計算機組成原理全部實驗

1、計算機組成原理講義計算機科學技術(shù)系王玉芬2012年11月3日基礎(chǔ)實驗部分 該篇章共有五個基礎(chǔ)實驗組成，分別是： 實驗一 運算器實驗 實驗二 存儲器實驗實驗三 數(shù)據(jù)通路組成與故障分析實驗實驗四 微程序控制器實驗實驗五 模型機 CPU 組成與指令周期實驗實驗一 運算器實驗運算器又稱作算術(shù)邏輯運算單元（ ALU ），是計算機的五大基本組成部件之 一，主要用來完成算術(shù)運算和邏輯運算。運算器的核心部件是加法器， 加減乘除運算等都是通過加法器進行的， 因此， 加快運算器的速度實質(zhì)上是要加快加法器的速度。機器字長 n 位，意味著能完 成兩個 n 位數(shù)的各種運算。就應該由 n 個全加器構(gòu)成 n 位并行加法器來

2、實現(xiàn)。 通過本實驗可以讓學生對運算器有一個比較深刻的了解。一、實驗目的1掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。2掌握算術(shù)邏輯運算部件的工作原理。3. 熟悉簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。4. 給定數(shù)據(jù)，完成各種算術(shù)運算和邏輯運算。二、實驗內(nèi)容：完成不帶進位及帶進位的算術(shù)運算、邏輯運算實驗 總結(jié)出不帶進位及帶進位運算的特點。三、實驗原理：1. 實驗電路圖DIP1圖4-1運算器實驗電路圖onDEIDonA | V UB iV -34EfiTSSTOSW71Z3二L1r4h SJ.-二M0-000s1口ffjLI1 c4;11 1.s|L.fa-sX.-.Mr劃rakp 単旨口 g 芯歹r-Jstala74HC1

3、81r it b:嚴_力UQh ；Fls1r、3二Tri h=iy5aan1E474ALS273： kDDrv ；：U11De-j g Sf輕Hb lp-h短 唇 TH匸74HC1811-3KaV：CM廣 h JiLT4LEeit1 lifiH h11T-UxiJIE11T*1 iLSOS2. 實驗數(shù)據(jù)流圖CNS1S2圖4-2運算器實驗數(shù)據(jù)流圖3. 實驗原理運算器實驗是在 ALU UNIT 單兀進行； 單板方式下，控制信號，數(shù)據(jù)，時序信號由實 驗儀的邏輯開關(guān)電路和時序發(fā)生器提供，SW7 -SWO八個邏輯開關(guān)用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并發(fā)送到總線上；系統(tǒng)方式下，其控制信號由系統(tǒng)機實驗平臺可視化軟件通過管理C

4、PU來進行控制，SW7 - SWO八個邏輯開關(guān)由可視化實驗平臺提供數(shù)據(jù)信號。(1) DR1，DR2 :運算暫存器，(2) LDDR1 :控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運算暫存器 DR1，高電平有效。(3) LDDR2 :控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運算暫存器 DR2，高電平有效。(4) S3， S2， S1，SO:確定執(zhí)行哪一種算術(shù)運算或邏輯運算(運算功能表見附錄1 或者課本第49頁)。(5) M : M = 0執(zhí)行算術(shù)操作；M = 1執(zhí)行邏輯操作。(6) /CN : /CN = 0表示ALU運算時最低位加進位1 ; /CN = 1則表示無進位。(7) ALU BUS:控制運算器的運算結(jié)果是否送到總線 BU

5、S，低電平有效。(8) SW BUS :控制8位數(shù)據(jù)開關(guān)SW7 SW0的開關(guān)量是否送到總線，低電平有 效。四、實驗步驟:實驗前首先確定實驗方式(是手動方式還是系統(tǒng)方式)，如果在做手動方式實驗則將方式選擇開關(guān)置手動方式位置(31個開關(guān)狀態(tài)置成單板方式)。實驗箱已標明手動方式和系 精彩文檔統(tǒng)方式標志。所有的實驗均由手動方式來實現(xiàn)。如果用系統(tǒng)方式，則必須將系統(tǒng)軟件安裝 到系統(tǒng)機上。將方式標志置系統(tǒng)模式位置。學生所做的實驗均在系統(tǒng)機上完成。其中包括 高低電平的按鈕開關(guān)信號輸入，狀態(tài)顯示均在系統(tǒng)機上進行。下面實驗以手動方式為例進 行。我們相信學生在手動方式下完成各項實驗后，進入系統(tǒng)方式會變的更加得心應手

