計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)d教學(xué)講義

計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教材：《計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》

9/26/20241實(shí)驗(yàn)1運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)4微程序控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)5基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9/26/20242實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/202431.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笫煜?shí)驗(yàn)裝置學(xué)習(xí)算術(shù)邏輯單元電路的構(gòu)成及其工作原理，掌握運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳送通路的結(jié)構(gòu)及不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的各運(yùn)算數(shù)據(jù)的流程。驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能按指定的數(shù)據(jù)完成幾種指定的算術(shù)和邏輯運(yùn)算

9/26/20244JYS-4硬件系統(tǒng)布局圖9/26/202461.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）熟悉算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路實(shí)驗(yàn)原理算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路的結(jié)構(gòu)使用2片74LS181以并串連形式構(gòu)成8位字長ALU，ALU輸出經(jīng)過三態(tài)門同數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)算器的兩輸入端的數(shù)據(jù)分別由兩個鎖存器鎖存，鎖存器輸入與數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)開關(guān)用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，通過三態(tài)門和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈與數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過程中，ALU根據(jù)不同運(yùn)算控制信號對2個鎖存器中的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果經(jīng)三態(tài)門送到數(shù)據(jù)總線。9/26/202471.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）熟悉算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路實(shí)驗(yàn)原理算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路的主要控制信號算術(shù)邏輯單元電路中用到的控制信號主要有T4、S0、S1、S2、S3、Cn、M、LDDR1、LDDR2、SW-B、ALU-B。在實(shí)際應(yīng)用中，只需將“W/RUNIT”的T4接至“STATEUNIT”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，其中Cn、SW-B、ALU-B為低電平有效，它們是分別控制運(yùn)算器進(jìn)位、數(shù)據(jù)開關(guān)至數(shù)據(jù)總線的三態(tài)門以及運(yùn)算器輸出至數(shù)據(jù)總線三態(tài)門的控制信號。9/26/202481.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）熟悉算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路實(shí)驗(yàn)原理算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路的主要控制信號LDDR1、LDDR2為高電平有效，它們分別是運(yùn)算器的“A寄存器”和“B寄存器”數(shù)據(jù)鎖存控制信號，有效時當(dāng)有T4脈沖來臨便接收數(shù)據(jù)，無效時便鎖存數(shù)據(jù)。S0、S1、S2、S3以及M和Cn是運(yùn)算器的運(yùn)算功能控制信號，其狀態(tài)與功能見74LS181功能表。9/26/20249SN74181型ALU邏輯圖及在正邏輯下功能表功能表中“加”表示算術(shù)加，“+”表示邏輯加S3S2S1S0正邏輯M=H邏輯運(yùn)算M=L算術(shù)運(yùn)算Cn=1Cn=0LLLL/AAA+1LLLHA+BA+B(A+B)加1LLHLA·BA+B(A+B)加1LLHH“0”減1“0”LHLLA·BA加(A·B)A加(A·B)加1LHLHB(A·B)加(A+B)(A·B)加(A+B)加1LHHLA

BA減B減1A減BLHHHA·B(A·B)減1A·9/26/202410S3S2S1S0正邏輯M=H邏輯運(yùn)算M=L算術(shù)運(yùn)算Cn=1Cn=0HLLLA+BA加(A·B)A加(A·B)加1HLLHA

BA加BA加B加1HLHLB(A·B)加(A+B)(A·B)加(A+B)加1HLHHA·B(A·B)減1A·BHHLL“1”A加AA加A加1HHLHA+BA加(A+B)A加(A+B)加1HHHLA+BA加(A+B)A加(A+B)加1HHHHAA減1A9/26/2024111.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2）運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)原理圖9/26/2024121.4實(shí)驗(yàn)步驟0）打開實(shí)驗(yàn)裝置，熟悉實(shí)驗(yàn)裝置各部分結(jié)構(gòu)和功能;練習(xí)正確的插拔線方法。

