1、 基礎實驗部分該篇章共有五個基礎實驗組成，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個全加器構成n位并行加法器來實現(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、。2掌握算術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運算、邏輯運算實驗。 總結出不帶進位及帶進位運算的特點。三、實驗原理： 1.實驗電路圖圖4-1 運算器實驗電路圖ALUDR1DR2LDDR1T4LDDR2T4S1S2M0S0CNS3 2.實驗數(shù)據(jù)流圖圖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單元進行；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電路和時序發(fā)生器提供，SW7SW0八個邏輯開關用于產(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

3、驗平臺可視化軟件通過管理CPU來進行控制，SW7SW0八個邏輯開關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，S0：確定執(zhí)行哪一種算術運算或邏輯運算（運算功能表見附錄1或者課本第49頁）。（5）M：M0執(zhí)行算術操作；M1執(zhí)行邏輯操作。（6）/CN ：/CN0表示ALU運算時最低位加進位1；/CN1則表示無進位。（7）ALUBUS：控制運算器的運算結果是否送到總線BUS，低電平有效。（8）SWBUS：控制8位數(shù)據(jù)開

4、關SW7SW0的開關量是否送到總線，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置手動方式位置（31個開關狀態(tài)置成單板方式）。實驗箱已標明手動方式和系統(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。具體步驟如下：實驗前應將MFOUT輸出信號與MF相連接。如果進行單板方式

5、狀態(tài)實驗，應將開關方式狀態(tài)設置成單板方式；同時將位于EDA設計區(qū)一上方P0K開關設置成手動方式位置，P1K，P2K開關位置均設置成手動方式位置。如果進行系統(tǒng)方式調(diào)試，則按上述方式相反狀態(tài)設置。頻率信號輸出設置：在CPU1 UNIT區(qū)有四個f0-f4狀態(tài)設置，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只有一開關在On的位置。不管是手動方式還是系統(tǒng)方式，31個按鈕開關初始狀態(tài)應為“1”即對應的指示燈處于發(fā)光的狀態(tài)。位于UPC UNIT區(qū)的J1跳線開關應在右側(cè)狀態(tài)。說明：開關ALBUS；SWBUS標識符應為“/AL-BUS;/SW-BUS”注意事項：ALBUS；SWBU

6、S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對應的邏輯開關置成11狀態(tài)（高電平輸出），并預置下列邏輯電平狀態(tài)：/ALUBUS1，/PCBUS1，R0BUS1，R1BUS1，R2BUS1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。實驗時，對表中的邏輯開關進行操作置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€D7D0上接電平指示燈，顯示參與運算的數(shù)據(jù)結果。表中列出運算器實

7、驗任務的步驟同表4相同，16種算術操作和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“”的地方表示需要按一次單次脈沖P0，無“”的地方表示不需要按單次脈沖P0。 表1 運算器實驗步驟與顯示結果表 S3S2S1S0M/CnLDDR1LDDR2SWBUSALBUSSW7SW0D7D0P0注釋X X X XXX000155H55HX X X XXX0001AAHAAHX X X XXX100155H55H向DR1送數(shù)X X X XXX0101AAHAAH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 XXX10

8、01AAHAAH向DR1送數(shù)X X X XXX010155H55H向DR2送數(shù)0 0 0 0010010XXHAAH算術運算0 0 0 0000010XXHABH算術運算0 0 0 01X0010XXH55H邏輯運算0 0 0 1010010XXHFFH算術運算0 0 0 1000010XXH00H算術運算0 0 0 11X0010XXH00H邏輯運算0 0 1 0010010XXHAAH算術運算0 0 1 0000010XXHABH算術運算0 0 1 01X0010XXH55H邏輯運算0 0 1 1010010XXHFFH算術運算0 0 1 1000010XXH00H算術運算0 0 1 11

9、X0010XXH00H邏輯運算注意： 運算器實驗時，把與T4信號相關而本實驗不用的LDR0，LDR1，LDR2接低電平，否則影響實驗結果。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。檢查通訊電纜是否與計算機連接正確。開關方式狀態(tài)應置成系統(tǒng)方式；（31個開關）。P0K、P1K、P2K都置成系統(tǒng)方式；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 地址指針地址總線 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DR1運算暫存器DR2