6、。具體步驟如下：1 實驗前應將 MF OUT 輸出信號與 MF 相連接。2如果進行單板方式狀態(tài)實驗， 應將開關(guān)方式狀態(tài)設(shè)置成單板方式； 同時將位于 EDA 設(shè)計區(qū)一上方 P0K 開關(guān)設(shè)置成手動方式位置， P1K ，P2K 開關(guān)位置均設(shè)置成手動 方式位置。3 如果進行系統(tǒng)方式調(diào)試，則按上述方式相反狀態(tài)設(shè)置。4 頻率信號輸出設(shè)置：在 CPU1 UNIT 區(qū)有四個 f0-f4 狀態(tài)設(shè)置，在進行實驗時應 保證 f0-f4 四個信號輸出只能有一個信號輸出， 及 f0-f4 只有一開關(guān)在 On 的位置。5 不管是手動方式還是系統(tǒng)方式， 31 個按鈕開關(guān)初始狀態(tài)應為“ 1”即對應的指示 燈處于發(fā)光的狀態(tài)。6

7、 .位于UPC UNIT區(qū)的J1跳線開關(guān)應在右側(cè)狀態(tài)。說明：開關(guān) ALBUS；SW BUS 標識符應為“ /AL-BUS;/SW-BUS ”注意事項：AL BUS；SWBUS 不能同時按下；因為同時按下會發(fā)生總線沖突，損壞器件。實驗前把 TJ，DP 對應的邏輯開關(guān)置成 11 狀態(tài)（高電平輸出），并預置下列邏輯電平 狀態(tài)：/ALU BUS = 1 , /PC BUS = 1 , RO BUS= 1 , R1 BUS= 1 , R2- BUS= 1 時 序發(fā)生器處于單拍輸出狀態(tài)，實驗是在單步狀態(tài)下進行 DR1 ， DR2 的數(shù)據(jù)寫入及運算， 以便能清楚地看見每一步的運算過程。實驗步驟按表1進行。實

8、驗時，對表中的邏輯開關(guān)進行操作置1或清0,在對DR1 , DR2存數(shù)據(jù)時，按單次脈沖P0 （產(chǎn)生單拍T4信號）。表1中帶X的為隨機狀態(tài)，無論是 高電平還是低電平，它都不影響運算器的運算操作?？偩€ D7 D0 上接電平指示燈，顯示 參與運算的數(shù)據(jù)結(jié)果。表中列出運算器實驗任務的步驟同表 4 相同， 16 種算術(shù)操作和 16 種邏輯操作只列出 了前面4種，其它實驗步驟同表4相同。帶“T”的地方表示需要按一次單次脈沖 P0，無 “T”的地方表示不需要按單次脈沖P0 o表1運算器實驗步驟與顯示結(jié)果表S3S2S1S0M/CnLDDR1LDDR2SWBUSAL BUSSW7SW0D7D0P0注釋X X X

9、XXX000155H55HX X X XXX0001AAHAAHX X X XXX100155H55HT向DR1送數(shù)X X X XXX0101AAHAAHT向DR2送數(shù)1 1 1 11X0010XXH55H讀出DR1數(shù)1 0 1 01X0010XXHAAH讀出DR2數(shù)X X X XXX1001AAHAAHT向DR1送數(shù)X X X XXX010155H55HT向DR2送數(shù)0 0 0 0010010XXHAAH算術(shù)運算0 0 0 0000010XXHABH算術(shù)運算0 0 0 01X0010XXH55H邏輯運算0 0 0 1010010XXHFFH算術(shù)運算0 0 0 1000010XXH00H算術(shù)運

10、算0 0 0 11X0010XXH00H邏輯運算0 0 1 0010010XXHAAH算術(shù)運算0 0 1 0000010XXHABH算術(shù)運算0 0 1 01X0010XXH55H邏輯運算0 0 1 1010010XXHFFH算術(shù)運算0 0 1 1000010XXH00H算術(shù)運算0 0 1 11X0010XXH00H邏輯運算運算器實驗時，把與T4信號相關(guān)而本實驗不用的LDRO , LDR1 , LDR2接低電平, 否則影響實驗結(jié)果。其它注意事項：進行系統(tǒng)方式實驗時應注意如下幾點：實驗前應將MF-OUT輸出信號與MF相連接。1、檢查通訊電纜是否與計算機連接正確。2、開關(guān)方式狀態(tài)應置成系統(tǒng)方式；（3

11、1個開關(guān)）。3、POK、P1K、P2K都置成系統(tǒng)方式；4、信號連接線必須一一對應連接好。即在實驗機左上方的信號接口與實驗機右下方 的信號接口分別一一對應連接。左上方右下方地址指針址指地址總線地址總線（在實驗機右側(cè)中部）數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線（在實驗機右側(cè)中部）運算暫存器DR1運算暫存器運算暫存器DR2運DRa存器微地址微地址檢查完畢可以通電；注意事項：1、計算機屏幕上所有的按鈕與實驗機上的按鈕完全對應。2、在做實驗時，要保證總線不發(fā)生沖突。即對總線操作時只有一個操作狀態(tài)有效。3、運算器、存儲器、數(shù)據(jù)通路，三個實驗按操作步驟操作即可實驗二 、存儲器實驗一、實驗目的1. 掌握存儲器的數(shù)據(jù)存取方式。2.