9/26/2024131.4實(shí)驗(yàn)步驟1）按要求打開實(shí)驗(yàn)裝置，把上述原理圖中用到的單元電路及控制信號與實(shí)驗(yàn)裝置上各單元電路和相關(guān)信號控制開關(guān)等實(shí)物相對照，熟悉應(yīng)用和操作對象。本次實(shí)驗(yàn)用到的所有數(shù)據(jù)開關(guān)和控制開關(guān)如果不在初始狀態(tài)，則要先將其打到初始狀態(tài)（即斷開狀態(tài)），在本裝置中，開關(guān)斷開，其輸出均為高電平狀態(tài)（開關(guān)指示燈滅）9/26/2024141.4實(shí)驗(yàn)步驟2）按圖2-2連接線路，連接完畢后要進(jìn)行仔細(xì)檢查，確保無誤后方可通電實(shí)驗(yàn)

9/26/2024151.4實(shí)驗(yàn)步驟3）用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1(寄存器A)和DR2(寄存器B)置運(yùn)算數(shù)據(jù)，步驟如下：再次查看開關(guān)單元ALU-B開關(guān)是否處于初始狀態(tài)不在初始狀態(tài)則打到初始狀態(tài)（ALU-B=1），關(guān)閉ALU輸出的三態(tài)門。接通WS-B開關(guān)，打開數(shù)據(jù)輸入單元的三態(tài)門。分別向寄存器A和寄存器B置數(shù)，操作流程如圖關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門，即斷開SW-B開關(guān)（SW-B=1）

9/26/2024161.4實(shí)驗(yàn)步驟3）用二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1(寄存器A)和DR2(寄存器B)置運(yùn)算數(shù)據(jù)撥動輸入單元的數(shù)據(jù)開關(guān)生成八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)X向寄存器A置數(shù)據(jù)：LDDR1=1LDDR2=0T4=撥動輸入單元的數(shù)據(jù)開關(guān)生成八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)Y向寄存器B置數(shù)據(jù)：LDDR1=0LDDR2=1T4=9/26/2024171.4實(shí)驗(yàn)步驟4）驗(yàn)證寄存器A(DR1)和寄存器B(DR2)中數(shù)據(jù)的正確性，步驟如下：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)S3~S0、Ｍ初始狀態(tài)時，控制開關(guān)均在斷開狀態(tài)，ALU輸出寄存器A的數(shù)據(jù)，對照總線指示燈數(shù)據(jù)。只接通S2和S0控制開關(guān)(S2=0,S0=0)，其余開關(guān)狀態(tài)不變，ALU輸出寄存器B的數(shù)據(jù)，對照總線指示燈數(shù)據(jù)。如果兩個寄存器顯示數(shù)據(jù)與置入數(shù)據(jù)一致，表明實(shí)驗(yàn)裝置所用到單元電路、實(shí)驗(yàn)接線和操作都正確。否則必有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)發(fā)生錯誤，必須認(rèn)真檢查分析，找出出錯原因。后續(xù)實(shí)驗(yàn)必須在上述結(jié)果正確無誤的基礎(chǔ)方可進(jìn)行。9/26/2024181.4實(shí)驗(yàn)步驟5）驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能(正邏輯)，在給定寄存器A(DR1=X)和寄存器B(DR2=Y)數(shù)據(jù)的情況下，改變運(yùn)算器的功能，觀察運(yùn)算器的輸出，把相關(guān)功能下的輸出結(jié)果填入表2-2，并做出理論分析和比較，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的正確性。9/26/202419表2-2運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表9/26/2024201.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）全部接好線并檢查無誤方可通電，嚴(yán)禁帶電插拔排線；2）每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全相同，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄；3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；9/26/202421實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?/26/202422實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/2024232.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵篁?yàn)證待進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(fā)生器的進(jìn)位功能驗(yàn)證移位控制的組合功能

