TOC\o"1-5"\h\z目錄 I\o"CurrentDocument"第一部分基本單元實(shí)驗(yàn) -1-\o"CurrentDocument"1.1算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn) -1-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)原理 \o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -1-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -3-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -4-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -4-\o"CurrentDocument"1.2進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn) -5-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-5-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -5-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -5-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -6-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -6-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -7\o"CurrentDocument"1.3移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn) -8-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-8-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -8-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -8-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -9-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -9\o"CurrentDocument"4乘法器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -10-\o"CurrentDocument"?、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-10-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -10-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -10-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -11-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -111.5內(nèi)存實(shí)驗(yàn) -12-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-12-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -12-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -12-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ?14-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -14-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -14\o"CurrentDocument"1.6總線控制實(shí)驗(yàn) -15 -\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-15-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -15-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -15-\o"CurrentDocument"四、思考題答案 -16-\o"CurrentDocument"五、提問及解答 -16-\o"CurrentDocument"1.7時(shí)序?qū)嶒?yàn) -17-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-17-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -17-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -17-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -18-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -18-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -18-\o"CurrentDocument"1.8微程控器的組成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -19-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-19-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -19-三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -21-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -23-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -24-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -24\o"CurrentDocument"1.9硬布線控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -25-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-25-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -25-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -26-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -27-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -27-第二部分綜合實(shí)驗(yàn) -28-2.1基本模型機(jī)實(shí)驗(yàn) -28-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-28-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -28-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -31-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -35-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -35\o"CurrentDocument"2移位運(yùn)算模型機(jī)實(shí)驗(yàn) -36-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-36-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -36-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -36-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -40-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -40-\o"CurrentDocument"2.3復(fù)雜模型機(jī)實(shí)驗(yàn) -41-一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-41 -二、實(shí)驗(yàn)原理 -41 -\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -41-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -45-\o"CurrentDocument"思考題答案 -46-\o"CurrentDocument"4可重構(gòu)原理計(jì)算機(jī)的組成實(shí)驗(yàn) -47-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-47-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -47-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -49-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -49-\o"CurrentDocument"五、思考題及答案 -50-第三部分?jǐn)U展板實(shí)驗(yàn) -51-1擴(kuò)展8255并行口實(shí)驗(yàn) -51-\o"CurrentDocument"?、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-51-二、實(shí)驗(yàn)原理 -51 -二、頭驗(yàn)步驟及汪意事項(xiàng) "52-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -56-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -56-\o"CurrentDocument"六、提問及解答 -56-\o"CurrentDocument"3.2擴(kuò)展8253定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn) -57-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-57-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -57-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -57-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -59-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -59-\o"CurrentDocument"3.38259中斷控制器實(shí)驗(yàn) -60-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-60-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -60-三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -62-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -65-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -65-\o"CurrentDocument"第四部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn) -66-\o"CurrentDocument"4.1基于硬布線控制器的基本模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -66-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-66-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -66-\o"CurrentDocument"三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -67-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -69-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -69-\o"CurrentDocument"2基于RISC處理器構(gòu)成的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) -70-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-70-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -70-三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -72-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -73-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -74\o"CurrentDocument"4.3流水微程序模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -75-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-75-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -75-三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng) -77-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -80-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -80\o"CurrentDocument"4.4流水硬布線控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) -81-\o"CurrentDocument"一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?-81-\o"CurrentDocument"二、實(shí)驗(yàn)原理 -81-二、實(shí)驗(yàn)步驟及汪意事項(xiàng) -83-\o"CurrentDocument"四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 -84-\o"CurrentDocument"五、思考題答案 -84-\o"CurrentDocument"附錄1實(shí)驗(yàn)用芯片介紹 -85-\o"CurrentDocument"附錄2聯(lián)機(jī)軟件操作說明 -92-\o"CurrentDocument"附錄3模塊布局圖 -96-\o"CurrentDocument"附錄4參考文獻(xiàn) -97-第一部分基本單元實(shí)驗(yàn)1.1算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的組成以及數(shù)據(jù)傳送通路。2、驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖1-1所示。其中運(yùn)算器由兩片74LS181以并/串形式構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALU。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個(gè)鎖存器（74LS273）鎖存，鎖存器的輸入連至數(shù)據(jù)總線,數(shù)據(jù)輸入開關(guān)用來給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)算器的輸出經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)據(jù)顯示燈已和數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。D7DOI-“一I

11111111

刈■■、74LS245DATABUSD7-DO圖1-1 運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖圖『2中已將實(shí)驗(yàn)需要連接的控制信號(hào)用箭頭標(biāo)明（其他實(shí)驗(yàn)相同，不再說明）。其中除T4為脈沖信號(hào)，其它均為電平控制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)電路中的控制時(shí)序信號(hào)均已內(nèi)部連至相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，還需將S3、S2、Sl、SO、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G各電平控制信號(hào)與開關(guān)單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)進(jìn)行跳線連接，其中ALU_G、SW_G為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)START,即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖。三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、按圖卜2連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）

信號(hào)單元T4□<*□信號(hào)單元T4□<*□TS42、用輸入單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器DR1和DR2置數(shù)，數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容可以用與開關(guān)對(duì)應(yīng)的指示燈來觀察，燈亮表示開關(guān)量為“1”，燈滅表示開關(guān)量為“0”。以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）為例，具體操作步驟如下：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為:CLR=1,LDDR1=O,LDDR2=0,ALU_G=1,SW_G=1,S3S2SISOMCN-111111,并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖示示步驟進(jìn)行。上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次控制臺(tái)單元的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的。LDDR1=O

LDDR2=1T4=n置數(shù)完成以后，檢驗(yàn)DR1和DR2中存的數(shù)是否正確，具體操作為：關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW_G=1）,打開ALU輸出三態(tài)門（ALU_G=O）,使ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總線。當(dāng)設(shè)置S3、S2,SI、SO、M、CN的狀態(tài)為1111H時(shí)，數(shù)據(jù)電元的指示燈顯示DR1中的數(shù)；而設(shè)置成101011時(shí)，數(shù)據(jù)單元的指示燈顯示DR2中的數(shù)，然后將指示燈的顯示值與輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。3、驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能（采用正邏輯）74LS181的功能見表1-1,可以通過改變S3S2SISOMCN的組合來實(shí)現(xiàn)不同的功能，表中“A”和“B”分別表示參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)，“+”表示邏輯或，“加”表示算術(shù)求和。表1-1 74LS181功能表S3S2S1soM=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）CN=1無進(jìn)位CN=O有進(jìn)位0000F=AF=A加1F二A0001F=(A+B)力口1F=A+B0010F=A+BF=(A+B)力口1F=AB0011F=0減1F=0F=0

