計算機(jī)組成的實(shí)驗(yàn)

1、、 OP、實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器算術(shù)邏輯運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)的工作原理；(2) 熟悉簡單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路；(3) 驗(yàn)證4位運(yùn)算功能發(fā)生器功能(74181)的組合功能。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)原理 圖1運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)中所用到的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖1所示。其中運(yùn)算器由兩片74181以并/串形式構(gòu)成8位字長的ALU。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門(74245)和數(shù)據(jù)總線相連，運(yùn)算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個鎖存器(74373)鎖存，鎖存器的輸入連接至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)開關(guān)INPUT DEVICE用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)

2、過一個三態(tài)門(74245)和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈“BUS UNIT”已和數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。圖中已將用戶需要連接的控制信號用圓圈標(biāo)明(其他實(shí)驗(yàn)相同，不再說明)，其中除T4為脈沖信號，其它均為電平信號。由于實(shí)驗(yàn)電路中的時序信號均已連至W/R UNIT的相應(yīng)時序信號引出端，因此，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，只需將W/R UNIT的T4接至STATE UNIT的微動開關(guān)KK2的輸出端，按動微動開關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖，而S3，S2，S1，S0，Cn，LDDR1，LDDR2，ALU-B，SW-B各電平控制信號用SWITCH UNIT中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)來模擬，其中Cn，ALU-B，SW-B為

3、低電平控制有效，LDDR1，LDDR2為高電平有效。四 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按圖2連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。(2) 用二進(jìn)制數(shù)碼開關(guān)向DR1和DR2寄存器置數(shù)。具體操作步驟如 ：:寄存器DR1(01100101)數(shù)據(jù)開關(guān)(10100111)寄存器DR1(01100101)三態(tài)門數(shù)據(jù)開關(guān)(01100101)ALU-B=1SW-B=0LDDR1=1LDDR2=0T4=LDDR1=0LDDR2=1T4=校驗(yàn)DR1和DR2中存放的數(shù)據(jù)是否正確，具體操作為：關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SW-B=1)，打開ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=0)，當(dāng)置S3，S2，S1，S0，M為11111時，總線指示燈顯示D

4、R1中的數(shù)，而置成10101時，總線指示燈顯示DR2中的數(shù)。圖2 實(shí)驗(yàn)接線圖(3) 驗(yàn)證74181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能(采用正邏輯)。 在給定DR1=65，DR2 =A7的情況下，改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填入表1中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。 表1 正邏輯74181運(yùn)算功能驗(yàn)證結(jié)果DR1 DR2 S3 S2 S1 S0M=0(算術(shù)運(yùn)算)M=1(邏輯運(yùn)算)Cn=1無進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位65A70 0 0 0F=(65)F=(66)F=(9A)65A70 0 0 1F=(E7)F=(E8)F=(18)65A70 0 1 0F=(7D)F=(7E)F=(82)0 0 1 1F=(

5、 )F=( )F=( )0 1 0 0 F=( )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 0 F=( )F=( )F=( )1 1 0 1F=( )F=( )F=( )1 1 1 0F=( )F=( )F=( )1 1 1 1F=( )F=( )F=( )實(shí)驗(yàn)二 運(yùn)算器 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1

6、) 驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(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(yùn)算。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示，在算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其中74181的進(jìn)位進(jìn)入一個7474鎖存器，其寫入是由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實(shí)驗(yàn)時將T4連至STATE UNIT的微動開關(guān)KK2上。AR是電平控制信號(低電平有效)，可用于實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)，而T4脈沖是將本次運(yùn)算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。圖3 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)原理圖線圖四 實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 按圖4連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。(

7、2) 用二進(jìn)制數(shù)碼開關(guān)向DR1和DR2寄存器置數(shù)，具體方法： 關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=1)，開啟輸入三態(tài)門(SW-B=0)，設(shè)置數(shù)據(jù)開關(guān)； 例如向DR1存入01010101，向DR2存入10101010。具體操作步驟如下：數(shù)據(jù)開關(guān)(01010101)三態(tài)門寄存器DR1(01010101)數(shù)據(jù)開關(guān)寄存器DR2(10101010)LDDR1=1LDDR2=0T4=ALU-B=1SW-B=0LDDR1=0LDDR2=1T4=關(guān)寄存器LDDR1=0LDDR2=0圖4 進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)接線圖線圖(3) 關(guān)閉輸入三態(tài)門(SW-B=1)，開啟ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=0)。(4) 進(jìn)位標(biāo)志清零具體