9/26/2024242.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置排線、導(dǎo)線若干9/26/2024252.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）進(jìn)位計(jì)算實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)位控制單元電路是在算術(shù)邏輯運(yùn)算單元基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分形成的單元電路，其作用是驗(yàn)證運(yùn)算器在進(jìn)行運(yùn)算的過程中是否產(chǎn)生進(jìn)位，并將結(jié)果用指示燈顯示出來進(jìn)位控制單元電路結(jié)構(gòu)原理如圖3-1，進(jìn)位控制單元電路以算術(shù)邏輯運(yùn)算單元電路為基礎(chǔ)，具有算術(shù)邏輯運(yùn)算單元所有控制信號，為控制進(jìn)位鎖存器，增加了AR控制信號，當(dāng)該信號處于低電平，同時發(fā)送T4信號，ALU進(jìn)位被鎖存在鎖存器中

進(jìn)位控制單元電路的數(shù)據(jù)通路

9/26/202426圖3-1進(jìn)位控制單元電路結(jié)構(gòu)原理圖9/26/2024272.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2）移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)原理移位運(yùn)算單元電路是運(yùn)算器單元電路中負(fù)責(zé)完成二進(jìn)制數(shù)的邏輯左移、邏輯右移、算術(shù)左移、算術(shù)右移的器件及其移動控制操作電路來實(shí)現(xiàn)的

移位運(yùn)算結(jié)構(gòu)如圖3-3，使用一片74LS299作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端以排針方式和總線單元電路連接。299-B信號控制使能端，T4時序?yàn)闀r鐘脈沖，實(shí)驗(yàn)時將讀寫單元的T4接至狀態(tài)單元的KK2脈沖發(fā)生器，由S0S1M信號控制功能狀態(tài)，其列表3-1通過控制信號，改變單元功能。每使用一次T4信號，產(chǎn)生一次移位運(yùn)算

9/26/202428表3-1移位控制功能表9/26/202429圖3-3移位運(yùn)算結(jié)構(gòu)圖9/26/2024302.4實(shí)驗(yàn)步驟1）進(jìn)位計(jì)算實(shí)驗(yàn)步驟1按圖3-2連接試驗(yàn)線路，連接完畢仔細(xì)檢查無誤后通電9/26/2024312.4實(shí)驗(yàn)步驟1）進(jìn)位計(jì)算實(shí)驗(yàn)步驟2從輸入單元電路向寄存器A和寄存器B置數(shù)，步驟為：①關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門,開啟輸入三態(tài)門，②要向DR1寄存器中輸入01010101，先將數(shù)據(jù)開關(guān)置01010101，將LDDR1置1，LDDR2置0，按KK2發(fā)送T4脈沖，數(shù)據(jù)01010101便送入寄存器A中。再將數(shù)據(jù)開關(guān)置10101010，將LDDR1置0，LDDR2置1，按KK2發(fā)送T4脈沖，數(shù)據(jù)10101010便送入寄存器B中。9/26/2024322.4實(shí)驗(yàn)步驟1）進(jìn)位計(jì)算實(shí)驗(yàn)步驟3進(jìn)位標(biāo)志位清零，清零的方法是，將S3S2S1S0M的狀態(tài)置為00000，AR狀態(tài)置為0（要注意的是清零時DR1寄存器中的數(shù)不能等于FF）。然后按動微動開關(guān)KK2。。9/26/2024332.4實(shí)驗(yàn)步驟1）進(jìn)位計(jì)算實(shí)驗(yàn)步驟4驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能，實(shí)驗(yàn)使用加法運(yùn)算來驗(yàn)證。首先向DR1、DR2置數(shù)，并將進(jìn)位標(biāo)志位清零。然后使ALU-B=0，S3S2S1S0M狀態(tài)為10010，此時將數(shù)據(jù)顯示燈上顯示的數(shù)據(jù)位DR1、DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志位，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，則表示有進(jìn)位。9/26/2024342.4實(shí)驗(yàn)步驟2）移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)步驟1按圖3-4連接線路，將“W/RUNIT”的T4接至“STATEUNIT”的KK2。ALUUNIT的AUJ1連接至BUSUNIT再接到INPUTUNIT的SWJ3，299-BS1S0M接到SWITCHUNIT相應(yīng)接口。連接完畢檢查無誤后接通電源