0100F=A力UABF=4力口A)力U1F二而0101F=(A+B)力UF=(A+B)力口AH力「1F=B0110F=A減8減1F二A減8F=A十80111F=A)減1F=A'BF=A'B1000F=A加JABF=A力口48力「1F=A+B1001F=A力n8F=4力口8力n1F二A十81010F=(A+B)力「48F=(A+B)力UAB力口1F=B1011F二AB減1F=ABF=AB1100F=A力口AF=A力口A力口1F=11101F=(A+B)力口AF=(A+B)力口A力口1F=A+81110F=(A+B)力口AF=(A+B)力口4力口1F=A+B1111F二A減1F=AF=A通過前面的操作，我們已經(jīng)向寄存器DR1寫入C1H,DR2寫入43H,即人=。山B=43H。然后改變運(yùn)算器的控制電平S3s2SISOMCN的組合，觀察運(yùn)算器的輸出，填入表1-2中，并和理論值進(jìn)行比較、驗(yàn)證74LS181的功能。表1-2 運(yùn)算器功能實(shí)驗(yàn)表DR1DR2S3S2SIsoM=0（算術(shù)運(yùn)算）M=1（邏輯運(yùn)算）CN=1無進(jìn)位CN=O有進(jìn)位Cl430000F=C1F=C2F=3ECl430001F=C3F=C4F=3CCl430010F=FDF=FEF=02Cl430011F=FFF=0F=0Cl430100F=41F=42F=BECl430101F=43F=44F=BCCl430110F=7DF=7EF=82Cl430111F=7FF=80F=80Cl431000F=02F=03F=7FCl431001F=04F=05F=7DCl431010F=3EF=3FF=43Cl431011F=40F=41F=41Cl431100F=82F=83F=FFCl431101F=84F=85F=FDCl431110F=BEF=BFF=C3Cl431111F=C0F=C1F=C1注：連線時(shí)應(yīng)注意耳口表示兩個(gè)引腳是導(dǎo)通的，指同?個(gè)信號(hào)；麥小兩個(gè)明腳沒有導(dǎo)通，指兩個(gè)不同的信號(hào)（以后均不再說明）。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟1和2,置數(shù)后DATABUS單元的指示燈顯示DR1中的數(shù)為OC1H,顯示DR2中的數(shù)為43H.2、運(yùn)算器功能實(shí)驗(yàn)表：DR1DR2S3S2SIsoM=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Cl430000F=C1F=C2F=3ECl430001F=C3F=C4F=3CCl430010F=FDF=FEF=02Cl430011F=FFF=0F=0Cl430100F=41F=42F=BECl430101F=43F=44F=BCCl430110F=707DF=7EF=82

C1430111F=7FF=80F=80C1431000F=02F=03F=7FC1431001F=04F=05F=7DC1431010F=3EF=3FF=43C1431011F=40F=41F=41C1431100F=82F=83F=FFC1431101F=84F=85F=FDC1431110F=BEF=BFF=C3C1431111F=COF=C1F=C1五、思考題答案1、運(yùn)算器的功能是什么？核心部分是什么？答：運(yùn)算器的主要功能是完成算術(shù)及邏輯運(yùn)算，它由ALU和若干寄存器組成。ALU負(fù)責(zé)執(zhí)行各種數(shù)據(jù)運(yùn)算操作；寄存器用于暫時(shí)存放參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)以及保存運(yùn)算狀態(tài)。運(yùn)算器的核心部分是算術(shù)邏輯運(yùn)算單元。六、提問及解答1、邏輯運(yùn)算指的是哪幾種運(yùn)算？總結(jié)各種邏輯運(yùn)算的運(yùn)算規(guī)律。答：有邏輯乘、邏輯非、邏輯加、邏輯與幾種運(yùn)算，它們的運(yùn)算都是按位進(jìn)行的。1.2進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運(yùn)算功能發(fā)生器的功能。二、實(shí)驗(yàn)原理D7DOAIT<T1S3S2SISOItCM74LS273二、實(shí)驗(yàn)原理D7DOAIT<T1S3S2SISOItCM74LS27371LS273圖l-3進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)原理如圖1-3所示，在實(shí)驗(yàn)1、1的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其中181的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)鎖存器，其寫入是由T4和AR信號(hào)控制，T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將T4連至信號(hào)單元的TS4±oAR是電平控制信號(hào)（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。三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、按圖14連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）

