計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

.../...《計(jì)算機(jī)組成與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)計(jì)算機(jī)與信息工程系20XX7月目錄實(shí)驗(yàn)概述2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一專(zhuān)用寄存器<1>3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二通用寄存器5實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三專(zhuān)用寄存器<2>7實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四數(shù)據(jù)輸出/移位門(mén)10實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五微程序計(jì)數(shù)器13實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目六運(yùn)算器15實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目七程序計(jì)數(shù)器17實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目八存儲(chǔ)器讀寫(xiě)20實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目九微程序存儲(chǔ)器讀寫(xiě)23實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十中斷25實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十一模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)27實(shí)驗(yàn)概述一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．加深對(duì)講授內(nèi)容的理解,通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)掌握計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理。熟練地掌握計(jì)算機(jī)中每個(gè)部件的電路設(shè)計(jì)方法并完成調(diào)試和分析結(jié)果。2．熟悉所用的仿真軟件。學(xué)會(huì)使用仿真軟件上機(jī)調(diào)試電路。3．通過(guò)使用實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)來(lái)觀察系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作1．熟悉所用的實(shí)驗(yàn)箱和計(jì)算機(jī)的性能和使用方法。2．復(fù)習(xí)和掌握與本次實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。3．每個(gè)實(shí)驗(yàn)之前設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)所需電路。三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、運(yùn)行結(jié)果、對(duì)運(yùn)行結(jié)果的分析以及本次實(shí)驗(yàn)所取得的經(jīng)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)任務(wù)與時(shí)間安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)類(lèi)型實(shí)驗(yàn)類(lèi)別學(xué)時(shí)1專(zhuān)用寄存器<1>必做驗(yàn)證性22通用寄存器選做驗(yàn)證性23專(zhuān)用寄存器<2>選做驗(yàn)證性24數(shù)據(jù)輸出/移位門(mén)選做驗(yàn)證性25微程序計(jì)數(shù)器必做綜合性26運(yùn)算器選做驗(yàn)證性27程序計(jì)數(shù)器必做驗(yàn)證性28存儲(chǔ)器讀寫(xiě)必做驗(yàn)證性29微程序存儲(chǔ)器讀寫(xiě)必做驗(yàn)證性210中斷必做驗(yàn)證性211模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)〔數(shù)據(jù)傳送指令選做綜合性2五、參考教材《計(jì)算機(jī)組成原理》唐朔飛著高等教育出版社《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》王愛(ài)英著清華大學(xué)出版社實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一專(zhuān)用寄存器<1>一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中專(zhuān)用寄存器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),將數(shù)據(jù)寫(xiě)入專(zhuān)用寄存器A、工作寄存器W,然后讀出數(shù)據(jù)。2、實(shí)驗(yàn)原理CPTH用74HC574來(lái)構(gòu)成寄存器。74HC574的引腳圖見(jiàn)圖1,功能如下：<1>在CLK的上升沿將輸入端的數(shù)據(jù)打入到8個(gè)觸發(fā)器中。