。9/26/2024352.4實(shí)驗(yàn)步驟2）移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)步驟2置數(shù)：將數(shù)據(jù)輸入單元的數(shù)據(jù)開關(guān)置成01101011狀態(tài)，然后將SW-B置為0。要置數(shù)時將S0置成1，S1置成1，此時74LS299處于裝數(shù)狀態(tài)，按動微動開關(guān)KK2發(fā)送T4信號，數(shù)據(jù)裝入后再將SW-B置為1。移位操作：參照表3-1改變S0S1M299-B狀態(tài)，按動微動開關(guān)KK2，就可觀察移位結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中，每按動一次KK2鍵，顯示燈顯示數(shù)據(jù)就移動一位。9/26/2024362.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）全部接好線并檢查無誤方可通電，嚴(yán)禁帶電插拔排線；2）每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全相同，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄；3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；9/26/202437實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?/26/202438實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/2024393.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲器（6116）的工作原理及數(shù)據(jù)的讀寫方法

9/26/2024403.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置排線、導(dǎo)線若干示波器一臺9/26/2024413.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）存儲器實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的靜態(tài)存儲器原理如圖4-1，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給出。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)三態(tài)門連至數(shù)據(jù)總線，分時給出地址和數(shù)據(jù)。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256字節(jié)。6116有3個控制線：CE（片選），OE（讀控制），WE（寫控制）9/26/2024423.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）存儲器實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)片選信號有效（CE=0）時，OE=0時進(jìn)行讀操作（本電路中，OE接地，只要片選信號CE=0有效，不在寫狀態(tài)就在讀狀態(tài)），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?xí)r序電路模塊的TS3插孔中，其脈寬可調(diào)，其他電平控制信號由“SWITCHUNIT”單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中SW-B為低電平有效，LDAR為高效電平有效9/26/2024433.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2）實(shí)驗(yàn)原理圖9/26/2024443.4實(shí)驗(yàn)步驟1）形成時鐘脈信號T3，操作步驟如下①接通電源，接入示波器方波信號源輸出孔H24，調(diào)節(jié)電位器W1，使H24端輸出實(shí)驗(yàn)期望頻率方波。②將時序電路模塊的Φ和H23排針相連。③將時序電路模塊“STOP”開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)，“STEP”開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)，按動微動開關(guān)START，T3輸出連續(xù)方波信號，調(diào)節(jié)電位器W，用示波器觀察，使T3輸出實(shí)驗(yàn)要求脈沖信號。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。④關(guān)閉電源。9/26/2024453.4實(shí)驗(yàn)步驟2）按圖4-2連接實(shí)驗(yàn)線路，檢查無誤后接通電源

9/26/2024463.4實(shí)驗(yàn)步驟3）存儲器的00,01,02,03,04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11,12,13,14,15,操作步驟如下