信號(hào)單元T1□<T4Q**□TS1>□TS4算術(shù)邏輯單元ALU.GLDDR2LDDR1S3S2S1S0MCN信號(hào)單元T1□<T4Q**□TS1>□TS4算術(shù)邏輯單元ALU.GLDDR2LDDR1S3S2S1S0MCNS3S2S1SOMCNLDDR2LDDR1AR輸入單元SW_G開關(guān)單元SW_G圖1-4進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)接線圖2、進(jìn)位標(biāo)志清零。具體操作方法如下：實(shí)驗(yàn)板中開關(guān)單元中的CLR開關(guān)為標(biāo)志位CY、ZI的清零開關(guān)，它為。時(shí)（開關(guān)向上為1,向下為0）是清零狀態(tài)，所以將此開關(guān)做1-0-1操作，即可使標(biāo)志位CY、ZI清零（清零后CY、ZI指示燈亮）。3、用輸入單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向DR1存入11000001,向DR2存入01000011。具體操作步驟如下:首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為:CLR=1,LDDR1=O,LDDR2=0,ALU_G=1,AR=1,SW_G=1,S3S2S1SOMCN=111U1,并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài),SP06打在“RUN”狀態(tài)，SP03打在“STEP”狀態(tài)，SP04打在“RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。LDDR1=(TLDDR2=1T4=n上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次控制臺(tái)單元的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的。4、驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算：前面的操作已經(jīng)向DR1、DR2置數(shù)，然后關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SWG=l）并使LDDR2=0,打開ALU輸出三態(tài)門（ALU_G=O）,使ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總線，當(dāng)S3s2slSOMCN的狀態(tài)為100101時(shí)，數(shù)據(jù)總線指示燈顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志得到的結(jié)果。這個(gè)結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位，則要使AR=O,然后按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START,若進(jìn)位標(biāo)志燈CY仍然亮，表示無進(jìn)位；若進(jìn)位標(biāo)志燈CY滅，表示有進(jìn)位。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果在本例中DR1為11000001,DR2為01000011,結(jié)果為00000100,CY滅，有進(jìn)位。五、思考題答案1、74LS181能提高運(yùn)算速度的原因是什么？答：74LS181能提高運(yùn)算速度的原因是它內(nèi)部具有并行進(jìn)位邏輯。2、在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過什么方式實(shí)現(xiàn)？答：在定點(diǎn)二進(jìn)制運(yùn)算器中，減法運(yùn)算一般通過補(bǔ)碼運(yùn)算的二進(jìn)制加法器來實(shí)現(xiàn)。六、提問及解答1、為什么采用并行進(jìn)位能提高加法器的運(yùn)算速度？答：串行進(jìn)位加法器中某位和數(shù)的形成，依賴于低位進(jìn)位信號(hào)的產(chǎn)生，而進(jìn)位信息是從低位元到高位逐位元產(chǎn)生的，高位求和處于等待進(jìn)位信號(hào)產(chǎn)生的狀態(tài)，這種等待耗去了一定時(shí)間。并行進(jìn)位中，各位的進(jìn)位信號(hào)與低位進(jìn)位信號(hào)無關(guān)，僅與兩個(gè)參加操作的數(shù)有關(guān)，由于每位的操作數(shù)是同時(shí)給出的，各進(jìn)位信號(hào)兒乎可以同時(shí)產(chǎn)生，和數(shù)也將隨之產(chǎn)生，所以采用并行進(jìn)位可以提高加法器的運(yùn)算速度。1.1.3移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證移位控制的功能二、實(shí)驗(yàn)原理移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)中使用了一片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連接。299G信號(hào)控制其使能端，T4時(shí)序?yàn)槠鋾r(shí)鐘脈沖，由SISOM控制信號(hào)控制其功能狀態(tài)，列表如下：圖1-5圖1-5移位運(yùn)算電路原理圖表1-374LS299功能表299_GS1soM功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、按圖1-6連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）信號(hào)單元 T4匚X TS4開關(guān)單元算術(shù)邏輯單元299_GO輸入單元?O299_GSW_GdJ?OSW_G開關(guān)單元算術(shù)邏輯單元299_GO輸入單元?O299_GSW_GdJ?OSW_G圖1-6 移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)接線圖2、按照如下步驟用輸入單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把數(shù)據(jù)寫入74LS299：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：299_G=1,SW_G=1,SISOM=111,CLR=—Of并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SPO5打在“NORM”狀態(tài)，SP06打在“RUN”狀態(tài),SPO3打在“STEP”狀態(tài)，SP04打在“RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。_S0=l~\ ~SW_G=O si=l SW_G=1上面方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T4的正脈沖是通過按動(dòng)一次控制臺(tái)單元的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的。3、參照前面的表格1-3,改變SOSIM299_6的狀態(tài)，按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START,觀察移位結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照前面的表格1-3,改變SOS1M299_G的狀態(tài)，按動(dòng)觸動(dòng)開關(guān)START,觀察移位元結(jié)果。表1-374LS299菜單299_GS1soM功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)五、思考題答案1、本實(shí)驗(yàn)后的移位發(fā)生器是什么？其菜單是什么？答：本實(shí)驗(yàn)用到的移位發(fā)生器是74LS299,其菜單見表1-3。1.4乘法器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容：通過MAX+plusII軟件下載程序到實(shí)驗(yàn)箱，觀察乘法器輸出并與理論值比較。2,學(xué)生通過本實(shí)驗(yàn)熟悉CPLD的應(yīng)用，掌握4位數(shù)組乘法器的設(shè)計(jì)原理。3、學(xué)生應(yīng)該按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。二、實(shí)驗(yàn)原理硬件乘法器常規(guī)的設(shè)計(jì)通常使用“串行移位”和“并行加法”相結(jié)合的方法，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是所需的硬件資源少，但是串行方法速度太慢，不能滿足科學(xué)技術(shù)對(duì)高速乘法提出的要求。由于在計(jì)算機(jī)中乘法運(yùn)算大約占全部算術(shù)運(yùn)算的1/3,因此采用高速乘法部件十分必要。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，高速的單元陣列乘法器應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了各種形式的陣列乘法器，提供了極快的計(jì)算速度。使用CPLD器件來設(shè)計(jì)4位陣列乘法器。4位乘4位不帶符合的陣列乘法器的邏輯原理如下圖1-7。Xa3b3a2b2alblaObOa3b0a2b0aibOaObOa3bla2blalblaObla3b2a2b2alb2a0b2a3b3a2b3alb3a0b3P7P6P5p4P3P2plp0圖L7陣列乘法器邏輯圖依據(jù)邏輯圖用原理圖輸入法，把四乘四位不帶符合的陣列乘法器設(shè)計(jì)到CPLD單元芯片MAX7128中。實(shí)驗(yàn)用輸入單元的高4位作為b3-bO,低4位作為a3-aO,用輸出單元的數(shù)碼管來顯示列陣乘法器的結(jié)果。三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、請(qǐng)參照附錄3提示安裝學(xué)習(xí)MAX+PLUSII軟件。2、光盤中提供設(shè)計(jì)的陣列乘法器文件打開。接通電源，通過MAX+plusH軟件，把對(duì)應(yīng)chengfa文件中的mult.pof文件用下載電纜下載到實(shí)驗(yàn)箱中。3、按圖1-8連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）4、用輸入單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把乘數(shù)03H與被乘數(shù)02H寫入寄存器（在CPLD器件）中，然后把相乘的結(jié)果在輸出單元顯示。具體按照如下步驟，首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=1,CE=1,WE=1,299_G=LCLR=1-0-1,并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SP05打在“NORM”,開關(guān)SP03打在“STEP”，開關(guān)SP04打在“RUN”狀態(tài)，然后按照卜面框圖所示步躲進(jìn)行操作。卜.面方括號(hào)中的控制電平變化要