12、了解 CPU 與主存間的讀寫過程。3. 掌握半導體存儲器讀寫時控制信號的作用。二、實驗內(nèi)容：向 RAM 中任一存儲單元存入數(shù)據(jù)；并讀出任一單元的數(shù)據(jù)三、實驗原理1.實驗電路（見下圖）VTTJni 陀o|d1.Vv vvvvvH 4 I J *h iJHCJ L ALSLZ-l*1M!1LHMTT-S-pLdLS-匸Az6116VEEr74ALS271 *忑6$占目st2.實驗原理存貯器實驗電路由RAM (6116 ), AR (74LS273 )等組成。SW7 SWO為邏輯開關(guān) 量，與產(chǎn)生地址和數(shù)據(jù)；寄存器 AR輸出A7 A0提供存貯器地址，通過顯示燈可以顯示 地址，D7 DO為總線，通過顯示

13、燈可以顯示數(shù)據(jù)。當LDAR為高電平，SW BUS為低電平，T3信號上升沿到來時，開關(guān) SW7 SW0 產(chǎn)生的地址信號送入地址寄存器 AR。當CE為低電平，WE為高電平，SW BUS為低電 平, T3上升沿到來時，開關(guān)SW7 SW0產(chǎn)生的數(shù)據(jù)寫入存貯器的存貯單元內(nèi)，存貯器為 讀出數(shù)據(jù)，D7 DO顯示讀出數(shù)據(jù)。實驗中，除T3信號外，CE, WE，LDAR，SW BUS為電位控制信號，因此通過對 應開關(guān)來模擬控制信號的電平，而 LDAR，WE控制信號受時序信號T3定時。四、實驗步驟（在完成一個實驗后，應將所有的信號狀態(tài)置成“ 1 ”高電平狀態(tài)）實驗前將TJ, DP對應的邏輯開關(guān)置成11狀態(tài)（高電平輸

14、出），使時序發(fā)生器處于單 拍輸出狀態(tài)，每按一次P0輸出一拍時序信號，實驗處于單步狀態(tài)，并置 ALU BUS= 1。實驗步驟按表2進行，實驗對表中的開關(guān)置1或清0，即對有關(guān)控制信號置1或清0。表格中只列出了存貯器實驗步驟中的一部分，即對幾個存貯器單元進行了讀寫，其它單元的步驟同表格相同。表中帶-的地方表示需要按一次單次脈沖P0。注意：表中列出的總線顯示D7 D0及地址顯示A7 A0,顯示情況是：在寫入RAM 地址時，由SW7 SW0開關(guān)量地址送至D7 D0,總線顯示SW7 SW0開關(guān)量，而A7 A0則顯示上一個地址，在按 P后，地址才進入RAM，即在單次脈沖（T3）作用后， A7 A0同D7 D

15、0才顯示一樣。表2存貯器實驗步驟顯示結(jié)果表SWLDARCEWESW7 D7 D0P0A7 A0注釋SW0BU011100H00H00H地址00寫入AR000100H00H00H數(shù)據(jù)00寫入 RAM011110H10H10H地址10寫入AR000110H10Hf10H數(shù)據(jù)10寫入 RAM011100H00Hf00H地址00寫入AR100000H00Hf00H讀RAM011110H10Hf10H地址10寫入AR100010H10Hf10H讀RAM011140H40Hf40H地址40寫入AR0001FFHFFH40H數(shù)據(jù)FF寫入RAM011142H42H42H地址42寫入AR000155H55H42

16、H數(shù)據(jù)55寫入RAM011144H44Hf44H地址44寫入AR0001AAHAAHf44H數(shù)據(jù) AA寫入 RAM011140H40Hf40H地址40寫入AR100040HFFHf40H讀RAM內(nèi)容011142H42Hf42H地址42寫入AR100042H55Hf42H讀RAM內(nèi)容011144H44Hf44H地址44寫入AR100044HAAHf44H讀RAM內(nèi)容說明：實驗機中符號“ CE”；當CE信號為“0”低電平時，表示存儲器6264的數(shù)據(jù)輸入為有效狀態(tài)。實驗三、數(shù)據(jù)通路組成與故障分析實驗一、實驗目的熟悉計算機的數(shù)據(jù)通路掌握數(shù)據(jù)運算及相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果的存儲的工作原理二、實驗內(nèi)容：利用sw0-