8、操作方法如下： 實(shí)驗(yàn)板中SWITCH UNIT單元中的CLR開關(guān)為標(biāo)志CY，ZI的清零開關(guān)，它為零時是清零狀態(tài)，所以依次將開關(guān)做101操作，即可使標(biāo)志位清零。 注：進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY亮?xí)r表示進(jìn)位標(biāo)志為“0”，無進(jìn)位：標(biāo)志指示燈CY滅時表示進(jìn)位為“1”，有進(jìn)位(5) 驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能，使Cn=1，AR=0來進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算。例如：做加法運(yùn)算，首先向DR1，DR2置數(shù)，然后使ALU-B=0，S3S2S1S0M狀態(tài)為10010，此時數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志，這個結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位，則要按動微動開關(guān)KK2，若進(jìn)位標(biāo)志燈亮，表示無進(jìn)位；反之，有進(jìn)位。因做加法運(yùn)算時數(shù)

9、據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)為DR1+DR2+CY，所以當(dāng)有進(jìn)位打入到進(jìn)位鎖存器后，總線顯示的數(shù)據(jù)為加上進(jìn)位位的結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)三 運(yùn)算器 移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證移位寄存器控制的組合功能。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 原理圖5 移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)原理圖線圖移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)原理圖如圖5所示，使用了一片74299作為移位發(fā)生器，其8輸入/輸出端以排線方式和總線單元連接。299-B信號控制其使能端，T4時序?yàn)槠鋾r鐘脈沖，實(shí)驗(yàn)時將W/R UNIT中的T4接至STATE UNIT中的KK2單脈沖發(fā)生器，由S0，S1，M控制信號控制其功能狀態(tài)，如表2所示。表2 移位狀態(tài)

10、控制表299-B S1 S0 M 功 能 0 0 0任意 保持 010 0 循環(huán)右移 010 1 帶進(jìn)位循環(huán)右移 001 0 循環(huán)左移 001 1 帶進(jìn)位循環(huán)左移 任意11任意 裝數(shù)四 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按圖6連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。STATE UNITW/R UNITKK2T4 ALU UNITMS0S1299-BAUJ1BUS UNITS0S1M299-BSW-BSW-BSWJ3SWITCH UNITBUS UNIT圖6 位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)接線圖(2) 移位操作： 置數(shù)，具體步驟如下：數(shù)據(jù)開關(guān)(01010101)數(shù)據(jù)開關(guān)(01101011)三態(tài)門三態(tài)門SW-B=0SW-B=1S0=1

11、S1=1T4= 移位，參照表2改變S0，S1，M，299-B的狀態(tài)，按動微動開關(guān)KK2，觀察移位結(jié)果。實(shí)驗(yàn)四 存儲器靜態(tài)隨機(jī)存儲器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 原理實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器電路原理如圖7所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲器由一片6116(2K×8)構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址線由地址鎖存器(74273)給出。地址燈AD0-AD7與地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門(74245)連至數(shù)據(jù)總線，分時給出地址和數(shù)據(jù)。圖7 存儲器實(shí)驗(yàn)原理圖 因地址寄存器

12、為8位，接入6116的地址A7A0，而高三位A8A10接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。6116有三個控制線：CE(片選線)、OE(讀線)、WE(寫線)。當(dāng)片選有效(CE=0)時，OE=0時進(jìn)行讀操作，WE=0時進(jìn)行寫操作。本實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此情況下，當(dāng)CE=0、WE=0時進(jìn)行讀操作，CE=0、WE=1時進(jìn)行寫操作，其寫時間與T3脈沖寬度一致。 實(shí)驗(yàn)時將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時序電路模塊的TS3相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其它電平控制信號由SWITCH UNIT單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中SW-B為低電平有效，LDAR為高屯平有效。四 實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 形成時鐘脈沖信號T3。具體接線方法和操