按照從上到下的順序來進(jìn)行。注意：按動(dòng)一下控制臺(tái)單元大鼠標(biāo)開關(guān)“START"，即可在G_CK得到一個(gè)正脈沖5、按照從上到下的順序來進(jìn)行。注意：按動(dòng)一下控制臺(tái)單元大鼠標(biāo)開關(guān)“START"，即可在G_CK得到一個(gè)正脈沖5、觀察乘法器輸出，并與理論值相比較。CE=1WE=1SW_G=1

29"G=1SW_G=1299_G=0

CE=OWE=O輸入單元□SWG四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果用輸入單元的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把乘數(shù)03H與被乘數(shù)02H寫入寄存器中，在輸出單元顯示相乘結(jié)果06Ho五、思考題答案1、如果在乘法器的運(yùn)算結(jié)果發(fā)生溢出，那么在輸出單元會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？答：如果在乘法器的運(yùn)算結(jié)果發(fā)生溢出，會(huì)使得運(yùn)算結(jié)果在移位元過程中發(fā)生丟失，將產(chǎn)生錯(cuò)誤。L5內(nèi)存實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性。2、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM的數(shù)據(jù)讀寫方法。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖『9所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2KX8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈LI01—LI08與地址總線相連，顯示地址內(nèi)容。輸入單元的數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。D0 D7￡￡-<A7 AO -="74LS273（AR）D7 DO己=JaTABUS「||JR 2LDAR ^「3圖1-9存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖地址總線為8位，接入6116的地址A7—A0,將6116的高三位人8—人10接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：CE（片選線）、0E（讀線）、WE（寫線）。本實(shí)驗(yàn)中將0E常接地，在此情況，當(dāng)CE=O、WE=O時(shí)進(jìn)行寫操作，CE=O、WE=1時(shí)進(jìn)行讀操作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插針中，其它電平控制信號(hào)由開關(guān)單元的二進(jìn)制開關(guān)給出，其中SW_G為低電平有效，LDAR為高電平有效。二、室聆先驟乃洋煮事而一1、形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3,具體接線方法和操作步驟如下：（1）將信號(hào)源單元中的CLOCK和CK,TS3和T3用排線相連。（2）將信號(hào)源單元中的兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)“SP03”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)、“SP04”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)（當(dāng)“SPO3”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)、“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次觸動(dòng)開關(guān)START,則T3的輸出為連續(xù)的方波信號(hào)。當(dāng)“SP03”開關(guān)設(shè)置為“STEP”狀態(tài)、“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次觸動(dòng)開關(guān)START,則T3輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。）2、按圖1-10連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）信號(hào)單元CECH-WEo<-PC_GCH-開關(guān)單元SW_GCM-LDARTS3匚卜*□13DL7存儲(chǔ)器 DL0單元 AL7ALO>OCE_R->□WE_RDR7>□CE_L .DROAR7ARO[[*OSW_G輸入單元>OLDAR地址指針單元圖1-10存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)接線圖3、給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11、22、33、44、55,具體操作步驟如下：（以向00號(hào)單元寫入11為例）首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=1,CE=1,WE=1,LDAR=0,CLR=1-0-1,并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SP05打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行。圖中方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中T3的正脈沖是通過按動(dòng)一次控制臺(tái)單元的觸動(dòng)開關(guān)START來產(chǎn)生的，而WE的負(fù)脈沖則是通過讓開關(guān)單元的WE開關(guān)做1-0-1變化來產(chǎn)生的。SW_G=OLDAR=1T3=-TLSW_G=1LDAR=OSWG=0SWG=0CE=0WE=U4、依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單元中的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)總線單元的指示燈上進(jìn)行顯示，觀察rCE=1qWE=1SW_G=1-LDAR=1」SW_G=0T3=-FLSW_G=1LDAR=0CE=0其中AR的值在地址總線單元的指示燈上顯示，RAM相應(yīng)單元的值在數(shù)據(jù)總線單元的指示燈上顯示。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果地址0000000000000001000000100000001100000100存儲(chǔ)資料0001000100100010001100110100010001010101五、思考題答案1、靜態(tài)內(nèi)存是靠什么存儲(chǔ)信息？動(dòng)態(tài)內(nèi)存又是靠什么存儲(chǔ)信息的？答：SRAM靠觸發(fā)器存儲(chǔ)信息，DRAM則是靠柵極電容存儲(chǔ)信息。2、靜態(tài)內(nèi)存和動(dòng)態(tài)內(nèi)存的優(yōu)缺點(diǎn)？答：SRAM比DRAM速度快，但SRAM的集成度不如DRAM高，它們共同的缺點(diǎn)是掉電后不能保存信息。六、提問及解答1、為什么在內(nèi)存芯片中設(shè)置片選輸入端？答：由于一塊集成芯片的容量有限，要組成一個(gè)大容量的內(nèi)存，往往需要將多塊芯片連接起來使用，這就存在某個(gè)位址需要用到某些芯片，而其它芯片暫時(shí)不用的問題，這就是所謂片選。只有片選信號(hào)(/CS)有效時(shí)，該芯片才被選中，此片所連的地址線才有效，才能對(duì)它進(jìn)行讀或?qū)懖僮?。而讀或?qū)?R/W)操作是由CPU發(fā)出讀命令或?qū)懨顏砜刂频摹?/p>

1.1.6總線控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、理解總線的概念及其特性。2、掌握總線傳輸控制特性。二、實(shí)驗(yàn)原理總線是多個(gè)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計(jì)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(gè)功能部件服務(wù)的一組公用信息線?？偩€傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖1-11所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)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，就可實(shí)現(xiàn)總線信息傳輸。數(shù)據(jù)總線圖LU數(shù)據(jù)總線圖LU總線示意圖三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、根據(jù)掛在總線上的幾個(gè)基本部件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程：(1)輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)寫入地址寄存器。(2)輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)寫入到存儲(chǔ)器的當(dāng)前地址單元中。(3)將存儲(chǔ)器當(dāng)前地址單元中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示。2、按照?qǐng)D上12實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。(圖中箭頭表示需要接線的地方，接總線和控制信號(hào)時(shí)要注意高低位一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分)港池建貓泌培海罐祥津近B