9/26/2024473.4實(shí)驗(yàn)步驟4）將存儲器的00,01,02,03,04地址單元數(shù)據(jù)讀出，觀察上述各單元內(nèi)容是否與前面寫入一致,操作步驟如下（以從0號單元讀出數(shù)據(jù)為例）9/26/2024483.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）全部接好線并檢查無誤方可通電，嚴(yán)禁帶電插拔排線；2）每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全相同，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄；3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；9/26/202449實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?/26/202450實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/2024514.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笤贘YS-4實(shí)驗(yàn)裝置上模擬計(jì)算機(jī)最基本的工作過程，打通“鍵盤”、“CPU”、“RAM”之間的數(shù)據(jù)通路。掌握計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路組成及其工作原理9/26/2024524.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置排線、導(dǎo)線若干9/26/2024534.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)原理該實(shí)驗(yàn)實(shí)際是上述實(shí)驗(yàn)一與實(shí)驗(yàn)三的綜合實(shí)驗(yàn)。把JYS-4實(shí)驗(yàn)裝置上的INPUTDEVICE、SWITCHUNIT、SIGNALUNIT、STATEUNIT、ALUUNIT、MAINMEM、ADDRESSUNIT、BUSUNIT、W/RUNIT、OUTPUTDEVICE等單元電路連接起來，構(gòu)成一個最基本的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以模擬計(jì)算機(jī)的實(shí)際工作過程。電路構(gòu)成也是運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)和存儲器實(shí)驗(yàn)電路的綜合，如圖5-19/26/202454圖5-1數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)原理圖9/26/2024554.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)原理在本裝置開關(guān)單元里，LDDR1與CE、LDDR2與WE分別共用一個控制開關(guān)，在前面實(shí)驗(yàn)中，這兩個開關(guān)不矛盾。但本實(shí)驗(yàn)里，這四個控制信號都用到，因而產(chǎn)生矛盾，為解決這個問題，規(guī)定在本實(shí)驗(yàn)接線時，保持圖2-2接線不變，將圖4-2中存儲器單元的片選信號(CE)輸入端連接至開關(guān)單元里的AR控制端，同時將寫存儲器控制信號(WE)輸入端連接至開關(guān)單元里的SWA輸。如有其他信號沖突，可用類似辦法解決9/26/2024564.4實(shí)驗(yàn)步驟1）接線前的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)電路的接線程序參見實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)三。

2）從輸入單元電路輸入四個八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，并存入存儲器單元(四個數(shù)據(jù)及四個存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元地址由各組定義，但要求不能與其它組定義的數(shù)據(jù)相同)

9/26/2024574.4實(shí)驗(yàn)步驟3）從內(nèi)存單元取出兩組八位二進(jìn)制分別送入DR1和DR2，并進(jìn)行四種不同的算術(shù)運(yùn)算，并把不同算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果保存在存儲器單元里4）再從內(nèi)存單元里取出剩下的兩個原始數(shù)據(jù)分別送入DR1和DR2，并進(jìn)行四種不同的邏輯運(yùn)算，并把不同邏輯運(yùn)算結(jié)果存入存儲器單元里5）分別從存儲器單元讀出算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的結(jié)果，并進(jìn)行理論分析其正確性

9/26/2024584.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）全部接好線并檢查無誤方可通電，嚴(yán)禁帶電插拔排線；2）每組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全相同，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄；3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告；9/26/202459實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)五微程序控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9/26/202460實(shí)驗(yàn)五微控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/2024615.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆諘r序產(chǎn)生器的組成原理掌握微程序控制器的組成原理掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行9/26/2024625.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置排線、導(dǎo)線若干9/26/2024635.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)原理（1）微程序控制器工作原理微程序控制器是根據(jù)微地址寄存器指向的微代碼地址，把預(yù)先存儲在微程序控制存儲器里面的微代碼，在時序電路的控制下，通過指令譯碼器解釋成各單元電路的控制信號，以協(xié)調(diào)整機(jī)工作的單元電路9/26/2024645.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時序電路實(shí)驗(yàn)所用的時序電路原理如圖5-1所示，可產(chǎn)生4個等間隔的時序信號TS1-TS4，Φ為時鐘信號，由實(shí)驗(yàn)臺左上方的方波信號源提供，可產(chǎn)生頻率及脈沖寬度可調(diào)的方波信號

。當(dāng)STEP開關(guān)為EXEC時，按下啟動鍵，時序信號TS1-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)STEP為STEP時，按下啟動鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，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，可觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果9/26/2024655.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（2）微程序控制器單元電路

微程序控制電路的組成如圖5-2，其中控制存儲器采用3片2816的E2PROM，具有斷電保護(hù)功能，微指令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器(273)和一片4D(175)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(74)組成