10、運算暫存器DR2微地址微地址檢查完畢可以通電；注意事項：計算機屏幕上所有的按鈕與實驗機上的按鈕完全對應。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。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.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） 2.實驗原理存貯器實驗電路由RAM（6116），AR（74LS273）等組成。SW7SW0為邏輯開關量，與產(chǎn)生地址和數(shù)據(jù)；寄存器

11、AR輸出A7A0提供存貯器地址，通過顯示燈可以顯示地址，D7D0為總線，通過顯示燈可以顯示數(shù)據(jù)。當LDAR為高電平，SWBUS為低電平，T3信號上升沿到來時，開關SW7SW0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，SWBUS為低電平，T3上升沿到來時，開關SW7SW0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)，D7D0顯示讀出數(shù)據(jù)。實驗中，除T3信號外，CE，WE，LDAR，SWBUS為電位控制信號，因此通過對應開關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T

12、J，DP對應的邏輯開關置成11狀態(tài)（高電平輸出），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ALUBUS1。實驗步驟按表2進行，實驗對表中的開關置1或清0，即對有關控制信號置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D7D0及地址顯示A7A0，顯示情況是：在寫入RAM地址時，由SW7SW0開關量地址送至D7D0，總線顯示SW7SW0開關量，而A7A0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，A7A

13、0同D7D0才顯示一樣。表2 存貯器實驗步驟顯示結果表 SWBULDARCEWESW7SW0D7D0P0A7A0注釋011100H00H00H地址00寫入AR000100H00H00H數(shù)據(jù)00寫入RAM011110H10H10H地址10寫入AR000110H10H10H數(shù)據(jù)10寫入RAM011100H00H00H地址00寫入AR100000H00H00H讀RAM011110H10H10H地址10寫入AR100010H10H10H讀RAM011140H40H40H地址40寫入AR0001FFHFFH40H數(shù)據(jù)FF寫入RAM011142H42H42H地址42寫入AR000155H55H42H數(shù)據(jù)5

14、5寫入RAM011144H44H44H地址44寫入AR0001AAHAAH44H數(shù)據(jù)AA寫入RAM011140H40H40H地址40寫入AR100040HFFH40H讀RAM內(nèi)容011142H42H42H地址42寫入AR100042H55H42H讀RAM內(nèi)容011144H44H44H地址44寫入AR100044HAAH44H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)運算及相關數(shù)據(jù)和結果的存儲的工作原理二、實驗內(nèi)容：利用sw0-sw7數(shù)據(jù)輸入開關向DR1、

15、DR2預置數(shù)據(jù)，做運算后將結果存入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結果放在RAM的AAH單元44HEEH=AAH結果放在RAM的ABH單元三、實驗原理： 1.實驗電路 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”高電平狀態(tài)）實驗前將TJ，DP開關置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

16、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SWBUSALUBUSCEWELDARLDDR1LDDR2S3S2S1S0M/CNSW7SW0A7A0D0D7單次按鈕P注釋0111010XXXXX144HXXXX44H44H存入DR1011X001XXXXX1AAHXXXXAAHAAH存入DR2101X000111011XXHXXXXEEHDR1+DR2EEH(或運算)101X001111011XXHXXXXEEHEEH存入DR2101X000011011XXHXXXXAAHDR1DR2AAH(異或運算)101X010011011XXHXXXXAAH44HAAH存入DR1;

17、 DR1DR244H011X100XXXXX1AAHAAHAAH地址AAH存入AR1001000101011XXHAAHEEHDR2內(nèi)容存入RAM0111100XXXXX1ABHABHABH地址ABH存入AR1001000111111XXHABHAAHDR1內(nèi)容存入RAM0111100XXXXX1AAHAAHAAH地址AAH存入AR1100010XXXXX1XXHAAHEEH讀RAM內(nèi)容送DR10111100XXXXX1ABHABHABH地址ABH存入AR1100001XXXXX1XXHABHAAH讀RAM內(nèi)容送DR20111100XXXZXX1ACHACHACH地址ACH存入AR010100