港池建貓泌培海罐祥津近B3,具體操作步驟圖示如下：首先使各個(gè)控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=1,CE=1,WE=1,LDAR=O,299_G(LED_G)=1,PC_G(WE)=1,CLR=—Of,并將控制臺(tái)單元的開關(guān)SPO5打在“NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步彝進(jìn)行。圖中方括號(hào)中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中LDAR的正脈沖是通過讓開關(guān)單元的LDAR開關(guān)做0-1-0變化來產(chǎn)生的，而WE和PC_G(WE)的負(fù)脈沖則是通過讓開關(guān)單元的WE和PC_G開關(guān)做1-0-1變化來產(chǎn)生的。SW_G=OLDAR=nSW_G=OCE=OWE=1,TCE=1SW_G=1-CE=O-

299_G(LED_G)=0

PC_G(WE)=\rSW_G=OLDAR=nSW_G=OCE=OWE=1,TCE=1SW_G=1-CE=O-

299_G(LED_G)=0

PC_G(WE)=\r完成上述操作后，在輸出單元的數(shù)碼管上觀察結(jié)果。四、思考題答案1、什么是總線？總線控制的方式有哪些？答：總線就是指能為多個(gè)功能部件服務(wù)的一組公用信息線?？偩€控制的方式有串行鏈接方式，計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢方式，獨(dú)立請(qǐng)求方式。2、畫出單總線結(jié)構(gòu)示意圖。答： 單總線結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線五、提問及解答1、判別總線使用權(quán)的優(yōu)先級(jí)別有幾種方法？各有什么特點(diǎn)？答：串行鏈接方式，特點(diǎn)：采用硬接線邏輯，將各部件扣鏈在總線響應(yīng)在線，優(yōu)先級(jí)周定，有較高的實(shí)時(shí)I可應(yīng)性。定時(shí)查詢方式，特點(diǎn)：方便改變優(yōu)先次序，通過增加線數(shù)換取的。獨(dú)立請(qǐng)求方式，特點(diǎn)：響應(yīng)時(shí)間快，不必一個(gè)設(shè)備一個(gè)設(shè)備地查詢，優(yōu)先次序控制靈活，既可以采用優(yōu)先級(jí)固定法，也可以通過程序改變優(yōu)先次序；還可通過屏蔽某個(gè)請(qǐng)求，以禁止相應(yīng)的部件使用總線,通過增加線數(shù)換取的。1.7時(shí)序?qū)嶒?yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理和設(shè)計(jì)思想，提高對(duì)基本邏輯部件的分析和設(shè)計(jì)能力。2、觀察、分析和測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱的控制時(shí)序，提高實(shí)際動(dòng)手能力。3、增加對(duì)系統(tǒng)時(shí)序的理解，進(jìn)一步深化理解計(jì)算機(jī)的工作原理。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理如圖1-13示，可產(chǎn)生4個(gè)相位等間隔的時(shí)序信號(hào)TSI—TS4,其中CK為時(shí)鐘信號(hào)，由實(shí)驗(yàn)臺(tái)右上方的方波信號(hào)源提供，可產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)者可自行選擇方波信號(hào)的頻率（通過調(diào)節(jié)電位器RW1）?為了便于控制程序的運(yùn)行，時(shí)序電路發(fā)生器設(shè)置了一個(gè)啟?？刂朴|發(fā)器，使TS1—TS4信號(hào)輸出可控。圖中STEP（單步）、STOP（停機(jī)）分別是來自實(shí)驗(yàn)板信號(hào)源單元二進(jìn)制開關(guān)SPO3,SP04的狀態(tài)。START信號(hào)來自實(shí)驗(yàn)板控制臺(tái)單元的一個(gè)微動(dòng)開關(guān)START的按鍵信號(hào)。當(dāng)SP03、SP04開關(guān)狀態(tài)都為RUN時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，運(yùn)行觸發(fā)器一直處于“1”狀態(tài)，即原理圖中P17一直為“1”，因此時(shí)序信號(hào)TSI—TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)SP03為1（STEP）時(shí)，一旦接下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)只發(fā)送一個(gè)微指令周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。sgasggCLR圖1-13時(shí)序電路原理圖三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、首先按照?qǐng)D1-14進(jìn)行接線用8芯鱷魚夾線將輸出信號(hào)引入示波器的輸入通道。將SP03和SP04開關(guān)的狀態(tài)均設(shè)為"RUN”狀態(tài)，按動(dòng)START觸動(dòng)開關(guān)，時(shí)序信號(hào)TSI—TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。2、聯(lián)機(jī)并用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能來觀察輸出波形，這時(shí)用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能就可以觀察到時(shí)序信號(hào)，將該信號(hào)與圖1-15示波形對(duì)比（軟件的具體使用方法見附錄2中的軟件操作說明）。通過調(diào)節(jié)RW1可以使輸出波形的頻率在100Hz到300Hz之間變化。（注意：開關(guān)單元的撥位開關(guān)CLK置為高電平，若采樣有失真時(shí)請(qǐng)把采樣頻率調(diào)高一些。）