<2>當(dāng)OC=1時(shí)觸發(fā)器的輸出被關(guān)閉,當(dāng)OC=0時(shí)觸發(fā)器輸出數(shù)據(jù)。圖174HC574的引腳圖圖174HC574的引腳圖實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2和圖3所示。圖2寄存器A原理圖圖2寄存器A原理圖圖3寄存器W原理圖圖3寄存器W原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟首先設(shè)置手動(dòng)模式：按[TV/ME]鍵三次,進(jìn)入"Hand"手動(dòng)狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>連接數(shù)據(jù)線：K16~K23分別連接D0~D7。<3>系統(tǒng)清零K23-K16開(kāi)關(guān)置零,按[RST]鈕。<4>將55H寫(xiě)入A寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H：置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫(xiě)入A寄存器。<5>將66H寫(xiě)入W寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)66H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)66H被寫(xiě)入W寄存器。操作注意事項(xiàng)：*數(shù)據(jù)是在放開(kāi)STEP鍵后改變的,也就是CK的上升沿?cái)?shù)據(jù)被打入。*WEN,AEN為高時(shí),即使CK有上升沿,寄存器的數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二通用寄存器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中通用寄存器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),將數(shù)據(jù)寫(xiě)入R0,R1,R2,R3寄存器并讀出。2、實(shí)驗(yàn)原理通用寄存器的原理圖如圖4所示。圖4通用寄存器原理圖圖4通用寄存器原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟首先設(shè)置手動(dòng)模式：按[TV/ME]鍵三次,進(jìn)入"Hand"手動(dòng)狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>將11H寫(xiě)入R0寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)11H：按下表置控制信號(hào)。按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器R0的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R0寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)11H被寫(xiě)入R0寄存器。<3>將22H寫(xiě)入R1寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)22H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器R1的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R1寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)22H被寫(xiě)入R1寄存器。<4>將33H寫(xiě)入R2寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)33H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器R2的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R2寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)33H被寫(xiě)入R2寄存器。<5>將44H寫(xiě)入R3寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)44H：置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器R3的黃色選擇指示燈亮,表明選擇R3寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)44H被寫(xiě)入R3寄存器。注意觀察：數(shù)據(jù)是CK的上升沿?cái)?shù)據(jù)被打入。K1<SB>,K0<SA>用于選擇寄存器。<6>讀R0寄存器。置控制信號(hào)為：這時(shí)寄存器R0的紅色輸出指示燈亮,R0寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時(shí)數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00010001.將K11<RRD>置為1,關(guān)閉R0寄存器輸出。<7>讀R1寄存器。置控制信號(hào)為：這時(shí)寄存器R1的紅色輸出指示燈亮,R1寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時(shí)數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00100010。將K11<RRD>置為1,關(guān)閉R1寄存器輸出。