13、作步驟如下： 接通電源，用示波器接入方波信號源的輸出插孔H23，調(diào)節(jié)電位器W1，使H23端輸出實(shí)驗(yàn)所期望的頻率的方波。 將時序電路模塊中的和H23排針相連。 在時序電路模塊中有兩個二進(jìn)制開關(guān)STOP和STEP 。將STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)、STEP開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)時，按動微動開關(guān)START，則T3輸出為連續(xù)的方波信號。此時，調(diào)節(jié)電位器W1，用示波器觀察，使T3輸出實(shí)驗(yàn)要求的脈沖信號。當(dāng)STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)、STEP開關(guān)置為“STEP”狀態(tài)時，每按動一次微動開關(guān)START，則T3輸出一個單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。 關(guān)閉電源。(2) 按圖8連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤

14、后，接通電源。由于存儲器模塊內(nèi)部的連線已經(jīng)接好，因此只需完成實(shí)驗(yàn)電路的形成、控制信號模擬開關(guān)、時鐘脈沖信號T3與存儲模塊的外部連接。.15 存儲器實(shí)驗(yàn)接線圖圖8 存儲器實(shí)驗(yàn)接線圖(3) 給存儲器的00，01，02，03，04地址單元分別寫入數(shù)據(jù)11，12，13，14，15。具體步驟如下：(以向0單元寫入11為例)存儲器RAM(00010001)SW-B=0CE=1, WE=1LDAR=0T3=三態(tài)門SW-B=1數(shù)據(jù)開關(guān)(00010001)三態(tài)門數(shù)據(jù)開關(guān)(00000000)地址寄存器AR(00000000)SW-B=0LDAR=0SW-B=1SW-B=0CE=1SW-B=0CE=1LDAR=1T

15、3=(4) 依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元的內(nèi)容是否與前面寫的寫入的一致，具體步驟如下：(以從0號單元讀出11數(shù)據(jù)為例)地址寄存器AR(00000000)存儲器RAM(00010001)SW-B=1數(shù)據(jù)開關(guān)(00000000)三態(tài)門SW-B=0CE=1LDAR=1T3=SW-B=0CE=1SW-B=0CE=0WE=0LDAR=0 實(shí)驗(yàn)五 微程序控制器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 掌握時序產(chǎn)生器的組成原理。(2) 掌握微程序控制器的組成原理。(3) 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)

16、內(nèi)容 1）原理時序控制電路STARTSTEPSTOPCLRTS1TS2TS3TS4圖9 時序電路框圖實(shí)驗(yàn)所用的時序控制電路框圖如圖9所示，可產(chǎn)生4個等間隔的時序信號TS1-TS4。 其中：為時鐘信號，由實(shí)驗(yàn)臺右上方的方波信號源提供，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(shí)驗(yàn)自行選擇方波信號的頻率及脈寬。圖中STEP(單步)、STOP(停機(jī))分別是來自實(shí)驗(yàn)板上方中部的兩個二進(jìn)制開關(guān)STEP，STOP的模擬信號。START鍵是來自實(shí)驗(yàn)板上方左部的一個微動開關(guān)START的按鍵信號。當(dāng)STEP開關(guān)為0時(EXEC)，一旦按下啟動鍵，時序信號TSI-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)STEP為1(STE

17、P)時，一旦按下啟動鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期的時序信號就停機(jī)。利用單步方式，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。另外，當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時，如果STOP開關(guān)置“1”(STOP)，也會使機(jī)器停機(jī)，或使CLR開關(guān)撥至零也可以使時序清零。時序狀態(tài)圖17。 由于時序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所以只需將時序電路與方波信號源連接，即將時序電路的時鐘脈沖輸入端接至方波信號發(fā)生器輸出端H23，就可產(chǎn)生時序信號TS1-TS4。時序電路的CLR已接至實(shí)驗(yàn)板左下方的CLR模擬開關(guān)上。 2) 微程序控制電路與微指令格式 (A) 微程序控制電路 微程序控制器的組成見圖

18、10，其中控制存儲器采用3片2816的E2PROM，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(74273)和一片4D(74175)觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器(7474)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(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。 在該實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有一個編程開關(guān)(位于實(shí)驗(yàn)板右上方)，它具有三種狀態(tài)：PROM (編程)、READ(校驗(yàn))、RUN(運(yùn)行)。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和微指令