17、sw7數(shù)據(jù)輸入開關(guān)向DR1、DR2預置數(shù)據(jù)，做運算后將結(jié)果存入RAM，并 實現(xiàn)任一單元的讀出。例如：將數(shù)據(jù)做如下操作44H+AAH=EEH結(jié)果放在 RAM 的AAH單元44H EEH=AAH結(jié)果放在 RAM 的ABH單元三、實驗原理：1.實驗電路 e廠B 口Z3r.j1侖 【ar一2.實驗原理數(shù)據(jù)通路實驗是將前面進行過的運算器實驗模塊和存貯器實驗模塊兩部分電路連在一起組成的。原理圖見圖7實驗中，除 T4 ，T3 信號外，所有控制信號為電平控制信號，這些信號由邏輯開關(guān) 來模擬，其信號的含義與前兩個實驗相同。我們按圖 7 進行實驗。四、實驗步驟（在完成一個實驗后，應將所有的信號狀態(tài)置成“ 1 ”高

18、電平狀態(tài)）實驗前將 TJ，DP 開關(guān)置 11 ，使時序發(fā)生器處于單拍狀態(tài)，按一次 P 時序信號輸出一拍信號，使實驗為單步執(zhí)行。實驗步驟見表 3 。表3數(shù)據(jù)通路實驗過程表SW TBUSALU tBUSCEWELDARLDDR1LDDR2S3S2S1S0M/CNSW7 tSW0A7 A0D0 D7單次按鈕P注釋0111010XXXXX144HXXXX44H44H存入DR1011X001XXXXX1AAHXXXXAAHAAH存入DR2101X000111011XXHXXXXEEHDR1+DR2 = EEH（或運算）101X001111011XXHXXXXEEHEEH存入DR2101X00001101

19、1XXHXXXXAAHDR1 DR2 = AAH（異或運算）101X010011011XXHXXXXAAH tfAAH 存入 DR1; DR1 DR244H=44H011X100XXXXX1AAHAAHAAHf地址AAH存入AR1001000101011XXHAAHEEHfDR2內(nèi)容存入RAM0111100XXXXX1ABHABHABH地址ABH存入AR1001000111111XXHABHAAHDR1內(nèi)容存入RAM0111100XXXXX1AAHAAHAAH地址AAH存入AR1100010XXXXX1XXHAAHEEHf讀RAM內(nèi)容送DR10111100XXXXX1ABHABHABHf地址A

20、BH存入AR1100001XXXXX1XXHABHAAHf讀RAM內(nèi)容送DR20111100xxxzxX1ACHACHACHf地址ACH存入AR0101000XXXXX1FFHACHFFHf數(shù)據(jù)FFH存入RAM0111100XXXXX1ADHADHADHf地址ADH存入AR0101000XXXXX100HADH00H數(shù)據(jù)00H存入RAM表 3 中，列出了數(shù)據(jù)通路組成實驗的一部分實驗步驟，其它部分同表中的 實驗步驟相同，只是實驗的數(shù)據(jù)及存貯單元不同。表中帶 X 的內(nèi)容是隨機狀態(tài)， 它的電平不影響實驗結(jié)果。表中帶“一”的地方表示需要按單次脈沖 P,無“一” 的地方則表示不需要按單次脈沖 P。注意：

21、 A7 A0 所接的地址顯示情況是按單次脈沖 P 后的狀態(tài), A7 A0 的 顯示才與表中相同,否則顯示的是上一個地址。實驗四微程序控制器實驗、實驗目的熟悉微指令格式的定義。掌握微程序控制器的基本原理。、實驗內(nèi)容:分別完成輸入指令、加法指令、存數(shù)指令、輸出指令、無條件轉(zhuǎn)移指令、強 迫RAM讀、強迫RAM寫的微指令流程，并觀察微地址的變化三、實驗原理：=R融甜徉川T? ； ? ? 上1圖4-4微程序控制器電路圖呻 Z7643.1實驗電路圖咅6杏舌叢&5耳 1*4ALSmBSSRaBBB Si33533B3BB5GS33S&PESS Fft* J* ja fu74LS2軸la.E-u_ 0 03.

22、2實驗原理一條指令由若干條微指令組成，而每一條微指令由若干個微指令及下一微地 址信號組成。不同的微指令由不同的微命令和下一微指令地址組成。它們存放在控制存貯器(2764 )中，因此，用不同的微指令地址讀出不同的微命令，輸出 不同的控制信號。微程序控制器的電路圖見圖4-4，UA4 - UAO為微地址寄存器?？刂拼尜A器由3片2764組成，從而微指令長度為24位。微命令寄存器為20位，由2片8D觸發(fā)器74LS273和1片4D觸發(fā)器74LS175 組成。微地址寄存器5位，由3片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器74LS74組成，它們帶 有清零端和預置端。在不判別測試的情況下， T2時刻打入的微地址寄存器內(nèi)容 為下一