<7>讀R2寄存器。置控制信號(hào)為：這時(shí)寄存器R2的紅色輸出指示燈亮,R2寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時(shí)數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：00110011。將K11<RRD>置為1,關(guān)閉R2寄存器輸出。<8>讀R3寄存器。置控制信號(hào)為：這時(shí)寄存器R3的紅色輸出指示燈亮,R3寄存器的數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線。此時(shí)數(shù)據(jù)總線指示燈L7...L0為：01000100。將K11<RRD>置為1,關(guān)閉R3寄存器輸出。注意觀察：1.數(shù)據(jù)在K11<RRD>為0時(shí)輸出,不是沿觸發(fā),與數(shù)據(jù)打入不同。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三專(zhuān)用寄存器<2>一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中其它專(zhuān)用寄存器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),將數(shù)據(jù)寫(xiě)入MAR寄存器、ST寄存器、OUT寄存器并讀出。2、實(shí)驗(yàn)原理MAR寄存器、ST寄存器、OUT寄存器的原理圖分別如圖5、6、7所示。圖圖5MAR寄存器原理圖圖圖6ST寄存器原理圖圖7圖7OUT寄存器原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟首先設(shè)置手動(dòng)模式：按[TV/ME]鍵三次,進(jìn)入"Hand"手動(dòng)狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<1>將12H寫(xiě)入MAR寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器MAR的黃色選擇指示燈亮,表明選擇MAR寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)12H被寫(xiě)入MAR寄存器。K14<MAROE>為0,MAR寄存器中的地址輸出,MAR紅色輸出指示燈亮。將K14<MAROE>置為1,關(guān)閉MAR輸出。<2>將34H寫(xiě)入ST寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)34H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器ST的黃色選擇指示燈亮,表明選擇ST寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)34H被寫(xiě)入ST寄存器。<3>將56H寫(xiě)入OUT寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)56H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器OUT的黃色選擇指示燈亮,表明選擇OUT寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)56H被寫(xiě)入OUT寄存器。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目四數(shù)據(jù)輸出/移位門(mén)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握模型機(jī)中數(shù)據(jù)總線的原理。2、掌握運(yùn)算器中移位功能的實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀的開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),將指定寄存器的內(nèi)容讀到數(shù)據(jù)總線DBUS上；觀察移位門(mén)輸出結(jié)果。2、實(shí)驗(yàn)電路CPTH中有7個(gè)寄存器可以向數(shù)據(jù)總線輸出數(shù)據(jù),但在某一特定時(shí)刻只能有一個(gè)寄存器輸出數(shù)據(jù),由X2,X1,X0決定那一個(gè)寄存器輸出數(shù)據(jù) ,下表是X2,X1,X0與各個(gè)寄存器的關(guān)系表。圖8是總線上的7個(gè)寄存器的控制端原理圖。X2X1X0輸出寄存器000IN-OE外部輸入門(mén)001IA-OE中斷向量010ST-OE堆棧寄存器011PC-OEPC寄存器100D-OE直通門(mén)101R-OE右移門(mén)110L-OE左移門(mén)111沒(méi)有輸出圖8圖8數(shù)據(jù)輸出選擇器原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟首先設(shè)置手動(dòng)模式：按[TV/ME]鍵三次,進(jìn)入"Hand"手動(dòng)狀態(tài)。<1>按照下表連接線。<2>數(shù)據(jù)輸出。置下表的控制信號(hào),檢驗(yàn)輸出結(jié)果。<2>移位。ALU直接輸出和零標(biāo)志位產(chǎn)生原理圖如圖9所示。圖9圖9ALU直接輸出和零標(biāo)志位產(chǎn)生原理圖ALU左移輸出原理圖、ALU右移輸出原理圖分別如圖10和圖11所示。圖10圖10ALU左移輸出原理圖圖11圖11ALU右移輸出原理圖直通門(mén)將運(yùn)算器的結(jié)果不移位送總線。當(dāng)X2X1X0=100時(shí)運(yùn)算器結(jié)果通過(guò)直通門(mén)送到數(shù)據(jù)總線。