計算機組成原理實驗報告

1、計算機組成原理實驗報告冊課程名稱 計算機組成原理院 別 計算機學院專 業(yè) 計算機技術與應用年 級 2011級學 號 201124131147學生姓名 黎慶強指導教師 蔡文偉學 期 2012-2013學年第1學期實驗一 運算器實驗：算術邏輯運算實驗一、 實驗目的與要求：1、了解運算器的組成結(jié)構；2、掌握算術邏輯運算器的工作原理；3、掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通道；4、驗算由74LS181等組合邏輯組成的運算發(fā)生器的組合功能；二、實驗設備 TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三、實驗原理圖1 運算器數(shù)據(jù)通路圖實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖如上圖所示。圖中所示的是由兩片 74LS18

2、1 芯片以并/串形式構成的 8 位字長的運算器。右方為低 4 位運算芯片，左方為高 4 位運算芯片。低位芯片的進位輸出端 Cn+4 與高位芯片的進位輸入端 Cn 相連，使低 4 位運算產(chǎn)生的進位送進高 4位運算中。低位芯片的進位輸入端 Cn 可與外來進位相連，高位芯片的進位輸出引至外部。 兩個芯片的控制端 S0S3 和 M 各自相連，其控制電平見下表。 表1 74LS181邏輯功能表為進行雙操作數(shù)運算，運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個數(shù)據(jù)暫存器 DR1、DR2（用鎖存器 74LS273 實現(xiàn)）來鎖存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到 DR1 或 DR2 中，則鎖存器74LS273 的控制端 LDD

3、R1 或 LDDR2 須為高電平。當 T4 脈沖來到的時候，總線上的數(shù)據(jù)就被鎖存進 DR1 或 DR2 中了。 為控制運算器向內(nèi)總線上輸出運算結(jié)果，在其輸出端連接了一個三態(tài)門（用 74LS245 實現(xiàn)）。若要將運算結(jié)果輸出到總線上，則要將三態(tài)門 74LS245 的控制端 ALU-B 置低電平。否則輸出高阻態(tài)。數(shù)據(jù)輸入單元(實驗板上印有 INPUT DEVICE)用以給出參與運算的數(shù)據(jù)。其中，輸入開關經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）和內(nèi)總線相連，該三態(tài)門的控制信號為 SW-B，取低電時，開關上的數(shù)據(jù)則通過三態(tài)門而送入內(nèi)總線中?？偩€數(shù)據(jù)顯示燈（在 BUS UNIT 單元中）已與內(nèi)總線相連，用來顯示

4、內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。 控制信號中除 T4 為脈沖信號，其它均為電平信號。 由于實驗電路中的時序信號均已連至“W/R UNIT”單元中的相應時序信號引出端，因此，需要將“W/R UNIT”單元中的 T4 接至“STATE UNIT”單元中的微動開關 KK2 的輸出端。在進行實驗時，按動微動開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。 S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各電平控制信號則使用“SWITCH UNIT”單元中的二進制數(shù)據(jù)開關來模擬，其中 Cn、ALU-B、SW-B 為低電平有效，LDDR1、LDDR2 為高電平有效。 對于單總線數(shù)據(jù)通路，作實驗時就要分

5、時控制總線，即當向 DR1、DR2 工作暫存器打入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)開關三態(tài)門打開，這時應保證運算器輸出三態(tài)門關閉；同樣，當運算器輸出結(jié)果至總線時也應保證數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門是在關閉狀態(tài)。四、實驗內(nèi)容1、輸入數(shù)據(jù)通過三態(tài)門74LS245后送往數(shù)據(jù)總線，在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上顯示。2、向DR1（或DR2）中置數(shù)，經(jīng)ALU直傳后，經(jīng)過三態(tài)門245送入數(shù)據(jù)總線，在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上顯示。3、將輸入DR1和DR2中的兩個數(shù)進行算術邏輯運算，驗證ALU的功能，結(jié)果在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上顯示。五、實驗步驟1按圖 2連接實驗電路并檢查無誤。圖中需要連接的信號線已用小圓圈標明。 圖2 總線

6、數(shù)據(jù)顯示連線圖2開電源開關。 3用輸入開關向暫存器 DR1 置數(shù)65H。 撥動輸入開關形成二進制數(shù)01100101（或其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為0，滅為1）。 使 SWITCH UNIT 單元中的開關 SW-B=0（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、ALU-B=1（關閉ALU輸出三態(tài)門）、LDDR1=1、LDDR2=0。 按動微動開關 KK2，則將二進制數(shù) 01100101 置入 DR1 中。 4用輸入開關向暫存器 DR2 置數(shù)A7H。 撥動輸入開關形成二進制數(shù) 10100111（或其它數(shù)值）。 SW-B=0、ALU-B=1 保持不變，改變 LDDR1、LDDR2，使 LDDR1=0、LDDR2=1。