。實(shí)驗(yàn)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)?！熬幊虪顟B(tài)”時，可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲器2816E2PROM中。“校驗(yàn)狀態(tài)”時，可對寫入控制存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證?！斑\(yùn)行狀態(tài)”時，給出微程序的入口微地址，可根據(jù)微程序流程圖自動執(zhí)行微程序。9/26/2024669/26/2024675.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(3)微指令格式，微指令長共24位，其控制位順序表5-19/26/2024685.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（4）指令譯碼電路的原理uA5-uA0為6位后續(xù)的微地址，A,B,C三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。C字段中的P(1)-P(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)微程序中的順序、分支、循環(huán)進(jìn)行，其原理如圖5-3所示，圖中I7-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。9/26/202469圖5-3C字段譯碼原理圖9/26/2024705.4實(shí)驗(yàn)步驟1）編制微程序，圖5-5為幾條機(jī)器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖，將全部微程序按微指令格式變成二進(jìn)制代碼

9/26/2024719/26/202472圖5-5微程序流程圖9/26/2024735.4實(shí)驗(yàn)步驟2）根據(jù)上述微程序流程圖，將其微命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制代碼如下表5-2。其內(nèi)容實(shí)質(zhì)即為可運(yùn)行的微程序9/26/2024745.4實(shí)驗(yàn)步驟3）實(shí)驗(yàn)線路連接

9/26/2024759/26/2024765.4實(shí)驗(yàn)步驟4）微程序的寫入與運(yùn)行

編程①將編程開關(guān)置為PROM(編程)狀態(tài)。②將實(shí)驗(yàn)板“STEP”開關(guān)置“STEP”狀態(tài)，“STOP”開關(guān)置“RUN”狀態(tài)③用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址MA5-MA0。④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)置為“0”時燈亮，開關(guān)置為“1”時燈滅。⑤啟動時序電路(按動自動按鈕“START”),即將微代碼寫入到2816E２PROM的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。⑥重復(fù)③-⑤步驟，將表6-2的微代碼寫入2816E２PROM9/26/2024775.4實(shí)驗(yàn)步驟4）微程序的寫入與運(yùn)行

校驗(yàn)①將編程開關(guān)設(shè)置為READ(校驗(yàn))狀態(tài)。②將實(shí)驗(yàn)板“STEP”開關(guān)置“STEP”狀態(tài)，“STOP”開關(guān)置“RUN”狀態(tài)③用二進(jìn)制開關(guān)置好微地址MA5-MA0。④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“1”),檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。若不同，則將開關(guān)置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行“編程”即可⑤重復(fù)③、④步驟，直至把需要校驗(yàn)的內(nèi)容都校驗(yàn)完成為止9/26/2024785.4實(shí)驗(yàn)步驟4）微程序的寫入與運(yùn)行

單步運(yùn)行①將編程開關(guān)置于“RUN(運(yùn)行)”狀態(tài)。②實(shí)驗(yàn)板的“STEP”及“STOP”開關(guān)保持原狀。③按動CLR開關(guān)使CLR信號1→0→1。微地址寄存器MA5-MA0清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為000000(二進(jìn)制)。④按動“START”鍵，啟動時序電路，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。⑤將“MICRO-CONTROLLER”單元的SE6-SE1接至“SWITCHUNIT”中的UA5-UA0對應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)上，通過強(qiáng)置端SE1-SE6人為設(shè)置分支地址。人為設(shè)置分支地址時，是將某個或幾個二進(jìn)制開關(guān)置為“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。9/26/2024795.4實(shí)驗(yàn)步驟4）微程序的寫入與運(yùn)行