19、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“校驗(yàn)狀態(tài)”時，可以對寫入控制存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)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(yùn)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，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。圖10 微程序控制器原理圖 (B) 微指令格式微指令字長共24位，其控制位順序如圖11所示。圖11 微指令格式圖12 地址轉(zhuǎn)移邏輯電路其中UA5-UA0為6位的后續(xù)微地址，A，B，C為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多個微命令。C字段中的P(1)- P

20、 (4)是四個測試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，其原理如圖12所示。圖中I7一I2為指令寄存器的第7-2位輸出，SE5-SE1為微程序控制器單元微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字段中的RS-B，R0-B，RI-B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(jī)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13所示。圖中，I0-I4為指令寄存器的第04為，LDRi為打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。2:4譯碼

21、器2:4譯碼器2:4譯碼器GGGBAAABBLDRiLDR1LDR2LDR0RD-BRS-BR2-BR1-BR0-BRI-BI3I2I0I1Y0Y1Y2Y0Y1Y2Y0Y1Y2圖13 寄存器選通譯碼電路四 實(shí)驗(yàn)步驟 (a) 五條指令的微程序流程圖ADD111001IN1312100201STAOUTSWR0P(1)PCARPC+1RAMBUSBUSIR0403PCARPC+1RAMBUSBUSAR1507PCARPC+1RAMBUSBUSAR16PCARPC+1RAMBUSBUSAR26PCARPC+1RAMBUSBUSPCJMP140605R0DR1RAMBUSBUS-DR0(DR1)+(D

22、R2)R001R0BUSBUSRAM0117RAMBUSBUSDR101DR1LED2501運(yùn)行微程序八進(jìn)制地址(1) 圖14為幾條機(jī)器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖，將全部微程序按指令格式變成二進(jìn)制代碼，可得到表3所示的二進(jìn)制代碼表。圖14 微程序流程圖KWE23202000KRDRPP(1)1507PCARPC+1RAMBUSBUSDR116PCARPC+1DR1LED控制臺213024PCARPC+1(SW)BUSBUSDR1DR1RAM(b) 控制臺微程序流程圖八進(jìn)制地址01 表3 微程序代碼表 微地址S3 S2 S1 S0 M Cn WEA9 A8 A B CA5-A0000 0 0 0

23、 0 0 0 1 10 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 0010 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 0020 0 0 0 0 0 0 0 11 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 0030 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 0040 0 0 0 0 0 0 0 10 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 1050 0 0 0 0 0 0 1 10 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 0061 0 0 1 0 1 0 1 10 0 11 0 10 0 00 0 0

24、 0 0 1070 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 1100 0 0 0 0 0 0 0 00 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1110 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 1120 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 1130 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 0140 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 0150 0 0 0 0 0 1 0 10 0 0

25、0 0 10 0 00 0 0 0 0 1160 0 0 0 0 0 0 0 11 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 1170 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 1200 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 0210 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 0220 0 0 0 0 0 0 0 10 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1230 0 0 0 0 0 0 1 10 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1240 0 0 0

26、 0 0 0 0 00 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 0250 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 1260 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 1270 0 0 0 0 1 1 1 00 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 0300 0 0 0 0 1 1 0 10 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1 （2）按圖15連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。W/R UNITT1STATE UNITMICRO_CONTROLLERSWITCH UNIT圖15 微程序控制

27、器實(shí)驗(yàn)接線圖T2SIGNAL UNITTS1 TS2H23uA5uA0uA5uA0 (3) 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，時序電路中的STOP開關(guān)置為“RUN”，STEP開關(guān)置為"EXEC”。按動START按鍵，從方波器上可觀察到TS1，TS2，TS3，TS4各點(diǎn)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，如見圖16所示。CPU周期CPU周期TS1TS2TS3TS4圖16 時序波形圖 (4) 觀察微程序控制器的工作原理： (A) 編程 將編程開關(guān)置為PROM(編程)狀態(tài)。 將實(shí)驗(yàn)板上STATE UNIT中的STEP置為“ST