23、條指令地址。在需要判別測試的情況下，T2時刻給出判別信號P (1 )= 1及下一條微指 令地址01000。在T4上升沿到來時，根據(jù) P (1) IR7，IR6，IR5的狀態(tài)條件 對微地址01000進行修改，然而按修改的微地址讀出下一條微指令，并在下一 個T2時刻將讀出的微指令打入到微指令寄存器和微地址寄存器。CLR (即P2)為清零信號。當CLR為低電平時，微指令寄存器清零，微指 令信號均無效。微指令格式見下表：表4-4微指令格式表23222120191817161514131211S3S2S1S0M/CNLOADCEWELDROLDDR1LDDR2LDIR選擇運算器運算模式打入PCRAMRA

24、M寫打入打入打入打入IR片選R0DR1DR2WEEP?C 竝caoooRDC11：0PC-iKPC J 1叫3 -U.UIPl+ I?C 如PC+ LfD01111.1110PChaRPC-ARQOQ01FC + lf 00611RAVI AFF OOlOtJRAMDES1f 06101RO f DPA1F OOl 10AUJ f FLODOO 01r 0011LFLAM ARWL】f 10110RD f RAM00001OiLOO01101109876543210LDPCLDARALUBUSPCBUSR0 BUSSW BUSP (1 )UA4UA3UA2UA1UA0PC+ 1打入AR運算器結(jié)

25、果送總線PC內(nèi)容送總線R0內(nèi)容送總線開關(guān)內(nèi) 容送總 線判別字下一微指令地址圖4-5微指令流程圖如圖4-5所示，微程序控制器在清零后，總是先給出微地址為00000的微指令（啟動程序）。讀出微地址為00000的微指令時，便給出下一條微指令地址00001 。微指令地址 00001 及 00010 的兩條微指令是公用微指令。微指令地址00001的微指令執(zhí)行的是PC的內(nèi)容送地址寄存器AR及PC加1微指令。同時 給出下一條微指令地址 00010 。微指令地址 00010 的微指令在 T2 時序信號是， 執(zhí)行的是把 RAM 的指令送到指令寄存器，同時給出判別信號P（1 ）及下一條微指令地址01000，在T4

26、時序信號時，根據(jù)P （1） IR7, IR6 , IR5，修改微 地址 01000 ，產(chǎn)生下一條微指令地址，不同的指令（ IR7， IR6， IR5 也就不同） 產(chǎn)生不同的下一條微指令地址。在 IR7， IR6， IR5 為 000（即無指令輸入時） ， 仍執(zhí)行 01000 的微指令。從而可對 RAM 進行連續(xù)讀操作。當執(zhí)行完一條指令的全部微指令， 即一個微程序的最后一條微指令時， 均給 出下一微指令地址 00001 ，接著執(zhí)行微指令地址 00001 ， 00010 的公共微指令， 讀下條指令的內(nèi)容， 再由微程序控制器判別產(chǎn)生下一條微指令地址， 以后的下一 條微指令地址全部由微指令給出， 直到

27、執(zhí)行完一條指令的若干條微指令， 給出下 一條微指令地址 00001 。實驗時 ，先把 J1 插座的短路塊向右短接 ，然后用開關(guān) AN25 ， AN26 ， AN27 模擬指令的代碼（即IR7，IR6，IR5），不斷改變AN25，AN26，AN27狀態(tài)， 模擬不同的指令， 從而讀出不同的微指令。 微指令輸出狀態(tài)由各對應的指示燈顯 示。實驗用單步的方式，將啟動程序 5 條指令，強迫 RAM 讀，強迫 RAM 寫 的微指令逐條讀出?？捎秒娖街甘緹麸@示每條微指令的微命令。從微地址 UA4 UA0 和判別標志上可以觀察到微程序的縱向變化。四、實驗步驟：在做微程序?qū)嶒灂r應將“ UPC OUT ”和“ UB

28、I N ”用 26 芯電纜連起來在進行微程序控制器實驗時兩種方式（系統(tǒng)方式和單板方式） 31 個開關(guān)設(shè) 置如下：1、J1 跳線位置應在 右側(cè)連接。2、實驗在系統(tǒng)機上進行時，應將“ UP ”信號設(shè)置成低電平。3、 SWE:微程序控制器的微地址修改信號，微地址修改為10000 ,使機器 處于寫 RAM 狀態(tài)。4、 SRD:微程序控制器的微地址修改信號，微地址修改為01000 ,使機器 處于讀 RAM 狀態(tài)。（ 1 ）觀察時序信號將TJ, DP置00按單次脈沖按鈕P0,使時序信號輸出連續(xù)波形。（2）觀察微程序控制器工作原理將 TJ, DP 置 11 ,微程序控制器處于單步狀態(tài),按一次單步按鈕產(chǎn)生一拍

29、時 序信號T1，T2，T3，T4。將UP置0使微程序控制器輸出微地址。SWE，SRD 置 11 ，將 IR7 置 0，IR6 置 0，IR5 值 0，表示無指令輸入。實驗步驟如下:1，按一次P2 （CLR清零按鈕），使UA4 UA0為00000。2，按一次 P0 執(zhí)行微指令地址為 00000 的啟動程序，給出一條微指令地址UA4UA0 為 00001 。3，將IR7，IR6，IR5置為001，按一次P0，執(zhí)行微指令地址 00001的微 指令，同時給出下一條微指令地址 00010，以后再按P0，一直執(zhí)行到一條指令 的全部微指令結(jié)束給出下一條微指令地址 00001 ，輸入指令的微指令流程請參 閱附