18、0XXXXX1FFHACHFFH數(shù)據(jù)FFH存入RAM0111100XXXXX1ADHADHADH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果。表中帶“”的地方表示需要按單次脈沖P，無“”的地方則表示不需要按單次脈沖P。注意：A7A0所接的地址顯示情況是按單次脈沖P后的狀態(tài)，A7A0的顯示才與表中相同，否則顯示的是上一個地址。實驗四 微程序控制器實驗一、實驗目的熟悉微指令格式的定義。掌握微程序控制器的基

19、本原理。二、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。實驗原理：3.1實驗電路圖圖4-4微程序控制器電路圖3.2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，UA4UA0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74LS27

20、3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23

21、222120191817161514131211S3S2S1S0M/CNLOADCEWELDROLDDR1LDDR2LDIR選擇運算器運算模式打入PCRAM片選RAM寫打入R0打入DR1打入DR2打入IR109876543210LDPCLDARALUBUSPCBUSR0BUSSWBUSP（1）UA4UA3UA2UA1UA0PC1打入AR運算器結果送總線PC內(nèi)容送總線R0內(nèi)容送總線開關內(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

22、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

23、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

24、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UA4UA0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“UPCOUT”和“UBIN”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個開關設置如下：J1跳線位置應在右側(cè)連接。實驗在系統(tǒng)機上進行時，應將“UP”信號設置成低電平。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)。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

25、。（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UA4UA0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束給出下一條微指

26、令地址00001，輸入指令的微指令流程請參閱附錄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UA4UA0顯示為00001時，置IR7，IR6，IR5010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100（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，按清零鍵P2使UA4UA0顯示為00000，置

27、IR70，IR60，IR50，SWE置1，SRD置1，把SWE開關從“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UA4UA0顯示為00000，置IR7，IR6，IR5000，SWE1，SWD1，把SRD開關從“1”“0”“1”，使微地址UA4UA0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

28、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來模擬，以完成對數(shù)據(jù)通

29、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系。四、實驗步驟（一）實驗設置 實驗時，（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個開關設置應按下面方式設置：單板方式位置：（開關位置處于單板方式的位置有如下幾

30、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（1）；系統(tǒng)方式位置：（開關位置處于系統(tǒng)方式的位置有如下幾個：）、 、UP、KSW7、KSW6、KSW5、KSW4、KSW3、KSW2、KSW1、KSW0、 、DP、TJ、 、SWE、SRD；J1跳線位置應在左側(cè)連接。實驗在系統(tǒng)機上進行時，應將“UP”信號設置成低電平。通過邏輯開關AN30（即SWE）將SWE從“1”“0”“1”，

31、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)懭隦AM。再通過邏輯開關AN31（即SRD），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SW7SW0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。

32、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，結果送R0，是加法指令。（3）STA（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IN R0，DATA （輸入指令）ADD R0，（ADD） （加法指令）

33、STA （ADD），R0 （存貯器存數(shù)指令）OUT BUS，（ADD） （輸出指令）JMP ADD （無條件轉(zhuǎn)換指令）（2）起始地址從00開始地址指令碼注釋0020add090140 addadd0B0360 addadd0A0580 addadd0007A0 add09550AAA（3）操作過程AN26，AN23，AN24，AN30，AN31設置為01111，即UP0。DP，TJ11為單步狀態(tài)，SWE1，SRD1。SW7SW0設置00000000。按清零鍵P2，AN30從“1”“0”“1”即 ，這時，UA4UA0顯示為10000，然后按表5進行存貯操作。存貯器寫是在單步狀態(tài)下進行，其控制信號

34、全部由微程序控制器提供，因此只需操作SW7SW0（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開關置UA4為“1”，UA4UA0顯示為10000，SW7SW0開關置30H，寫過程相同。不同之處在于顯示地址為303AH，總線顯示為303AH。寫過程結束后，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)設置為01111，即UP0，DP TJ11，SWE1，SRD1，為單步操作。SRD從“1”“0”“1”即 ，此時，UA4UA0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

35、表6操作SW0SW7及按P0（單步操作）。表5 存貯器操作過程及顯示結果表 P0SW7SW0A7A0D7D0UA4UA0PC7PC000H1000000H1000100H20H00H01H1001001H00H20H1000101H40H01H02H1001002H01H40H1000102H09H02H03H1001003H02H09H1000103H60H03H04H1001004H03H60H1000104H0BH04H05H1001005H04H0BH1000105H80H05H06H1001006H05H80H1000106H0AH06H07H1001007H06H0AH100010