28、EP”，STOP置為“RUN”狀態(tài)。 用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址A5一A0 。 在MK24-MK1開關(guān)上置微代碼，24位開關(guān)對應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)量為“0”時燈亮，開關(guān)量為“1”時燈滅。 啟動時序電路(按動啟動按紐START)，即將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。 重復(fù)CE步驟，將表12的微代碼寫入2816。 (B) 校驗(yàn) 將編程開關(guān)設(shè)置為READ(校驗(yàn))狀態(tài)。 將實(shí)驗(yàn)板的STEP開關(guān)置為“STEP”狀態(tài)，STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。 用二進(jìn)制開關(guān)置好微地址A5一A0 。 按動START鍵，啟動時序電路，讀出微代碼觀察顯示燈MD24-MD1的狀態(tài)(燈亮為“0”，滅為

29、“1”)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，則將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行即可，(C) 單步運(yùn)行 將編程開關(guān)置于“RUN”狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)板的STEP及STOP開關(guān)保持原狀。 操作CLR開關(guān)(撥動開關(guān)在實(shí)驗(yàn)板右下角)使CLR信號101，微地址寄存器A5一A0清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為000000(二進(jìn)制)。 按動“START”鍵，啟動時序電路，則每按動一次啟動鍵，讀出一條微指令后停機(jī)，此時實(shí)驗(yàn)臺上的微地址顯示燈和微命令顯示燈將顯示所讀出的一條指令。注意：在當(dāng)前條件下，可將MICRO-CONTROLLER單元的SE6-SE1接至SWITCH UNIT中的S3-Cn對應(yīng)二進(jìn)

30、制開關(guān)上，可通過強(qiáng)置端SE1-SE6人為設(shè)置分支地址。將SE1-SE6對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)量置為“1”，當(dāng)需要人為設(shè)置分支地址時，將某個或幾個二進(jìn)制開關(guān)置“0”，相應(yīng)的微地址位即被強(qiáng)置為“1”，從而改變下一條微指令的地址。(二進(jìn)制開關(guān)置為“0”，相應(yīng)的微地址位將被強(qiáng)置為“1”)(D) 連續(xù)運(yùn)行 將編程開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。 將實(shí)驗(yàn)板的單步開關(guān)STEP置為“EXEC”狀態(tài)。 使CLR從101，此時微地址寄存器清“0”，從而給出取指微指令的入口地址為000000(二進(jìn)制)。 啟動時序電路，則可連續(xù)讀出微指令。 實(shí)驗(yàn)6 總線控制器實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 理解總線的概念及其特性。(2) 掌握總線傳輸控制特

31、性。二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一 ，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1) 總線的基本概念 總線是多個系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計算機(jī)在系統(tǒng)各部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，所謂總線就是指能為多個功能部件服務(wù)的一組公用信息線。 2) 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)所用總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖17所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲器、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，就可進(jìn)行總線信息傳輸。 3) 實(shí)驗(yàn)要求 根據(jù)掛在總線上的幾個基本部件，設(shè)計一個簡單的流程：數(shù)據(jù)輸入開關(guān)地址寄存

32、器AR存儲器RAM數(shù)碼管顯示LEDR0寄存 器圖17 總線實(shí)驗(yàn)原理圖LED-BLEARCSW/RLED-BW/RR0-BLDR0總線 (1) 輸入設(shè)備將一個數(shù)打入R0寄存器。 (2) 輸入設(shè)備將另一個數(shù)打入地址寄存器。 (3) 將R0寄存器中的數(shù)寫入到當(dāng)前地址的存儲器中。 (4) 將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。 四 實(shí)驗(yàn)步驟(1) 按照圖18實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線。BUS UNITD7D0INPUT UNITD7D0SW-BD7D0LDR0D7D0D7D0OUTPUT DEVICEAD7 AD0SW-BD7D0LDARSW-BR0-BREG UNITADDRESS UNITEXT U