7、按動微動開關 KK2，則將二進制數(shù) 10100111 置入 DR2 中。 5檢驗 DR1 和 DR2 中存的數(shù)是否正確。 關閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW-B=1），打開 ALU輸出三態(tài)門（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，關閉寄存器。 置 S3、S2、 S1、S0 、M 為 1 1 1 1 1，總線顯示燈則顯示 DR1 中的數(shù)。 置 S3、S2、 S1、S0 、M 為 1 0 1 0 1，總線顯示燈則顯示 DR2 中的數(shù)。 6改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出。 SW-B=1、ALU-B=0 保持不變。 按表 2-2 置 S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 的數(shù)值，并觀察總

8、線顯示燈顯示的結(jié)果。 例如：置 S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 為 1 0 0 1 0 1，運算器作加法運算。 置 S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 為 0 1 1 0 0 0，運算器作減法運算。 7驗證 74LS181 的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯） 在給定 DR1=65、DR2=A7 的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入表2中，并和理論分析進行比較、驗證。六、實驗結(jié)果DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0（算術運算）M=1（邏輯運算）Cn=1無進位Cn=0有進位656565A7A7A70000000100100011010001010110011110

9、001001101010111100110111101111F=（65）F=（E7）F=（7D）F=（ FF ）F=（ A5）F=（27 ）F=（ BD ）F=（ 3F ）F=（ 8A ）F=（ 0C ）F=（ A2 ）F=（ 24 ）F=（ CA ）F=（ 4C ）F=（ E2）F=（ 64 ）F=（66）F=（E8）F=（7E）F=（ 0 0）F=（ A6 ）F=（ 28 ）F=（ BE ）F=（ 40 ）F=（ 8B ）F=（ 0D ）F=（ A3 ）F=（ 25 ）F=（ CB ）F=（ 4D ）F=（ E3 ）F=（ 65 ）F=（9A）F=（18）F=（82）F=（ 00 ）F=（

10、 DA ）F=（ 58 ）F=（ C2 ）F=（ 40 ）F=（ BF ）F=（ 3D ）F=（ A7 ）F=（ 25 ）F=（ FF）F=（ 7D ）F=（ E7 ）F=（ 65 ）七、實驗結(jié)論表2中的實驗結(jié)果與按照表1的邏輯功能理論計算的結(jié)果相同，驗證運算功能發(fā)生器(74LSl81)的組合功能。這說明按照圖1設計的運算器是能夠完成我們要求的功能的，其設計是正確的。八、問題及討論1、檢驗 DR1 和 DR2 中存的數(shù)是否正確時，發(fā)現(xiàn)兩個寄存器都是同一個數(shù)。仔細想了一下，發(fā)現(xiàn)都是存入寄存器DR2的數(shù)A7H。于是判斷應該是因為向DR2打入數(shù)據(jù)時沒有把DR1的控制端LDDR1關閉，導致A7H在存入

11、DR2的同時也存入了DR1，覆蓋了原來的數(shù)65H。九、實驗心得通過本次試驗，我最大的心得就是做實驗前一定要明白實驗的原理，這樣才能夠在實驗中一步一步將實驗的結(jié)果與理論值的對照，當出現(xiàn)問題時才能夠有依據(jù)地進行判斷排錯。實驗中接線要有耐心，不要接錯、接反。經(jīng)過本次試驗我這次做的實驗還算是比較成功的,因為我掌握了算術邏輯運算器單元ALU（74LS181）的工作原理,并熟悉了怎樣輸入輸出數(shù)據(jù)和驗算由74LS181等組合邏輯電路的運算功能發(fā)生器運算功能等實驗步驟和要求.同時也在不知不覺中提高了動手能力和獨立分析思考問題、解決問題的能力。思考題：1.在運算器數(shù)據(jù)通路圖中，DR1，DR2連接到74LS181

12、是為什么要交叉？答：為了讓DR1中數(shù)據(jù)的高四位和DR2中數(shù)據(jù)的高四位輸入到同一塊74SL181中進行運算，與此同時讓DR1中數(shù)據(jù)的低四位和DR2中數(shù)據(jù)的低四位輸入到另一塊74SL181中進行運算；之后兩塊74SL181得到的數(shù)據(jù)就分別為高四位、第四位的和，到達總線的數(shù)據(jù)正好為DR1和DR2中數(shù)據(jù)進行運算后的結(jié)果！ 2.兩個4位74LS181是如何構成8位的ALU的？答：本實驗中兩片74LS181（每片4位）以串行方式構成字長為8為的運算器；如圖所示： 3.“+”和“加”的區(qū)別是什么？答：“+”只是一個字符，而“加”代表一種運算，即加法運算。4.數(shù)據(jù)輸入DR1，DR2時控制有何限制？ 答：要使數(shù)