同時(shí),直通門(mén)上還有判0電路,當(dāng)運(yùn)算器的結(jié)果為全0時(shí),Z=1,右移門(mén)將運(yùn)算器的結(jié)果右移一位送總線。當(dāng)X2X1X0=101時(shí)運(yùn)算器結(jié)果通過(guò)右通門(mén)送到數(shù)據(jù)總線。<3>將55H寫(xiě)入A寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫(xiě)入A寄存器。S2S1S0=111時(shí)運(yùn)算器結(jié)果為寄存器A內(nèi)容。注意觀察：移位與輸出門(mén)是否打開(kāi)無(wú)關(guān),無(wú)論運(yùn)算器結(jié)果如何,移位門(mén)都會(huì)給出移位結(jié)果。但究竟把那一個(gè)結(jié)果送數(shù)據(jù)總線由X2X1X0輸出選擇決定。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目五微程序計(jì)數(shù)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中微程序計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)、工作原理及其控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)微程序計(jì)數(shù)器uPC的寫(xiě)入和加1功能。2、實(shí)驗(yàn)原理微程序計(jì)數(shù)器的原理圖如圖12所示。74HC161是一片帶預(yù)置的4位二進(jìn)制記數(shù)器。功能如下：當(dāng)RST=0時(shí),記數(shù)器被清0；當(dāng)IREN=0時(shí),在CK的上升沿,預(yù)置數(shù)據(jù)被打入記數(shù)器；當(dāng)IREN=1時(shí),在CK的上升沿,記數(shù)器加1；TC為進(jìn)位,當(dāng)記數(shù)到F〔1111時(shí),TC=1；CEP、CET為記數(shù)使能,當(dāng)CEP=CET=1時(shí),記數(shù)器工作；CEP=CET=0時(shí),記數(shù)器保持原值。圖12圖12uPC原理圖理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>uPC加1。置控制信號(hào)為：按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。<3>uPC打入。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號(hào)為：當(dāng)EMWR,EMEN=0時(shí),數(shù)據(jù)總線〔DBUS上的數(shù)據(jù)被送到指令總線〔IBUS上。按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器uPC的黃色預(yù)置指示燈亮,表明uPC被預(yù)置。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)10H被寫(xiě)入uPC寄存器。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目六運(yùn)算器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中算術(shù)邏輯運(yùn)算單元的控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),將數(shù)據(jù)寫(xiě)累加器A和工作寄存器W,并用開(kāi)關(guān)控制ALU的運(yùn)算方式,實(shí)現(xiàn)運(yùn)算器的功能。2、實(shí)驗(yàn)原理CPTH中的運(yùn)算器由一片CPLD實(shí)現(xiàn),有8種運(yùn)算〔見(jiàn)下表,通過(guò)S2、S1、S0來(lái)選擇,運(yùn)算數(shù)據(jù)由保存到寄存器A及寄存器W中,運(yùn)算結(jié)果輸出到直通門(mén)D。3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>將55H寫(xiě)入A寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)55H：置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器A的黃色選擇指示燈亮,表明選擇A寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)55H被寫(xiě)入A寄存器。<3>將33H寫(xiě)入W寄存器。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)33H：置控制信號(hào)為：按住STEP脈沖鍵,CK由高變低,這時(shí)寄存器W的黃色選擇指示燈亮,表明選擇W寄存器。放開(kāi)STEP鍵,CK由低變高,產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)33H被寫(xiě)入W寄存器。<4>置下表的控制信號(hào),檢驗(yàn)運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果。注意觀察：運(yùn)算器在加上控制信號(hào)及數(shù)據(jù)<A,W>后,立刻給出結(jié)果,不需時(shí)鐘。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目七程序計(jì)數(shù)器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中程序計(jì)數(shù)器PC的工作原理及其控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)程序計(jì)數(shù)器PC的寫(xiě)入及加1功能。