33、NITA7 A0MAIN MEMW/RW/RCSLED-B圖18 總線實(shí)驗(yàn)原理圖SWITCH UNITLDPCPC-BS3299-BWECELDAR(2) 具體操作步驟圖示如下：初始狀態(tài)應(yīng)設(shè)為：關(guān)閉所有三態(tài)門(SW-B=1，CS=1，R0-B=1，LED-B=1)，其他控制信號為LDAR=0，LDR0=0，WR(RAM)=1，WR(LED)=1。數(shù)據(jù)開關(guān)(01100011)三態(tài)門SW-B=0打入寄存器R0LDR0=數(shù)據(jù)開關(guān)(00100000)打入寄存器ARLDAR=三態(tài)門SW-B=1R0-B=0R0寫入存儲器W/R(RAM)=0CS=0三態(tài)門R0-B=0CS=1存儲器打入LEDW/R(RAM)

34、=1CS=0LED-B=0W/R(LED)= 實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺基本模型計算機(jī)。 (2) 為其定義五條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，具體上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念二 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 TDNCM計算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺，排線若干。三 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1) 實(shí)驗(yàn)原理 部件實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計算機(jī)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(jī)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

35、序列來完成，即一條機(jī)器指令對應(yīng)一個微程序。 本實(shí)驗(yàn)采用五條機(jī)器指令：IN(輸入)，ADD(二進(jìn)制加法)，STA(存數(shù))，OUT(輸出)，JMP(無條件轉(zhuǎn)移)。其指令格式如下(前4位為操作碼)： 助記符 機(jī)器指令碼 說明 IN 00000000 “INPUT DEVICE”中的開關(guān)狀態(tài) R0 ADD addr 0001 0000 ×××××××× R0+addr R0 STA addr 0010 0000 ×××××××× R0 addr

36、 OUT addr 0011 0000 ×××××××× addr LED JMP addr 0100 0000 ×××××××× addr PC 其中：:IN為單字長(8位)，其余為雙字長指令，××××××××為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。 為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須設(shè)計三個控制臺操作微程序。 * 存儲器讀操作

37、(KRD)：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA為“0 0”時，按START微動開關(guān)，可對RAM連續(xù)手動讀操作。 * 存儲器寫操作(KWE)：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA置為“0 1”時，按START微動開關(guān)可對RAM進(jìn)行連續(xù)手動寫入。 * 啟動程序：撥動總清開關(guān)CLR后，控制臺開關(guān)SWB、SWA置為“1 1”時，按START微動開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號“取址”微指令，啟動程序運(yùn)行。上述三條控制臺指令用兩個開關(guān)SWB,SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如表4所示。 表4 控制臺的開關(guān)設(shè)置SWBSWA控制臺指令001011讀內(nèi)存(KRD)寫內(nèi)存(KWE)啟動程序(RP)根據(jù)以

38、上要求，可設(shè)計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖19所示。微指令定義如表4所示。 系統(tǒng)涉及到的微程序流程如圖21所示。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(jī)用指令寄存器的前4位(IR7一IR4)作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元。 控制臺操作為P(4)測試，它以控制臺開關(guān)SWB，SWA作為測試條件，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，剩下的其他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8進(jìn)制。 當(dāng)全部微程序設(shè)計

39、完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表5即為將圖21的微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進(jìn)制微代碼表”。圖19 數(shù)據(jù)通路框圖 下面介紹指令寄存器(IR)：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，然后再傳送至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，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” (實(shí)驗(yàn)板上標(biāo)有“INS DECODE”的芯片)根據(jù)指令中的操作碼譯碼強(qiáng)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。 本系統(tǒng)有兩種外部IO設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼

40、開關(guān)，它作為輸入設(shè)備(INPUT DEVICE)：另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設(shè)備(OUTPUT DEVICE)。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)送到數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號(WR)有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動數(shù)碼塊顯示。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計機(jī)器指令程序如下： 地址(二進(jìn)制) 內(nèi)容(二進(jìn)制) 助記符 說 明 0000 0000 0000 0000 IN R0 “INPUT DEVICE”R0 0000 0001 0001 0000 ADD 0AH，R0 R0+0AH R0 0000 0010 0000 1010 0000 001

41、1 0010 0000 STA R0，0BH R00BH 0000 0100 0000 1011 0000 0101 0011 0000 OUT 0BH 0BH LED 0000 0110 0000 1011 0000 0111 0100 0000 JMP 00H 00HPC 0000 1000 0000 0000 0000 1001 0000 1010 0000 0001 自定0000 1011 求和結(jié)果 四 實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 按圖20連接實(shí)驗(yàn)線路。圖20 基本模型機(jī)實(shí)驗(yàn)接線圖(2) 寫程序 方法一：手動寫入 先將機(jī)器指令對應(yīng)的微代碼正確地寫入2816中，由于在微程序控制實(shí)驗(yàn)中已將微代碼寫入