36、7HA0H07H08H1001008H07HA0H1000108H00H08H09H1001009H08H00H1000109H55H09H0AH100100AH09H55H100010AHAAH0AH0BH100100BH0AHAAH100010BH表6 存貯器讀操作過程及顯示結果表P0SW7SW0A7A0D7D0UA4UA0PC7PC000H0100000H0111000H00H01H0111101H00H20H0111001H01H02H0111102H01H40H0111002H02H03H0111103H02H09H0111003H03H04H0111104H03H60H011100

37、4H04H05H0111105H04H0BH0111005H05H06H0111106H05H80H0111006H06H07H0111107H06H0AH0111007H07H08H0111108H07HA0H0111008H08H09H0111109H08H00H0111009H09H0AH011110AH09H55H011100AH0AH0BH011110BH0AHAAH011100BH0BH0CH011110CH0BHXXH011100CH0CH0DH011110DH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，XX處顯示指SW7SW0（09H）即8A55DFH。如果程序?qū)懺?

38、0H單元內(nèi)，只需在開始時將SW7SW0開關置30H，A7A0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)設置為01111，即UP0，DP，TJ11，SWE1，SRD1，按清零鍵P2。然后按表7進行操作，操作只需對SW0SW7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果表P0SW7SW0A7A0D7D0UA4UA0PC7PC0000000000H0000100H00H01H0001001HData(8A)00H20H0100101H00H8AH0000101H01H02H0001002H01H40H0101002H02H03

39、H0001103H09H55H0010003H09H55H0010103H09H8AH0011003H09HDFH0000103H03H04H0001004H03H60H0101104H04H05H0011105H0BHXXH1011005H0BHDFH0000105H05H06H0001006H05H80H0110006H06H07H1001107H0AHAAH1010007H0AHAAH0000107H07H08H0001008H07HA0H0110108H08H09H1010109H08H00H0000109H(六)運行情況：（1）先執(zhí)行IN R0，DATA輸入指令 將開關8A送入R0寄

40、存器。（2）執(zhí)行ADD R0，（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，ADD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 基本模型機設計與實現(xiàn)實驗八 帶移位運

41、算的模型機設計與實現(xiàn)實驗九 復雜模型機的設計與實現(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F0、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

42、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)生器也設置了一個啟停控制觸發(fā)器CR，使T1T4信號輸出可控。上圖中啟停電路由1/2片74LS74、74LS00及1個二輸入與門構成。TJ，DP為單步停機控制信號，當其中1個或2個都為高電平“1”時，此時，時序發(fā)生器處于停機或單步狀態(tài)，即每按一次啟動按鈕P0（P0和/P0；實驗時需用導線將MFOUT與MF連接起來）產(chǎn)生一拍時序信號T1，T2，T3，T4。當TJ，DP都為低電平時，按一次啟動按鈕P0，產(chǎn)生連續(xù)時序信號，CLR接P2作清除按鈕。連續(xù)輸出時序波形如圖所示。圖4-7 連續(xù)輸出時序波形圖T1，T2，T3，T4有兩組輸出信號，以提高負載

43、能力。因此時序信號T1T4將周而復始地發(fā)送出去。如果實驗系統(tǒng)處于系統(tǒng)方式下，當進入“單步”方式命令鍵時管理CPU令“TJ、DP”處于單步控制方式，機器便處于單步運行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期的時序信號就停機。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前微指令的執(zhí)行結果。另外當機器連續(xù)運行時，如果按動“停機方式”命令鍵管理CPU令工作方式處于停機狀態(tài)，也會使機器停機。實驗七 基本模型機設計與實現(xiàn)一、實驗目的 1在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其系統(tǒng)地組成一臺基本模型計算機。 2為其定義五條機器指令，并編寫相應的微程序，上機調(diào)試掌握整機概念。二、實驗設備 計算機組成原