2、實(shí)驗(yàn)原理PC是由兩片74HC141構(gòu)成的八位帶預(yù)置記數(shù)器,預(yù)置數(shù)據(jù)來(lái)自數(shù)據(jù)總線。記數(shù)器的輸出通過(guò)74HC245〔PCOE送到地址總線。PC值還可以通過(guò)74HC245〔PCOE_D送回?cái)?shù)據(jù)總線。PC原理圖由圖13所示。圖圖13寄存器W原理圖圖3圖3PC原理圖在CPTH中,PC+1由PCOE取反產(chǎn)生。當(dāng)RST=0時(shí),PC記數(shù)器被清0。當(dāng)LDPC=0時(shí),在CK的上升沿,預(yù)置數(shù)據(jù)被打入PC記數(shù)器。當(dāng)PC+1=1時(shí),在CK的上升沿,PC記數(shù)器加1。當(dāng)PCOE=0時(shí),PC值送地址總線。圖圖14PC打入控制原理圖PC打入控制電路由一片74HC151構(gòu)成<isp1016實(shí)現(xiàn)>。原理圖如圖14所示。功能表見(jiàn)下表。當(dāng)ELP=1時(shí),LDPC=1,不允許PC被預(yù)置。當(dāng)ELP=0時(shí),LDPC由IR3,IR2,Cy,Z確定。當(dāng)IR3IR2=1X時(shí),LDPC=0,PC被預(yù)置。當(dāng)IR3IR2=00時(shí),LDPC=非Cy,當(dāng)Cy=1時(shí),PC被預(yù)置。當(dāng)IR3IR2=01時(shí),LDPC=非Z,當(dāng)Z=1時(shí),PC被預(yù)置。3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>按照下表設(shè)置控制信號(hào)。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)PC被加1。<3>二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)12H：置控制信號(hào)為：每置控制信號(hào)后,按一下STEP鍵,觀察PC的變化。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目八存儲(chǔ)器讀寫(xiě)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)中程序存儲(chǔ)器的工作原理及控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的K16..K23開(kāi)關(guān)做為DBUS的數(shù)據(jù),其它開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)程序存儲(chǔ)器EM的讀寫(xiě)操作。2、實(shí)驗(yàn)原理存儲(chǔ)器EM由一片6116RAM構(gòu)成,是用戶存放程序和數(shù)據(jù)的地方。存儲(chǔ)器EM通過(guò)一片74HC245與數(shù)據(jù)總線相連。存儲(chǔ)器EM的地址可選擇由PC或MAR提供。存儲(chǔ)器EM的數(shù)據(jù)輸出直接接到指令總線IBUS,指令總線IBUS的數(shù)據(jù)還可以來(lái)自一片74HC245。當(dāng)ICOE為0時(shí),這片74HC245輸出中斷指令B8。EM原理圖如圖15所示。圖15圖15EM原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>按照下表置控制信號(hào)。<3>將地址0寫(xiě)入MAR。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)00H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將地址0寫(xiě)入MAR。<4>將數(shù)據(jù)11H寫(xiě)入EM[0]。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)11H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將數(shù)據(jù)11H寫(xiě)入EM[0]。<5>將地址1寫(xiě)入MAR。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)01H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將地址1寫(xiě)入MAR。<6>將數(shù)據(jù)22H寫(xiě)入EM[1]。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)22H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將數(shù)據(jù)22H寫(xiě)入EM[1]。<7>將地址0寫(xiě)入MAR。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)00H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將地址0寫(xiě)入MAR。<8>讀EM[0]。置控制信號(hào)為：EM[0]被讀出：11H。<9>將地址1寫(xiě)入MAR。二進(jìn)制開(kāi)關(guān)K23-K16用于DBUS[7:0]的數(shù)據(jù)輸入,置數(shù)據(jù)01H：置控制信號(hào)為：按STEP鍵,將地址1寫(xiě)入MAR。<10>讀EM[1]。