連續(xù)運(yùn)行①將編程開關(guān)置為“RUN(運(yùn)行)”狀態(tài)。②將實(shí)驗(yàn)板的單步開關(guān)“STEP”置為“EXEC”狀態(tài)。③使CLR從1→0→1，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)。④啟動時序電路，則可連續(xù)讀出微指令9/26/2024805.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1）全部接好線并檢查無誤方可通電，嚴(yán)禁帶電插拔排線；2）做實(shí)驗(yàn)前必需掌握微程序控制器的工作原理，了解實(shí)驗(yàn)的原理和步驟。3）實(shí)驗(yàn)前檢查微地址燈和微命令燈是否顯示正常。4）編程模式時應(yīng)將CLR信號置于1狀態(tài)。5）在將微程序?qū)懭肟卮婧?，需要逐一讀出驗(yàn)證，出現(xiàn)一條微指令錯誤都可能會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6）如果出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符合的情況，可以回去驗(yàn)證微程序是否正確。7）實(shí)驗(yàn)過程中注意StateUnit單元的Step和Stop開關(guān)的狀態(tài)9/26/202481實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二進(jìn)位運(yùn)算和移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三存儲器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)夸泴?shí)驗(yàn)五微程序控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9/26/202482實(shí)驗(yàn)六基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮?shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)9/26/2024836.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笤谡莆認(rèn)YS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置各單元電路的構(gòu)成及其工作原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其組成系統(tǒng)，構(gòu)造出一臺基本模型計(jì)算機(jī)。為本模型機(jī)定義五條機(jī)器指令，寫出相應(yīng)的微程序，并上機(jī)調(diào)試，以掌握整機(jī)的概念。9/26/2024846.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置排線、導(dǎo)線若干9/26/2024856.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)原理（1）基本模型機(jī)的設(shè)計(jì)與組成

基本模型機(jī)是利用JYS-4計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)裝置中的ALU單元電路、存儲器單元電路、微程序控制器等單元電路組織起來的一個具有基本計(jì)算機(jī)功能的有機(jī)系統(tǒng)以前各單元電路的實(shí)驗(yàn)過程中，相關(guān)的控制信號都是人為模擬產(chǎn)生的，而基本模型機(jī)的工作則是在微程序控制下自動產(chǎn)生各單元電路的控制信號

9/26/2024866.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)基本模型機(jī)機(jī)器指令

本設(shè)計(jì)采用五條機(jī)器指令，分別為：IN（輸入）、OUT（輸出）、ADD（二進(jìn)制加）、STA（存數(shù)）、JMP（無條件轉(zhuǎn)移）來模擬模型機(jī)的工作過程。表7-1是對這幾條基本指令的具體說明助記符機(jī)器指令碼說明IN00000000輸入單元開關(guān)狀態(tài)->R0ADDaddr00010000χχχχχχχχR0+〔addr〕->R0STAaddr00100000χχχχχχχχR0->〔addr〕OUTaddr00110000χχχχχχχχ〔addr〕->BUSJMPaddr01000000χχχχχχχχaddr->PC9/26/2024876.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)基本模型機(jī)的控制臺命令

要向存儲器寫程序和數(shù)據(jù)，以及從存儲器讀程序和數(shù)據(jù)還是執(zhí)行程序，都需要設(shè)置控制臺命令。控制臺命令的這些功能也需要用微程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三個控制臺操作命令及其微程序。而對控制臺命令的選擇是通過兩個開關(guān)SWB、SWA兩位的狀態(tài)來決定的說明SWBSWA控制臺指令00讀內(nèi)存(KRD)01寫內(nèi)存(KWE)11啟動程序(RP)9/26/2024886.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路框圖基本模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路如圖6-1