30、錄 3，微指令的微命令輸出顯示應同附錄 3 的微指令代碼對應， 微地址的輸 出顯示也應相同。4，在執(zhí)行至微地址 UA4 UAO顯示為00001時，置IR7, IR6 , IR5 = 010為加法指令的若干條微指令，直至執(zhí)行到微地址UA4UA0 顯示 00001 結(jié)束。5，重復 4 執(zhí)行 IR7， IR6， IR5 為 011 （存貯器存數(shù)指令）的指令。6，重復 4 執(zhí)行為執(zhí)行 IR7， IR6， IR5 為 1 00 （輸出指令）的指令。7，重復 4 執(zhí)行 IR7， IR6， IR5 為 101 （無條件轉(zhuǎn)移指令）的指令。8，在執(zhí)行到微地址 UA4UA0 顯示為 00001 時，或在開機時，按

31、清零鍵P2 使 UA4 UA0 顯示為 00000 ,置 IR7 = 0, IR6 = 0, IR5 = 0 , SWE 置 1 , SRD 置 1，把 SWE 開關(guān)從“1”“0”“1”，使微地址 UA4UA0 顯示 10000 ， 強迫處于 RAM 寫，執(zhí)行微指令地址為 10000 ，10001 ，10010 的三條微指令， 電平指示燈顯示微指令的微命令及微地址。 執(zhí)行時為循環(huán)重復執(zhí)行微指令， 以便 不斷對RAM寫入數(shù)據(jù)，直到有CLR清零信號作用時才停止。9，按清零鍵 P2 , 使 UA4 UA0 顯示為 00000，置 IR7 , IR6 , IR5 = 000 ,SWE= 1 , SWD

32、 = 1,把 SRD 開關(guān)從 “ 1 ” “0” “ 1 ” ,使微地址 UA4 UA0 顯示 01000 強迫機器處于 RAM 讀 執(zhí)行微指令地址為 01000 01110 01111 的三條微指令 電平指示顯示微指令的微命令及微地址。 執(zhí)行時為循環(huán)重復執(zhí)行 微指令 不斷讀 RAM 內(nèi)容。（3）連續(xù)方式讀出微指令將時序發(fā)生器處于連續(xù)時序循環(huán)狀態(tài) 就可連續(xù)讀出微指令。將 TJ DP 置 00 按 P0 時序發(fā)生器連續(xù)輸出時序信號。此時 微程序控制器按某一序列的微 指令地址固定的重復地讀出微指令序列。實驗五 模型機 CPU 組成與指令周期實驗一、實驗目的 將運算器模塊，存貯器模塊、微程序控制器模

33、塊組合在一起，聯(lián)成一臺簡單 的計算機。用微程序控制器控制模型機的數(shù)據(jù)通路。二、實驗內(nèi)容執(zhí)行由 5 條指令組成的簡單程序，掌握指令與微指令的關(guān)系，建立計算機的 整機概念。三、實驗原理前面幾個實驗中， 控制信號是由實驗者用邏輯開關(guān)來模擬， 以完成對數(shù)據(jù)通 路的控制。而這次實驗，數(shù)據(jù)通路的控制信號全部由微程序控制器自動完成。CPU 從內(nèi)存取出一條機器指令到執(zhí)行指令的一個指令周期， 是由微指令組成 的序列來完成，取一條機器指令對應一個微程序。 我們將 5 條機器指令及有關(guān)數(shù) 據(jù)寫入 RAM 中，通過 CPU 運行 5 條機器指令組成的簡單程序，掌握機器指令 與微指令的關(guān)系。四、實驗步驟（一）實驗設(shè)置實

34、驗時 ，（在完成一個實驗后，應將所有的信號狀態(tài)置成“ 1”高電平狀態(tài)） 將 J1 設(shè)置成左側(cè)連接。將 UP 信號置成低電平“ 0”。在做模型機實驗時應 將“ UPC-OUT ”和“ UBIN ”用26 芯電纜連接起來。1、對 31 個開關(guān)設(shè)置應按下面方式設(shè)置：單板方式位置：（開關(guān)位置處于單板方式的位置有如下幾個： ）S3、S2、S1、S0、M 、/CN 、LDAR、CE、WE、LDDR1 、LDDR2 、SW-BUS 、ALU-BUS 、LDPC、LOAD 、 、PC-BUS 、R0-BUS 、LDIR、LDR0、LDR1、LDR2、 、IR7、IR6、IR5、R1-BUS、R2-BUS 、P