信號(hào)單元四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 聯(lián)機(jī)軟件的示波器觀察到的輸出波形:五、思考題答案1、在示波器上如何確定工作脈沖的先后關(guān)系？答：在示波器上通過確定參照點(diǎn)來確定工作脈沖的先后順序。六、提問及解答1、計(jì)算機(jī)為什么要設(shè)置時(shí)序系統(tǒng)？答：計(jì)算機(jī)的操作都有一定的嚴(yán)格的次序，而且一個(gè)操作在什么時(shí)候執(zhí)行，執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間也有嚴(yán)格的規(guī)定，不能有任何的差錯(cuò)。不僅次序有規(guī)定，而且什么時(shí)候送操作數(shù)、什么時(shí)刻送加法指令、什么時(shí)刻送出結(jié)果也有規(guī)定。因此，需要引入時(shí)序系統(tǒng)。1.8微程控器的組成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握微程序控制器的組成原理。2、掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)行。3、為整機(jī)實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理可以參考時(shí)序?qū)嶒?yàn)。由于時(shí)序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好（時(shí)序電路的CLR已接到實(shí)驗(yàn)板中下方的CLR清零開關(guān)上），所以只需將時(shí)序電路與方波信號(hào)源連接即可。1、微程序控制電路微程序控制器的組成見圖1-16其中控制存儲(chǔ)器采用3片2816E2PR0M,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（74LS273）和一片4D（74LS175）觸發(fā)器組成。微地址寄存器6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74LS74）組成，它們帶有清“0”端和置“1”端。在不進(jìn)行判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)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(shí)刻進(jìn)行判別測(cè)試時(shí)，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)器設(shè)置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實(shí)驗(yàn)電路中，在控制臺(tái)單元有一個(gè)編程開關(guān)SP06,它具有三種狀態(tài)：WRITE（編程）、READ（校驗(yàn)）、RUN（運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(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(chǔ)器2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)，可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)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(shí)，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(dòng)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74LS245,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(dòng)微地址顯示燈。2,微指令格式微指令字長(zhǎng)24位，其控制位順序如下：表1-4 微指令結(jié)構(gòu)圖微程序242322212019181716151413121110987654321控制信號(hào)S3S2S1S0MCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2MuAOA字」B字段p字段151413控制信號(hào)121110控制信號(hào)987控制信號(hào)000000000001LDRI001RS_G001Pl010LDDR1010RD_G010P2011LDDR2011RI_G011P3100LDIR100299_G100P4101LOAD101ALU_G101AR110LDAR110PC_G110LDPCM17M16控制信號(hào)00Y001Y110Y211Y3圖1-16微控制器實(shí)驗(yàn)原理圖74I-S13H74LS24574LS13874LS13?74LS7474LS74IMlf'CLKCLK<-74LS27574LS2732XCI628(162X(16CENE741.524574I.S24574LS24574374addrledIaddrIrd6ciintnHandmcs?!CLRT2MK24MM7MK16m_datam_data74LS175三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、圖1T7幾條機(jī)器指令對(duì)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,可得到表1-5的二進(jìn)制代碼表。表1-5 微程序時(shí)序控制實(shí)驗(yàn)二進(jìn)制代碼表微地址S3S2SISOMCNRDM17M16ABpuA5uA4uA3uA2uAluAO0000000001100000010001000001000000()1111011011000001002000000()0]100000001001000030000000011100000000001000400000000101100000000010105000000011010001000000110061001010110011010000000010700000000111000000000110110000000000001000000000001110000000111101101100000111200000001111011()11()00011113000000011110110110001110140000000111101101100101101500000010]000001000000001160000000011100000000011111700000000101000000001010120000000011110110110010010210000000111101101100101002200000000101000000001011123000000011000000000000001240000000000100000000110002500000111000010100000000126000000001101000110000001270000011100001010000100003000000110]000101000010001其中uA5—uAO為6位的后續(xù)微地址，A、B、P為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多位。P字段中的P1—P4是四個(gè)測(cè)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。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_G、RD_G、RI_G分別為源寄存器選通信號(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，其功能是根自機(jī)器后令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器RO、R1及R2的選通譯碼。2、按圖178接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。（圖中箭頭表示需要接線的地方，接控制信號(hào)時(shí)要注意各信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）00運(yùn)行;0】00運(yùn)行;0】*圖1-17微程序流程圖TSI TS2信號(hào)單元 To □T1 T2圖1T8微控制器時(shí)序控制實(shí)驗(yàn)接線圖3、觀察微程序控制器的工作原理：（1）編程A、將控制臺(tái)單元的編程開關(guān)SP06設(shè)置為WRITE（編程）狀態(tài)。B、將實(shí)驗(yàn)板上“信號(hào)源單元”中的“SP03”設(shè)置為“STEP”，“SP04”設(shè)置為“RUN”狀態(tài)。開關(guān)單元的開關(guān)CLR置為高電平。C、用開關(guān)單元的二進(jìn)制模擬開關(guān)設(shè)置微地址UA5—UA0。D、在微控制器單元的開關(guān)SM24-SM01上設(shè)置微代碼，24位開關(guān)對(duì)應(yīng)24位顯示燈，開關(guān)量為“1”時(shí)燈亮，開關(guān)量為"0"時(shí)燈滅。E、啟動(dòng)時(shí)序電路（按動(dòng)控制臺(tái)單元的“START”觸動(dòng)開關(guān)），即將微代碼寫入到E*PROM28C16的相應(yīng)地址對(duì)應(yīng)的單元中。F、重復(fù)C—E步驟，將表1-5的微代碼寫入28cl6。（2）校驗(yàn)A、將控制臺(tái)單元的編程開關(guān)SP06設(shè)置為READ（校驗(yàn)）狀態(tài)。B、將實(shí)驗(yàn)板“信號(hào)源單元”中的“SP03”開關(guān)設(shè)置為“STEP”狀態(tài)，“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)。C、用開關(guān)單元的二進(jìn)制開關(guān)設(shè)置要檢驗(yàn)的微地址UA5—UA0,D、按動(dòng)控制臺(tái)單元的“START'觸動(dòng)開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，讀出微代碼，觀察微控制器單元的顯示燈LM24-LM01的狀態(tài)（燈亮為“1”，滅為"0”），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“WRITE”編程狀態(tài)，重新執(zhí)行（1）即可。（3）單步運(yùn)行A、將控制臺(tái)單元的編程開關(guān)SP06置于“RUN（運(yùn)行）”狀態(tài)。B、將實(shí)驗(yàn)板“信號(hào)源單元”中的“SP03”開關(guān)設(shè)置為“STEP”狀態(tài)，“SP04”開關(guān)設(shè)置為“RUN”狀態(tài)。C、操作開關(guān)單元的CLR開關(guān)，使CLR信號(hào)狀態(tài)依次為1-0-1,將微地址寄存器74LS74（1）—74LS74（3）清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為000000（二進(jìn)制）。D、按動(dòng)控制臺(tái)單元的“START”觸動(dòng)開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，則每按動(dòng)一次“START”鍵，讀出一條微指令后停機(jī)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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：在當(dāng)前條件下，將微控制器單元的SE6—SE1接至開關(guān)單元中的UA5-UA0對(duì)應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)上，可通過強(qiáng)置端SE6—SE1人為設(shè)置分支地址。首先將SE6—SE1對(duì)應(yīng)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)置為“1”，當(dāng)需要人為設(shè)置分支地址時(shí)，將需要改變的某個(gè)或兒個(gè)二進(jìn)制開關(guān)設(shè)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)設(shè)置為“0”，相應(yīng)的微地址位將被強(qiáng)置為“1”）四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果在SWITCHUNIT單元中，給UA5-UA0地址輸入表1.5對(duì)應(yīng)地址。那么在MICROCONTROL單元中可以看到表1.5對(duì)應(yīng)微地址顯示的二進(jìn)制代碼?！?”表示燈滅，“1”表示燈亮。五、思考題答案1、比較微程控器和組合邏輯控制器各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：微程控器具有規(guī)整性、可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，是一種用軟件方法來設(shè)計(jì)硬件的技術(shù)，它可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜指令的操作控制，且極具靈活性，可方便增加和修改指令，而組合邏輯控制器的速度較快。2、什么叫指令？什么叫微指令？二者有什么關(guān)系？答：指令，即指機(jī)器指令。每一條指令可以完成一個(gè)獨(dú)立的算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算操作?？刂撇考ㄟ^控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令，通常把這種控制命令叫做微命令，而一組實(shí)現(xiàn)一定操作功能的微命令的組合，構(gòu)成一條微指令。一條機(jī)器指令在執(zhí)行時(shí)，需要計(jì)算機(jī)做很多微操作。在微操作控制器中，一條機(jī)器指令需要由一組微指令組成的微程序來完成，即微程序完成對(duì)指令的解釋執(zhí)行。因此，?條指令對(duì)應(yīng)多條微指令，而?條微指令可為多個(gè)機(jī)器指令服務(wù)。六、提問及解答1、微命令有哪幾種編碼方法？它們是如何實(shí)現(xiàn)的？答：微命令有三種編碼方法：宜接控制法、解碟控制法及混合控制法。直接控制法是將微命令的操作控制字段的每個(gè)二進(jìn)制位，定義為一個(gè)微命令，用該位的“0”或“1”表示相應(yīng)的微命令的“無”或“有二譯碼控制法是將操作控制字段的二進(jìn)制位進(jìn)行組合和編碼，用不同組合的碼點(diǎn)定義各個(gè)微命令?；旌峡刂品ㄊ菍⒅苯涌刂品ㄅc譯碼控制法混合使用，以便在微指令字長(zhǎng)、并行性及執(zhí)行速度和靈活性等方面進(jìn)行折衷，發(fā)揮它們的優(yōu)點(diǎn)。9硬布線控制器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握硬布線控制器的設(shè)計(jì)原理。2、掌握如何使用大規(guī)?？删幊唐骷瓿捎膊季€控制器的設(shè)計(jì)。二、實(shí)驗(yàn)原理（1）硬布線控制器的設(shè)計(jì)原理計(jì)算機(jī)控制器有兩種實(shí)現(xiàn)方法：1、硬布線控制器（也稱組合邏輯控制器）2、微程序控制器。設(shè)計(jì)硬布線控制器是根據(jù)實(shí)現(xiàn)各指令功能所需控制命令的相應(yīng)邏輯條件及時(shí)序，來組成各個(gè)控制命令的邏輯表達(dá)式，然后由各種不同的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)它，構(gòu)成邏輯控制部件。下圖1-19示出了硬布線控制器的結(jié)構(gòu)框圖。硬布線控制器的輸入信號(hào)主要來源有：指令譯碼器的輸出、時(shí)序單元的時(shí)序信號(hào)（包括節(jié)拍電位信號(hào)和節(jié)拍脈沖信號(hào)）。輸出的信號(hào)控制各指令所對(duì)應(yīng)的微操作。即微控制信號(hào)是指令操作碼譯碼器輸出、時(shí)序信號(hào)、反饋信號(hào)的函數(shù)。（為了00簡(jiǎn)單明了，在此沒有加入反饋信號(hào)）微操作控制信號(hào)圖1-19圖1-19組合邏輯控制器結(jié)構(gòu)框圖啟動(dòng)停止輸入CLOCK（2）用CPLD器件實(shí)現(xiàn)硬布線控制器隨著大規(guī)模可編程器件的發(fā)展，用大規(guī)模集成電路可編程陣列來實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能，具有簡(jiǎn)便和靈活的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)箱上選用了ALTERA公司的EPM7128芯片，它具有在系統(tǒng)可編程功能，可以隨時(shí)進(jìn)行邏輯甫構(gòu)和修改。實(shí)驗(yàn)箱采用MAX+PLUSII軟件來對(duì)可編程器件EPM7128進(jìn)行編程下載。該軟件支持原理圖和硬件描述語言輸入方式，并可對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行功能時(shí)序仿真。詳細(xì)MAX+PLUSH軟機(jī)介紹請(qǐng)參閱附錄3。本節(jié)與微程序控制器一樣設(shè)計(jì)了同樣的五條指令，CPU流程圖如下圖：根據(jù)指令流程圖設(shè)計(jì)了一套指令系統(tǒng)表1-6。該指令系統(tǒng)采用圖1-13所示的時(shí)鐘信號(hào)，可以得出圖1-20所示的周期流程圖。表L6組合邏輯控制器實(shí)驗(yàn)指令系統(tǒng)表助記符171615141312II10IN0000ADD0001STA0010OUT0011JMP0100