44、理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三、實驗內(nèi)容1實驗原理部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是以人為模擬產(chǎn)生為主，而本次實驗將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元的控制信號，實驗特定指令的功能。這里，計算機數(shù)據(jù)通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機器指令到指令執(zhí)行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序 。 本實驗采用五條機器指令：IN輸入、ADD二進制加法、STA存數(shù)、OUT輸出、JMP無條件轉(zhuǎn)移，其指令格式如下前四位為操作碼：助記符 機器指令碼 說明IN 0010 0000 “INPUT DEVICE”中的開關狀態(tài)R0ADD addr 01

45、00 0000 R0addr-R0STA addr 0110 0000 R0-addr OUT addr 1000 0000 addr-BUSJMP addr 1010 0000 addrPC其中IN為單字節(jié)8位，其余為雙字節(jié)指令，為addr對應的二進制地址碼。 根據(jù)以上要求設計數(shù)據(jù)通路框圖，如附錄2圖所示。系統(tǒng)涉及到的微程序流程圖如下圖所示：當擬定“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P1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P1的測試結果出現(xiàn)多路分支。本機用指令寄存器的前三位IR7IR5作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元。 當全部微程序設計完畢后，

46、應將每條微指令代碼化，表8即為將微程序流程圖按微指令格式轉(zhuǎn)化而成的“二進制微代碼表”。指令寄存器IR：指令寄存器用來保存當前正在執(zhí)行的一條指令。當執(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，由二進制數(shù)構成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試P1，通過節(jié)拍脈沖T4的控制以便識別所要求的操作。“指令譯碼器”實驗板上標有“INS UNIT”的芯片根據(jù)指令中的操作碼譯碼強置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應的微程序首地址。 本系統(tǒng)有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關，它作為輸入設備（INPUT DEVICE）；另一種是LE

47、D塊，它作為輸出設備OUTPUT DEVICE。例如：輸入時，二進制開關數(shù)據(jù)直接經(jīng)過三態(tài)門送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開關狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當寫信號W/R有效時，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動LED顯示。本實驗設計機器指令程序如下：地址二進制 內(nèi)容二進制 助記符號 說明0000 0010 0000 IN “INPUT DEVICE”R00001 0100 0000 ADD09H R009HR00010 0000 1001 0011 0110 0000 STA0BH R00BH0100 0000 10110101 1000 0000 OUTOAH 0AHB

48、US0110 0000 10100111 1100 0000 JMP00H 00HPC1000 0000 00001001 0101 0101 自定1010 1010 1010 自定1011 求和結果四、實驗要求：利用系統(tǒng)實驗提供的實驗環(huán)境用EDA軟件設計模型機內(nèi)核。2通過實驗儀提供的狀態(tài)指示相信和系統(tǒng)操作平臺觀察實驗結果。表8 模型機（一）微指令表微地址CBAARLDR2LDR1A9A8代碼CELDADCNMS0S1S2S3代碼P（2LDARLDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WE代碼UA0UA1UA2UA3UA4UA5P（1SWB代碼說明 76543210765 432107654

49、321076543210000000000000000000000000000000001000000080SWPC010010000020000000000001100000600100000040PCAR，PC020000000000100000008000010000100001001012RAMIR030000000000100000008001000000400010000020RAMAR0400000000001000000080000010000810100000A0RAMAR051000000080000000000000000100040110000060RAMDR20601

50、00000040001010012900000010021000000080R0DR1070000000000100000008001000000400110100068ALUR0080000000000000000000000000000001000000080SWPC090000000000000000000000000010021000000181SWR00A00100000200000000000011000006011000000C0PCAR，PC0B00100000200000000000011000006011100000E0PCAR，PC0C001000002000000000

51、00011000006011001000C8PCAR，PC0D00100000200000000000011000006010101000A8PCAR，PC0E0000000000000000000000000000001000000080PCAR，PC0F0000000000000000000000000000001000000080RAMBUS表10一1模型機（一）微指令表微地址CBAARLDR2LDR1A9A8代碼CELDADCNMS0S1S2S3代碼P（2LDARLDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WE代碼UA0UA1UA2UA3UA4UA5P（1SWB代碼說 明 765432

52、10765 432107654321076543210100000000000010000004000100000201000100189SWPC110010000020000000000001100000600100100048PCAR，PC120000000000100000008000000001011000100189SWRAM130000000000100000008001000000400010100028（RAM）AR140000001103100000008000000000001000000080（RAM）BUS15000000000011000000C00010000020