42、E2PROM芯片中，對照表5校驗(yàn)正確后就可使用。 使用控制臺KWE和KRD微程序進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查。A.使編程開關(guān)處于“RUN"，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B撥動總清開關(guān)CLR(01)，微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制臺SWB，SWA開關(guān)置為“01”，按動一次啟動開關(guān)START，微地址顯示燈顯示“010001”，再按動一次START，微地址燈顯示“010100"。此時，數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容置為要寫入的機(jī)器指令，按動兩次START鍵后，即完成該條指令的寫入。若仔細(xì)閱讀KE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機(jī)器指令的首地址總清后為零，以后每個循環(huán)P

43、C會自動加1，所以，每次按動START，只有在微地址燈顯示“010100”時，才設(shè)置內(nèi)容，直到所有機(jī)器指令寫完。C寫完程序后須進(jìn)行校驗(yàn)。撥動總清開關(guān)CLR(01)后，微地址清零。PC程序計數(shù)器清零，然后使控制臺開關(guān)SWB，SWA為“00”，按動啟動START，微地址燈將顯示“010000”；再按START，微地址燈顯示為“010010"；第3次按START，微地址燈顯示為“010111”，再按START后，此時輸出單元的數(shù)碼管顯示為該首地址中的內(nèi)容。不斷按動START，以后每個循環(huán)PC會自動加1，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容。每次在微地址燈顯示為“010000”時，是將當(dāng)前地址中的機(jī)器指令寫入

44、到輸出設(shè)備中顯示。方法二：聯(lián)機(jī)讀寫程序 按照規(guī)定格式，將機(jī)器指令及表5微指令二進(jìn)制表編輯成十六進(jìn)制的如下格式文件。微指令格式中的微指令代碼為將表5中的24位微代碼按從左到右分成3個8位，將此3個8位二進(jìn)制代碼化為相應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)即可。 程 序 $P4000 $P4110 $P420A機(jī)器指令格式說明：$P×× ×× 機(jī)器指令代碼 十六進(jìn)制地址 $P4320 $P440B $P4530微指令格式說明：$M×× ×××× 微指令代碼 十六進(jìn)制地址 $P460B $P4740 $P4800 $P4A0

45、1 微程序 $M00018110$M0901ED83$M1200A017 $M0101ED82$M0A0IED87 $M13018001 $M0200C048 $M0B01ED8E $M14002018 $M0300E004 $M0C01ED96 $M15070A01 $M0400B005 $N0D028201$M1600D181 $M0501A206 $M0E00E00F$M17070A10 $M06959A01 $M0F00A015$M18068A11 $M0700E00D $M1001ED92$M18068A11$M08001001 $M1101ED94 用聯(lián)機(jī)軟件的傳送文件功能(F4)

46、將該格式文件傳入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)即可， (3) 運(yùn)行程序 (A) 單步運(yùn)行程序 使編程開關(guān)處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。 撥動總清開關(guān)CLR(01)，微地址清零，程序計數(shù)器清零。程序首址為00H。 單步運(yùn)行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運(yùn)行一條微指令。對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。 當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，可檢查存數(shù)單元(0BH)中的結(jié)果是否和理論值一致。 (B) 連續(xù)運(yùn)行程序 使“STATE UNIT”中的STEP開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)。STOP開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)。 撥動CLR開關(guān)，清微地址及程序計數(shù)器，然后按動START，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機(jī)。 停機(jī)后，可檢查存數(shù)單元(0BH)結(jié)果是否正確。* 若聯(lián)機(jī)運(yùn)行程序時，進(jìn)入DEBUG調(diào)試界面，總清開關(guān)CLR(101)清零后，程序首址為00H，按相應(yīng)功能鍵即可聯(lián)機(jī)運(yùn)行、調(diào)試程序。(軟件使用說明請看( 10.8) 實(shí)驗(yàn)八 帶移位運(yùn)算的模型機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟悉用微程序控