運(yùn)行圖1-20硬布線控制器指令流程圖本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的例程見光盤所對(duì)應(yīng)的硬布線控制器實(shí)驗(yàn)程序，在“CPLD”文件夾中“PROG1”。三、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1、在MAX+PLUS］【軟件環(huán)境中打開“PROG1.VHD”程序。2、用MAX+PLUS1［軟件，選擇器件EPM7128sLe-15,編譯上述的程序。3、參照表1-7分配管腳并編譯鎖定管腳。表1-7硬布線控制器管腳分配表微控制信號(hào)EPM7128芯片管腳號(hào)LDDR1,LDDR2,CN,M,SO,SI,S2,S34,5,6,8,9,10,IL1210,H,12,13,14,15,16,1715,16,17,18,20,21,22,24PC_G,LDAR,LOAD,LDPC25,27,28,29SW_G,LED_G,ALU_G,LDRO,R0_G,LDIR30,31,33,34,37,48WE_R,CE_R,CLOCK,CLR49,50,51,84Tl,T2,T3,T477,79,80,814,把該程序?qū)?yīng)的PROGLPOF文件下載到EPM7128芯片中。5、得到對(duì)應(yīng)的CPLD程序頂層圖如卜,圖1-21所示。（下圖是在MAX+PLUSII中將PROG1.GDF原理圖生成符號(hào)文件而產(chǎn)生的）