53、1000000080（RAM）PC1610100000A0100000008000000001011000000080PC（RAM）170000000000000000000001000000001000000080 180000000000000000000000000000001000000080 190000000000000000000000000000001000000080 1A0000000000000000000000000000001000000080 1B0000000000000000000000000000001000000080 1C00000000000000000

54、00000000000001000000080 1D0000000000000000000000000000001000000080 1E0000000000000000000000000000001000000080 1F0000000000000000000000000000001000000080 帶移位運算的模型機設計與實現(xiàn)一、實驗目的 1熟悉用微程序控制器控制模型機的數(shù)據(jù)通路。 2學習設計與調(diào)試計算機的基本步驟及方法。二、實驗設備計算器組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三、實驗內(nèi)容1實驗原理 本實驗在基本模型機的基礎上搭接移位控制電路，實驗移位控制運算。 實驗中新增4條移位運算指令

55、：RL左環(huán)移、RLC帶進位左環(huán)移、RR右環(huán)移、RRC帶進位右環(huán)移，其指令格式如下； 操作碼RR 10100100RRC 11000100RL 11100100RLC 00010100以上4條指令都為單字長8位。RR為將R0寄存器中的內(nèi)容循環(huán)右移一位。RRC為將R0寄存器中的內(nèi)容帶進位右移一位，它將R0寄存器中的數(shù)據(jù)右邊第一位移入進位，同時將進位位移至R0寄存器的左位。RL為將R0寄存器中的數(shù)據(jù)循環(huán)左移一位。RLC為將R0寄存器中的數(shù)據(jù)帶進位循環(huán)左移一位。實驗數(shù)據(jù)通路框圖如附錄3圖所示，編寫微程序流程圖及確定微地址如附錄4圖所示。本實驗設計機器指令程序如下；地址二進制內(nèi)容二進制助記符號 說明00

56、000000 00000100 IN “INPUT DEVICE”R000000001 00100100 ADD0DH R00DHR000000010 00001101 00000011 00010100 RLC00000100 00000100 IN00000101 11000100 RRC00000110 11100100 RL00000111 01000100 STA0EH R00EH00001000 0000111000001001 01100100 OUT0EH 0EHBUS00001010 0000111000001011 10000100 JMP 00H 00HPC0000110

57、0 00000000 00001101 01000000 自定00001110 存數(shù)單元將微程序流程圖代碼化，本實驗給出的微程序二進制代碼轉(zhuǎn)化成十六進制格式文件。機器指令及微程序按照規(guī)定格式編寫成十六進制格式文件，具體內(nèi)容如下表所示：四、實驗要求：1利用系統(tǒng)實驗提供的實驗環(huán)境設計模型機內(nèi)核。2通過實驗儀提供的狀態(tài)指示和系統(tǒng)操作平臺觀察實驗結果。表9 模型機（二）微指令表 共3頁 第1頁微地址CBAARLDR2LDR1A9A8代碼CELDADCNMS0S1S2S3代碼P（2LDARLDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WE代碼UA0UA1UA2UA3UA4UA5P（1SWB代碼說 明 76

58、543210765 432107654321076543210000000000000000000000000000000001000000080010010000020000000000001100000600100000040PCAR，PC1020000000000100000008000010000100000011006RAMIR030110000060000110001800000000000111000070299帶進位左移0400000000001000000080010000004010100000A0RAMIR050000000000100000008000001000080

59、110000060RAMDR20610100000A00000000000000001000411100000E0RSIDR1070101000050001000002900000010021000000080DR1DR2RD080000000000100000008001000000401001000090RAMAR0910100000A0100000008000000001011000000080RSRAM000000000001000000080010000004011010000D0RAMAR0B0000001103100000008000000000001000000080RAMLE

60、D0C000000000011000000C000100000201000000080RAMPC00110000060000001000400000000000111000070 299右移1位0E0110000060000000000000000010021000000080299RD0F0110000060000101001400000000000111000070299帶進位右移表9 模型機（二）微指令表 共3頁 第2頁微地址CBAARLDR2LDR1A9A8代碼CELDADCNMS0S1S2S3代碼P（2LDARLDPCLDIRLDDR2LDDR1LDR0WE代碼UA0UA1UA2UA