù)據(jù)段偶讀10數(shù)據(jù)段偶寫X1數(shù)據(jù)段奇讀X1數(shù)據(jù)段奇寫注：在【單拍】按鈕下降沿寫入五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 數(shù)據(jù)段讀寫操作(1) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字寫在進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器字操作時(shí)，地址線A0必須為0（偶地址）。向數(shù)據(jù)段的00005h存儲(chǔ)單元寫入11 22 33 44 55 66一串?dāng)?shù)據(jù)，以0址單元寫入數(shù)據(jù)1122h為例表述操作流程。關(guān)存儲(chǔ)器寫K21=1K23 K21=00按【單拍】按鈕K19K16=1111K19K16=1100按【單拍】按鈕K10K6

46、=10000選通I/OS15S0=0打地址AR=0關(guān)閉寫選通S15S0=2211存儲(chǔ)器寫2211AR按照上述操作流程完成00020005h單元寫入33445566的操作。(2) 數(shù)據(jù)段讀操作（字）依次讀出數(shù)據(jù)段00005h單元的內(nèi)容，這里以0址單元讀出為例闡述操作流程。按【單拍】按鈕K19K16=1100K19K16=1111K10K6=01100K23=0讀存儲(chǔ)器RAM總線關(guān)閉AR寫K10K6=10000打地址AR=0000數(shù)據(jù)來源I/O單元置地址I/O=0000h執(zhí)行上述流程總線單元應(yīng)顯示2211h，若正確可按上述流程讀出00020005h單元的內(nèi)容。2. 存儲(chǔ)器程序段讀寫操作(1) 程序

47、段字節(jié)寫操作 計(jì)算機(jī)規(guī)范的取指操作均以字節(jié)為單位。所以本實(shí)驗(yàn)以字節(jié)操作方式展開。程序段寫入必須從定義地址入手，然后再進(jìn)入程序存儲(chǔ)器的寫入。 PC指針是帶預(yù)置加法計(jì)數(shù)器，因此在輸入起始地址后一旦后續(xù)地址為PC+1的話就不需重裝PC，用PC+1指令完成下續(xù)地址的讀寫操作。 PC地置地址S15S0=0址裝載寫入與PC+I/OPCPC=00001寫入流程I/O=3412h12PCPC+1存儲(chǔ)器寫34PCK22 K21 K7=101按【單拍】按鈕K22 K21=01按【單拍】按鈕K23K21 K6=1101按【單拍】按鈕K10K6=10000K23 K22=00按【單拍】按鈕按照上述PC裝載寫入與PC+

48、1寫入的流程分別對00000005寫入12345678h。(2) 程序段字節(jié)讀操作PC地址裝載讀出及PC+1讀出流程按【單拍】按鈕置地址S15S0=0I/OPCPC=0000K10K6=10000K23 K22=00按【單拍】按鈕選通存儲(chǔ)器PC總線存儲(chǔ)器讀PC+1總線K22=0按【單拍】按鈕K10K6=01101K23 K22=11存儲(chǔ)器讀PC+1總線按照上述PC裝載讀出與PC+1讀出的流程分別讀出00000005h單元內(nèi)容，應(yīng)為12345678h。實(shí)驗(yàn)三 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)（一）預(yù)習(xí)部分1 . 8位補(bǔ)碼定點(diǎn)整數(shù)所能表示的絕對值最大的負(fù)數(shù)(即最負(fù)的數(shù))為 2 . 8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的最小值為 ，最大值

49、為 。3 . 二進(jìn)制數(shù)x的真值為-0.1101，其原碼表示為 ，補(bǔ)碼表示位 反碼表示為為 4 . 補(bǔ)碼一位乘法運(yùn)算法則是通過判斷乘數(shù)最末位yn和補(bǔ)充位yn+1的值決定下一步操作。當(dāng)ynyn+1 時(shí)，執(zhí)行部分積加-x 補(bǔ)，再右移1位。當(dāng)y nyn+1 時(shí)， 執(zhí)行部分積加x補(bǔ)，再右移1位。5 . 完成浮點(diǎn)加法或減法時(shí)，需要進(jìn)行對階、求和、規(guī)格化和舍入等步驟，在對階時(shí)，使 階向 階看齊，使小階的尾數(shù)向 移位，每 移l位，其階碼加1，直到兩數(shù)的階碼相等為止。6 . 采用雙符號(hào)位的方法進(jìn)行溢出檢測時(shí)，若運(yùn)算結(jié)果中兩個(gè)符號(hào)位 ，則表明發(fā)生了溢出。若結(jié)果的符導(dǎo)位為 ，則表示發(fā)生正溢出，為 ，則表示發(fā)生負(fù)溢出

50、。7 . 在機(jī)器數(shù)（ ）中，零的表示形式是唯一的。A. 原碼 B補(bǔ)碼 c補(bǔ)碼和反碼 D原碼和反碼8 . 若浮點(diǎn)數(shù)格式為l位階符、6位階碼、1位數(shù)符、8位尾數(shù)，則浮點(diǎn)數(shù)所能表示的數(shù)的范圍是（ ）。A. -263( 12 -8 )×263 B-263( 12 -7 )×263C-264( 12 -8 )×264 D-264( 12 -7 )×2649 . 若浮點(diǎn)數(shù)用補(bǔ)碼表示，則判斷運(yùn)算結(jié)果是否為規(guī)格化數(shù)的方法是（ ）。A. 階符與數(shù)符相同為規(guī)格化數(shù)B. 階符與數(shù)符相異為規(guī)格化數(shù)C. 數(shù)符與尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)字相異為規(guī)格化數(shù)D. 數(shù)符與尾數(shù)小數(shù)點(diǎn)后第1位數(shù)字

51、相同為規(guī)格化數(shù)10 . 運(yùn)算器由許多部件組成，其核心部分是（ ）。 。A. 數(shù)據(jù)總線 B算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 C多路開關(guān) D.累加寄存器11 . 在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過（ ） 來實(shí)現(xiàn)。A. 原碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器 B. 補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制減法器C. 補(bǔ)碼運(yùn)算的十進(jìn)制加法器 D. 補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制加法器（二）實(shí)驗(yàn)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐瓿伤阈g(shù)、邏輯、移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)，熟悉ALU運(yùn)算控制位的運(yùn)用。二、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3-4所示。ALU運(yùn)算器由CPLD描述。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連，2個(gè)運(yùn)算寄存器AX、BX的數(shù)據(jù)輸入端分別由4個(gè)74LS574鎖存器鎖存，鎖存器的輸入端與數(shù)據(jù)總線相連，準(zhǔn)雙向I/O輸入輸出端口用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，經(jīng)2片74LS245三態(tài)門與數(shù)據(jù)總線相連。圖3-4運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖中AX、BX的寫控制由O2O0編碼定義，通過按【單拍】鈕完成運(yùn)算源的數(shù)據(jù)打入。三、運(yùn)算器功能編碼表3-5 ALU運(yùn)算器編碼表算術(shù)