LOGICCE——T1WE—LDAR—LDIR———T2LDPC——T3LDRO——T4LDDR1——QLDDR2——CLR1ALU-G——1[7..0]RO_G—LEDG—SW_G—PC_G—LOAD_G—圖1-21硬布線控制器頂層圖四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果參照表1-7分配管腳并編譯鎖定管腳。表1-7硬布線控制器管腳分配表微控制信號(hào)EPM7128芯片管腳號(hào)LDDR1,LDDR2,CN,M,SO,SI,S2,S34,5,6,8,9,10,lb1210,IL12,13,14,15,16,1715,16,17,18,20,21,22,24PC_G,LDAR,LOAD,LDPC25,27,28,29SW_G,LED_G,ALU_G,LDRO,R0_G,LDIR30,31,33,34,37,48WE_R,CE_R,CLOCK,CLR49,50,51,84Tl,T2,T3,T477,79,80,81得到對(duì)應(yīng)的CPLD程序頂層圖如下：LOGICCEWELDAR一T1 LDIRTOC\o"1-5"\h\z—T2 LDPC—T3 LDRO一T4 LDDR1—Q LDDR2—CLR1 ALU_G—I[7..O] RO_GLED_GSW_GPC_GLOAD五、思考題答案1、計(jì)算機(jī)控制器有哪兩種實(shí)現(xiàn)方法？答：實(shí)現(xiàn)方法有：硬布線控制器（也稱組合邏輯控制器）和微程控器。2、硬布線控制器的設(shè)計(jì)思路是什么？答：設(shè)計(jì)硬布線控制器是根據(jù)實(shí)現(xiàn)各指令功能所需控制命令的相應(yīng)邏輯條件及時(shí)序，來組成各個(gè)控制命令的邏輯表達(dá)式，然后由各種不同的邏輯電路來實(shí)現(xiàn)它，構(gòu)成邏輯控制部件。第二部分綜合實(shí)驗(yàn)

2.1基本模型機(jī)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、在“微程序控制器的組成與微程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”的基礎(chǔ)上，將第一部分中的各單元組成系統(tǒng)，構(gòu)造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。2、本實(shí)驗(yàn)定義五條機(jī)器指令，編寫相應(yīng)的微程序，并上機(jī)調(diào)試運(yùn)行，形成整機(jī)概念。二、實(shí)驗(yàn)原理在第一部分的單元實(shí)驗(yàn)中，所有的控制信號(hào)是人為用開關(guān)單元產(chǎn)生的，但是在實(shí)際的CPU中，所有的控制信號(hào)都是由CPU自動(dòng)產(chǎn)生的。所以在本次實(shí)驗(yàn)中我們用微程序來控制，自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)特定指令的功能。這里，計(jì)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(gè)指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微程序。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了五條機(jī)器指令，其指令格式如下：助記符機(jī)器指令碼說明IN00000000；輸入，“INPUT”設(shè)備中的開關(guān)狀態(tài)-ROADDaddr00010000XXXXXXXX5二進(jìn)制加法,R0+[addr]-ROSTAaddr00100000XXXXXXXX；存數(shù)，ROf[addr]OUTaddr00110000XXXXXXXX；輸出，[addr]fBUSJMPaddr01000000XXXXXXXX;無條件轉(zhuǎn)移，addr-PC機(jī)器指令碼的前4位為操作碼。其中IN為單字長(zhǎng)，其余為雙字長(zhǎng)指令，XXXXXXXX為addr對(duì)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(dòng)程序執(zhí)行，還必須設(shè)計(jì)三個(gè)控制臺(tái)操作微程序。存儲(chǔ)器讀操作(READ)：撥動(dòng)總清開關(guān)CLR后，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA為“00”時(shí)，按START微動(dòng)開關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作。存儲(chǔ)器寫操作(WRITE)：撥動(dòng)總清開關(guān)CLR后，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA設(shè)置為“01”時(shí)，按START微動(dòng)開關(guān)可對(duì)RAM進(jìn)行連續(xù)手動(dòng)寫入。啟動(dòng)程序(RUN)：撥動(dòng)總清開關(guān)CLR后，控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA設(shè)置為“11”時(shí)，按START微動(dòng)開關(guān)，即可轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取址”微指令，啟動(dòng)程序運(yùn)行。上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開關(guān)SWB、SWA的狀態(tài)來設(shè)置，其定義如下：SWBSWA控制臺(tái)命令00讀內(nèi)存(READ)01寫內(nèi)存(WRITE)11啟動(dòng)程序運(yùn)行(RUN)根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路框圖，如圖2-1。微代碼定義如表2-1所示。

地址總線表2-1 基本模型機(jī)微指令結(jié)構(gòu)圖微程序242322212019181716151413121110987654321控制信號(hào)S3S2S1SOMCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uAluAOA字段B字段p字段151413控制信號(hào)121110控制信號(hào)987控制信號(hào)000000000001LDRI001RS_G001Pl010LDDR1010010011LDDR20]1011100LDIR100100P4101LOAD101ALU_G101110LDAR110PC_G110LDPC系統(tǒng)涉及至I的微程序流程見圖2-2,當(dāng)擬定“取指令”微指令時(shí)，該微指令的判別測(cè)試字段為P1測(cè)試。由于“取指令”微指令是所有微程序都使用的公用微指令，因此P1的測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。手機(jī)用指令寄存器的高4位（17—14操作碼）作為測(cè)試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個(gè)固定微地址單元。控制臺(tái)操作為P4測(cè)試，它以控制臺(tái)開關(guān)SWB、SWA作為測(cè)試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支微地址單元固定后，剩下的其它地方就可以一條微指令占用一個(gè)微地址單元隨意填寫。當(dāng)全部微程序設(shè)計(jì)完畢后，應(yīng)將每條微指令代碼化，表2-2即為將圖2-2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”。運(yùn)行I01圖2-2微程序流程圖表2-2二進(jìn)制代碼表微地址S3S2SISOMCNRDM17M16ABpuA5uA4uA3uA2uAluAO00000000011000000100010