35、(1)； 系統(tǒng)方式位置：(開關(guān)位置處于系統(tǒng)方式的位置有如下幾個： )、 、UP、KSW7 、KSW6 、KSW5 、KSW4 、KSW3 、KSW2 、KSW1 、KSW0 、 、 DP 、TJ、 、SWE、 SRD；1、J1 跳線位置應在 左側(cè)連接。2、實驗在系統(tǒng)機上進行時，應將“ UP”信號設(shè)置成低電平。通過邏輯開關(guān)AN30 (即SWE)將SWE從“ 1 ” “ 0 ” “ 1 ”，使微程序控制器的微指令地址為 10000 ，強迫機器處于 RAM 寫，重復執(zhí)行微指令地址為 10000 ， 10001 ， 10100 微指令，把所寫的程序?qū)懭?RAM 。再通過邏輯開關(guān) AN31 (即SRD)

36、，將SRD從“ 1 ” “ 0 ” “ 1”，使微程序控制器的指令地址為 01000 , 強迫機器處于 RAM 讀，執(zhí)行微指令地址 01000 ，01110 ，01111 的微指令。 讀 出所寫的程序，以校對寫入的程序和數(shù)據(jù)是否正確，然后再運行程序。(二) 指令系統(tǒng)：(1) IN A , DATA。指令碼 20 , A 指 R0, DATA 指 SW7 SW0 上的數(shù)據(jù) 輸入到 R0 寄存器。是輸入指令。(2) ADD A ，(ADD )。指令碼 40 ADD ， A 指 R0， ADD 為存貯器地址。將R0寄存器的內(nèi)容與內(nèi)存中以 ADD為地址單元內(nèi)數(shù)相加，結(jié)果送R0,是加法 指令。(3) S

37、TA (ADD ), A。指令碼60 ADD , A指R0, ADD為存貯器地址。將R0寄存器的內(nèi)容存到以ADD為地址的內(nèi)存單元中。（4）OUT BUS，（ADD ）。指令碼 80（ADD），BUS 為數(shù)據(jù)總線，ADD 為存貯器地址。將內(nèi)存中以 ADD為地址的數(shù)據(jù)讀到總線上。（5）JMP ADD。指令碼A0 ADD。ADD指存貯器地址。程序無條件地轉(zhuǎn) 移到ADD所指定的內(nèi)存單元地址。（6）WE存貯器寫命令。（7）RD存貯器讀命令。（三）存貯器寫操作（1 ）所寫程序INR0，DATA（輸入指令）ADDR0，（ ADD）（加法指令）STA（ADD），R0（存貯器存數(shù)指令）OUTBUS，（ADD）（

38、輸出指令）JMPADD（無條件轉(zhuǎn)換指令）（2）起始地址從00開始地址指令碼注釋0020add J 090140 addadd J 0B0360 addadd J 0A0580 addadd J 0007A0 add09550AAA（3 ）操作過程AN26 , AN23 , AN24 , AN30 , AN31 設(shè)置為 01111，即 UP = 0。DP, TJ= 11 為單步狀態(tài)，SWE= 1 , SRD= 1。SW7 SW0 設(shè)置 00000000。按清零鍵P2 , AN30從“1 ”一“ 0 ” “1 ”即，這時，UA4 UA0顯示為 10000，然后按表5進行存貯操作。存貯器寫是在單步狀

39、態(tài)下進行，其控制信號全部由微程序控制器提供，因此只需操作SW7 SW0 （置數(shù)據(jù)）及按P0 （單步操作）。以上為存貯器寫入全過程，起始地址是 00H。如果從30H開始，只要在開始用SWE開關(guān)置UA4為“ 1 ”，UA4 UA0顯示為10000，SW7 SW0開關(guān) 置30H，寫過程相同。不同之處在于顯示地址為 30 3AH，總線顯示為30 3AH。寫過程結(jié)束后，按清零鍵 P2。（四）存貯器讀操作（在完成一個實驗后，應將所有的信號狀態(tài)置成“1 ”高電平狀態(tài)）狀態(tài)設(shè)置為 01111，即 UP= 0，DP TJ= 11，SWE= 1，SRD= 1，為單步操作。SRD 從 “1 ” “ 0” “1 ”即

40、，此時，UA4 UA0 顯示為 01000。存貯器讀操作是在單步狀態(tài)下進行。同樣只需按表6操作SW0 SW7及按P0（單步操作）表5存貯器操作過程及顯示結(jié)果表P0SW7SWOA7 A0D7 D0UA4UA0PC7PC000H10000T00H1000100HT20H00H01H1001001HT00H20H1000101HT40H01H02H1001002HT01H40H1000102HT09H02H03H1001003HT02H09H1000103HT60H03H04H1001004HT03H60H1000104HT0BH04H05H1001005HT04H0BH1000105HT80H05