置控制信號(hào)為：EM[1]被讀出：22H：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目九微程序存儲(chǔ)器讀寫(xiě)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握微程序控制方式模型機(jī)的基本工作原理。2、掌握微程序存儲(chǔ)器uM的控制方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的開(kāi)關(guān)做為控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)微程序存儲(chǔ)器uM的輸出功能。2、實(shí)驗(yàn)原理存儲(chǔ)器uM由三片6116RAM構(gòu)成,共24位微指令,采用水平型微指令格式。存儲(chǔ)器的地址由uPC提供,片選及讀信號(hào)恒為低,寫(xiě)信號(hào)恒為高.存儲(chǔ)器uM始終輸出uPC指定地址單元的數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)器uM原理圖如圖16所示。圖圖16uM原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>微程序存儲(chǔ)器uM讀出。置控制信號(hào)為：K0為1。<3>uM輸出uM[0]的數(shù)據(jù)。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。<4>uM輸出uM[1]的數(shù)據(jù)。按一次STEP脈沖鍵,CK產(chǎn)生一個(gè)上升沿,數(shù)據(jù)uPC被加1。uM輸出uM[2]的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十中斷一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蜋C(jī)的中斷功能的工作原理及中斷過(guò)程中,申請(qǐng)、響應(yīng)、處理、返回各階段時(shí)序。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀上的開(kāi)關(guān)做控制信號(hào),實(shí)現(xiàn)中斷功能。2、實(shí)驗(yàn)原理中斷電路有兩個(gè)D觸發(fā)器,分別用于保存中斷請(qǐng)求信號(hào)<IREQ>及中斷響應(yīng)信號(hào)<IACK>。INT有上升沿時(shí),IREQ觸發(fā)器被置為1。當(dāng)下一條指令取指時(shí)<IREN=0>,存貯器EM的讀信號(hào)<EMRDP>被關(guān)閉,同時(shí)產(chǎn)生讀中斷指令<ICEN>信號(hào),程序的執(zhí)行被打斷轉(zhuǎn)而去執(zhí)行B8指令響應(yīng)中斷。在取B8的同時(shí)置IACK觸發(fā)器被置為1,禁止新的中斷響應(yīng)。EINT信號(hào)置0,IACK,IREQ觸發(fā)器為0,中斷電路可以響應(yīng)新的中斷。中斷控制器原理圖如圖17所示。圖圖17中斷控制器原理圖3、實(shí)驗(yàn)步驟<1>按照下表連接線。<2>置控制信號(hào)。短路塊選擇端JINT指向RG側(cè),按RG脈沖鍵,產(chǎn)生中斷請(qǐng)求,此時(shí)黃色REQ指示燈亮,同時(shí)B8輸出紅色指示燈。按STEP脈沖鍵,產(chǎn)生取指脈沖,黃色ACK指示燈亮。置控制信號(hào)為：REQ,ACK燈滅。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十一模型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握微程序控制模型計(jì)算機(jī)的基本工作原理和設(shè)計(jì)方法。2、掌握微程序存儲(chǔ)器uM的控制方法和上位機(jī)軟件的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)模型計(jì)算機(jī),并利用CPTH實(shí)驗(yàn)儀的上位機(jī)軟件控制該模型計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)模型機(jī)的數(shù)據(jù)傳送功能。2、實(shí)驗(yàn)原理2.1模型機(jī)總體結(jié)構(gòu)CPTH模型計(jì)算機(jī)包括了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)CPU所具備所有部件,這些部件包括：運(yùn)算器ALU、累加器A、工作寄存器W、左移門(mén)L、直通門(mén)D、右移門(mén)R、寄存器組R0-R3、程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器MAR、堆棧寄存器ST、中斷向量寄存器IA、輸入端口IN、輸出端口寄存器OUT、程序存儲(chǔ)器EM、指令寄存器IR、微程序計(jì)數(shù)器uPC、微程序存儲(chǔ)器uM,以及中斷控制電路、跳轉(zhuǎn)控制電路。其中運(yùn)算器和中斷控制電路以及跳轉(zhuǎn)控制電路用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn),其它電路都是用離散的數(shù)字電路組成。微程序控制部分也可以用組合邏輯控制來(lái)代替。模型機(jī)為8位機(jī),數(shù)據(jù)總線、地址總線都為8位,但其工作原理與16位機(jī)相同。相比而言8位機(jī)實(shí)驗(yàn)減少了煩瑣的連線,但其原理卻更容易被學(xué)生理解、吸收。模型機(jī)的指令碼為8位,根據(jù)指令類(lèi)型的不同,可以有0到2個(gè)操作數(shù)。指令碼的最低兩位用來(lái)選擇R0-R3寄存器,在微程序控制方式中,用指令碼做為微地址來(lái)尋址微程序存儲(chǔ)器,找到執(zhí)行該指令的微程序。