。在圖6-1中，絕大部分單元電路在前面的實(shí)驗(yàn)里都用到過，這里說明一下指令寄存器(IR)在本實(shí)驗(yàn)中的工作原理

指令寄存器(IR)用于保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時，首先把指令從內(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兩部分，由二進(jìn)制數(shù)碼組成，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的控制識別所要求的操作。指令譯碼器根據(jù)指令中操作碼譯碼強(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9/26/2024899/26/2024906.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（2）微程序設(shè)計(jì)微指令的長度有24位，其控制位的順序如表5-1。A、B、C三個代碼段的格式及其定義分別如表5-2至表5-4。第19位到第24位用來控制ALU的行為，S3、S2、S1、S0的組合用來決定ALU的運(yùn)算行式，M用來選擇是進(jìn)行邏輯運(yùn)算還是算術(shù)運(yùn)算，Cn在算術(shù)運(yùn)算時有效。第16、17位經(jīng)過在擴(kuò)展總線單元電路的譯碼輸出信號以及第18位是用來控制存儲器讀寫以及輸入和輸出單元電路協(xié)調(diào)工作的9/26/2024916.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（2）微程序設(shè)計(jì)C字段的功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)的微代碼進(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B字段中的RS-B、RO-B、RI-B分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號以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)行三個寄存器RO、R1、R2選通譯碼(詳見實(shí)驗(yàn)六圖6-4)。A字段是DR1,DR2,IR,AR,PC的控制信號，LDRi是產(chǎn)生上述寄存器信號的譯碼器使能控制位。后面幾位是后續(xù)微地址，指明了在其后要執(zhí)行的指令的地址9/26/2024926.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容微指令格式，微指令長共24位，其控制位順序表5-19/26/2024939/26/202494圖5-5微程序流程圖9/26/202495二進(jìn)制微代碼表9/26/2024969/26/2024976.4實(shí)驗(yàn)步驟4）微程序的寫入與運(yùn)行

編程①將編程開關(guān)置為PROM(編程)狀態(tài)。②將實(shí)驗(yàn)板“STEP”開關(guān)置“STEP”狀態(tài)，“STOP”開關(guān)置“RUN”狀態(tài)③用二進(jìn)制模擬開關(guān)置微地址MA5-MA0。④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)置為“0”時燈亮，開關(guān)置為“1”時燈滅。⑤啟動時序電路(按動自動按鈕“START”),即將微代碼寫入到2816E２PROM的相應(yīng)地址對應(yīng)的單元中。⑥重復(fù)③-⑤步驟，將表6-2的微代碼寫入2816E２PROM9/26/2024986.4實(shí)驗(yàn)步驟1）設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的機(jī)器指令語言程序，如左表

地址內(nèi)容助記符說明0000000000000000IN“INPUTDEVICE”->R00000000100010000ADD[0AH]R0+[0AH]->R000000010000010100000001100100000STA[0BH]R0->[0BH]00000100000010110000010100110000OUT[0BH][0BH]->BUS00000110000010110000011101000000JMP[00H]00H->PC0000100000000000000010010000101000000001自定義00001011求和結(jié)果9/26/2024996.4實(shí)驗(yàn)步驟

2）按圖6-4接線9/26/20241006.4實(shí)驗(yàn)步驟3）手動寫程序

（a）先將機(jī)器微指令對應(yīng)的微代碼(表6-7的內(nèi)容)正確地寫入微程序存儲器2816E2PROM中，因在實(shí)驗(yàn)六中已經(jīng)把上述微代碼寫入了2816E2PROM，所以本次實(shí)驗(yàn)只要檢驗(yàn)、修改正確后就可使用(如果需要輸入或改寫微程序代碼，則先要按圖6-6接線，完成微代碼數(shù)入后，再恢復(fù)到本次實(shí)驗(yàn)接線圖6-4的接線)9/26/20241016.4實(shí)驗(yàn)步驟3）手動寫程序

(b)使用控制臺KWE和KRD微程序來進(jìn)行機(jī)器指令程序的裝入和檢查微程序控制器單元里的編程開關(guān)處于“RUN”位置，時序單元電路里的“RUN/STOP”開關(guān)和“EXEC/STEP”開關(guān)處于“RUN”和“STEP”位置撥動開關(guān)單元開關(guān)CLR(1→0→1),微地址寄存器和程序計(jì)數(shù)器清零。使控制臺S