41、H06H1001006HT05H80H1000106HT0AH06H07H1001007HT06H0AH1000107HTAOH07H08H1001008HT07HA0H1000108HT00H08H09H1001009HT08H00H1000109HT55H09H0AH100100AHT09H55H100010AHTAAH0AH0BH100100BH0AHAAH100010BH表6存貯器讀操作過程及顯示結(jié)果表P0SW7SW0A7 A0D7 D0UA4UA0PC7PC000H0100000H0111000HT00H01H0111101HT00H20H0111001HT01H02H0111102

42、HT01H40H0111002H02H03H0111103H02H09H0111003H03H04H0111104H03H60H0111004H04H05H0111105H04H0BH0111005H05H06H0111106H05H80H0111006H06H07H0111107H06H0AH0111007H07H08H0111108H07HA0H0111008H08H09H0111109H08H00H0111009H09H0AH011110AH09H55H011100AH0AH0BH011110BH0AHAAH011100BH0BH0CH011110CH0BHXXH011100CH0CH0

43、DH011110DHXX處顯示指在XX處，程序未讀出時是隨機數(shù)，當執(zhí)行后讀方法讀出時,SW7 SWO +( 09H )即 8A + 55 = DFH。如果程序?qū)懺?0H單元內(nèi)，只需在開始時將SW7 SWO開關(guān)置30H , A7 A0顯示則從30H開始，其它不變。(五) 執(zhí)行過程執(zhí)行過程可以用單步或連續(xù)執(zhí)行。當單步執(zhí)行時，狀態(tài)設(shè)置為 01111，即 UP = 0，DP，TJ= 11，SWE= 1，SRD = 1，按清零鍵P2。然后按表7進行操 作，操作只需對SW0 SW7及P0操作，此時J1插座短路塊接向左方。表7執(zhí)行過程操作及顯示結(jié)果表P0SW7SW0A7 A0D7 D0UA4UA0PC7PC

44、0000000000H0000100HT00H01H0001001HTData(8A)00H20H0100101HT00H8AH0000101HT01H02H0001002HT01H40H0101002HT02H03H0001103HT09H55H0010003HT09H55H0010103HT09H8AH0011003H09HDFH0000103H03H04H0001004H03H60H0101104H04H05H0011105H0BHXXH1011005H0BHDFH0000105H05H06H0001006H05H80H0110006H06H07H1001107H0AHAAH101000

45、7H0AHAAH0000107H07H08H0001008H07HA0H0110108H08H09H1010109H08H00H0000109H（六）運行情況：（1）先執(zhí)行IN R0 , DATA輸入指令將開關(guān)8A送入R0寄存器。（2）執(zhí)行ADD RO，（ ADD ）加法指令將存貯器地址09中的內(nèi)容（55）同R0中的數(shù)據(jù)（8A）相加，結(jié)果為DF 送R0寄存器。（3）執(zhí)行 STA（ ADD ），R0 指令將 R0 的內(nèi)容 DFH 送以 ADD 為地址的內(nèi)存， ADD 為 0B ，DF 送 R0 存儲器 0B 中。（4）執(zhí)行 OUT BUS ，（ADD ）指令將 ADD 為地址的內(nèi)容送總線， AD

46、D 為 0A 中存 AA ， AA 送總線。（5）執(zhí)行 JMP ADD 指令無條件轉(zhuǎn)換到以 ADD 為地址的內(nèi)存中執(zhí)行指令。轉(zhuǎn)移到 00 地址。再執(zhí)行 IN R0 ，DATA 輸入指令。擴展實驗該篇章是設(shè)計性實驗共有兩個實驗組成，分別為:實驗六時序與啟停實驗實驗七基本模型機設(shè)計與實現(xiàn)實驗八帶移位運算的模型機設(shè)計與實現(xiàn)實驗九復雜模型機的設(shè)計與實現(xiàn)實驗六時序與啟停實驗一、實驗目的1 掌握時序電路的原理2 熟悉啟停電路的原理二、實驗要求通過時序電路的啟動了解以單步、連續(xù)方式運行時序電路的過程，觀察T1、T2、T3、T4各點的時序波形。三、實驗原理實驗所用的時序與啟停電路原理如圖所示，圖4-6時序發(fā)生器及啟停電路其中時序電路由1/2片74LS74、1片74LS175及6個二輸入與門、2個二 輸入與非門和3個反向器構(gòu)成?？僧a(chǎn)生4個等間隔的時序信號T1、T2、T3、T4， 其中MF為時鐘輸入端，時鐘頻率可從FO、F1、F2、F3中選擇一個，由位于實 驗裝置左下方的方波信號源提供。學生可根據(jù)實驗自行選擇方波信號的頻率。為了便于控制程序的運行，時序電路發(fā)生器也設(shè)置了一個啟?？刂朴|發(fā)器CR,使T1- T4信號輸出可控。上圖中啟停電路由 1/2片74LS74、74LS00及 1