而在組合邏輯控制方式中,按時(shí)序用指令碼產(chǎn)生相應(yīng)的控制位。在本模型機(jī)中,一條指令最多分四個(gè)狀態(tài)周期,一個(gè)狀態(tài)周期為一個(gè)時(shí)鐘脈沖,每個(gè)狀態(tài)周期產(chǎn)生不同的控制邏輯,實(shí)現(xiàn)模型機(jī)的各種功能。模型機(jī)有24位控制位以控制寄存器的輸入、輸出,選擇運(yùn)算器的運(yùn)算功能,存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)。24位控制位分別介紹如下：EMRD：程序存儲(chǔ)器EM讀信號(hào)。PCOE：將程序計(jì)數(shù)器PC的值送到地址總線ABUS上。EMEN：將程序存儲(chǔ)器EM與數(shù)據(jù)總線DBUS接通,由EMWR和EMRD決定是將DBUS數(shù)據(jù)寫(xiě)到EM中,還是從EM讀出數(shù)據(jù)送到DBUS。IREN：將程序存儲(chǔ)器EM讀出的數(shù)據(jù)打入指令寄存器IR和微指令計(jì)數(shù)器uPC。EINT：中斷返回時(shí)清除中斷響應(yīng)和中斷請(qǐng)求標(biāo)志,便于下次中斷。ELP：PC打入允許,與指令寄存器的IR3、IR2位結(jié)合,控制程序跳轉(zhuǎn)。MAREN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)打入地址寄存器MAR。MAROE：將地址寄存器MAR的值送到地址總線ABUS上。OUTEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)送到輸出端口寄存器OUT里。STEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS上數(shù)據(jù)存入堆棧寄存器ST中。RRD：讀寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。RWR：寫(xiě)寄存器組R0-R3,寄存器R?的選擇由指令的最低兩位決定。CN：決定運(yùn)算器是否帶進(jìn)位移位,CN=1帶進(jìn)位,CN=0不帶進(jìn)位。FEN：將標(biāo)志位存入ALU內(nèi)部的標(biāo)志寄存器。X2、X1、X0三位組合來(lái)譯碼選擇將數(shù)據(jù)送到DBUS上的寄存器。WEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN：將數(shù)據(jù)總線DBUS的值打入累加器A中。S2：S2、S1、S0三位組合決定ALU做何種運(yùn)算。2.2模型機(jī)尋址方式模型機(jī)的尋址方式分五種：累加器尋址：操作數(shù)為累加器A,例如"CPLA"是將累加器A值取反,還有些指令是隱含尋址累加器A,例如"OUT"是將累加器A的值輸出到輸出端口寄存器OUT。寄存器尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在R0-R3的寄存器中,例如"ADDA,R0”寄存器間接尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器EM中,數(shù)據(jù)的地址在寄存器R0-R3中,如"MOVA,@R1”存儲(chǔ)器直接尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器EM中,數(shù)據(jù)的地址為指令的操作數(shù)。例如"ANDA,40H"指令是將存儲(chǔ)器EM中40H單元的數(shù)據(jù)與累加器A的值做邏輯與運(yùn)算,結(jié)果存入累加器A。立即數(shù)尋址：參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)為指令的操作數(shù)。例如"SUBA,#10H"是從累加器A中減去立即數(shù)10H,結(jié)果存入累加器A。2.3模型機(jī)指令集模型機(jī)的缺省的指令集分幾大類(lèi)：算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、移位指令、數(shù)據(jù)傳輸指令、跳轉(zhuǎn)指令、中斷返回指令、輸入/輸出指令。下表給出指令集中的部分指令。助記符機(jī)器碼1機(jī)器碼2注釋_FATCH_000000xx實(shí)驗(yàn)機(jī)占用,不可修改,復(fù)位后,所有寄存器清0<IR除外>,首先執(zhí)行_FATCH_指令取指ADDCA,R?001000xx將寄存器R?的值加入累加器A中,帶進(jìn)位SUBA,R?001100xx從累加器A中減去寄存器R?的值SUBA,@R?001101xx從累加器A中減去間址存儲(chǔ)器的值A(chǔ)NDA,#II010111xxII累加器A"與"立即數(shù)IIORA,MM011010xxMM累加器A"或"存儲(chǔ)器MM地址的值MOVA,R?011100xx將寄存器R?的值送到累加器A中MOVA,@R?011101xx將間址存儲(chǔ)器的值送到累加器A中MOVA,MM011110xxMM將存儲(chǔ)器MM地址的值送到累加器A中MOVA,#II011111xxII將立即數(shù)II送到累加器A中IN110000xx從輸入端口讀入數(shù)據(jù)到累加器A中OUT110001xx將累加器A中數(shù)據(jù)輸出到輸出端口2.4模型機(jī)微指令集指令/微指令表<insfile1.mic>見(jiàn)下表。助記符狀態(tài)微地址微程序數(shù)據(jù)打入地址輸出運(yùn)算器uPCPC_FATCH_T000CBFFFF指令寄存器IRPC輸出A輸出寫(xiě)入101FFFFFFA輸出102FFFFFFA輸出103FFFFFFA輸出1ADDCA,R?T220FFF7EF寄存器WA輸出1T121FFFE94寄存器A標(biāo)志位C,Z帶進(jìn)位加運(yùn)算1T022CBFFFF指令寄存器I