13、據(jù)只輸入DR1中，則LDDR1必須置為高電平同時LDDR2要置為低電平，之后再給DR1來一個T4脈沖，讓總線上的數(shù)據(jù)進入DR1上。即要讓數(shù)據(jù)進入哪個數(shù)據(jù)緩沖寄存器就要開啟該寄存器，同時使其他寄存器處于關閉狀態(tài)。5.運算器是如何完成不同的功能的？怎么控制它？答：根據(jù)所要求的功能，寫出其邏輯表達式，之后根據(jù)邏輯表達式運用與門，或門，非門，異或，同或門等邏輯部件畫出電路圖，最后根據(jù)電路圖做出實際電路。74181ALU有兩種工作方式，對正邏輯操作來說，算術運算稱正邏輯操作，對于負邏輯操作數(shù)來說，正好相反。由于S0S3有16種狀態(tài)組合，因此對正邏輯輸入與輸出而言，有16種算術運算功能和16種邏輯算術功能

14、。分別可以通過控制S0S3和M的值來控制運算器的功能。實驗二 運算器實驗：進位控制實驗一、 實驗目的與要求：1驗證帶進位控制的運算器的組成結(jié)構。2驗證帶進位控制的運算器的功能。二、實驗設備 TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三、實驗原理 圖1 帶進位運算器通路圖進位控制運算器的實驗原理在實驗（1）的基礎上增加進位控制部分，其中181的進位進入一個74鎖存器，其寫入是又T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實驗時將T4連至“STATE UNIT”的微動開關KK2上，AR是電平控制信號（低電平有效），可用實現(xiàn)帶進位控制實驗，而T4脈沖是將本次運算的進位結(jié)果鎖存到進位鎖存器中。圖

15、所示為進位鎖存及其顯示電路。運算器最高位進位輸出Cn+4 連接到一個鎖存器（用74LS74 實現(xiàn)）的輸入端D,鎖存器控制端的控制信號AR 必須置為低電平，當T4 脈沖來到時，進位結(jié)果就被鎖存到進位鎖存器中了，發(fā)光二極管這時顯示為“滅”。同時也將本次的進位輸出結(jié)果帶進了下次的運算中，作為下次運算的進位輸入。四、實驗內(nèi)容通過輸入幾組不同的數(shù)據(jù)（一組產(chǎn)生進位，一組不產(chǎn)生進位），完成指定的運算，觀察進位標志和零標志燈的狀態(tài)，以及進位對ALU下一步操作的影響。五、實驗步驟1. 按照“進位控制實驗原理圖”，連接實驗電路。 2. 仔細查線無誤后，接通電源。3. 用二進制數(shù)碼開關向DR1和DR2寄存器置數(shù)，方

16、法同實驗一。4. 關閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW-B=1）,打開ALU輸出三態(tài)門（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，關閉寄存器打入控制門。 5. 對進位標志清零。實驗板上“SWITCH UNIT”單元中的CLR開關為標志CY、ZI的清零開關，它為零狀態(tài)時是清零狀態(tài)，所以將此開關做101操作，即可使標志位清零。 6. 注意：進位標志指示燈CY亮時表示進位標志為“0”，無進位；指示燈CY滅時表示進位標志為“1”，有進位。 7. 驗證帶進位運算及進位鎖存功能，使Cn=1，AR=0，進行帶進位算術運算。8. T4脈沖到來時，將本次運算的進位結(jié)果鎖存到進位鎖存器中。注意觀察進位標志顯示燈C

17、Y。 例如：做加法運算，首先向DR1、DR2置數(shù)，然后使ALU-B=0, S3、S2、S1、S0、M狀態(tài)為1、0、0、1、0，此時數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2加當前進位標志的和，但這時的進位狀態(tài)位還沒有打入鎖存器中，（它要靠T4節(jié)拍打入的）。這個結(jié)果是否產(chǎn)生進位，則要按動微動開關KK2，若進位標志燈亮，表示無進位；反之，有進位。因為做加法運算時數(shù)據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)是DR1+DR2+CY，所以當有進位輸入到進位鎖存器時，總線顯示的數(shù)據(jù)將為加上當前進位鎖存器中鎖存的進位的結(jié)果。六、實驗結(jié)果表2七、實驗結(jié)論表2中的實驗結(jié)果與按照表1的邏輯功能理論計算的結(jié)果相同，驗證帶進位控制的運算器的組成

18、結(jié)構，也驗證帶進位控制的運算器的功能。這說明按照圖1設計的運算器是能夠完成我們要求的功能的，其設計是正確的。八、實驗心得通過本次試驗，我最大的心得就是做實驗前一定要明白實驗的原理，這樣才能夠在實驗中一步一步將實驗的結(jié)果與理論值的對照，當出現(xiàn)問題時才能夠有依據(jù)地進行判斷排錯。實驗中接線要有耐心，不要接錯、接反。經(jīng)過本次試驗我這次做的實驗還算是比較成功的,同時也在不知不覺中提高了動手能力和獨立分析思考問題、解決問題的能力。實驗三 靜態(tài)隨機存儲器實驗一、實驗目的 掌握靜態(tài)隨機儲存器RAM的工作特性和數(shù)據(jù)的讀寫方法 二、實驗設備 TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一套，導線若干。 三、實驗原理

19、實驗所用的半導體靜態(tài)存儲器電路原理如圖1所示，實驗中的靜態(tài)存儲器由一片6116(2K×8)構成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址線由地址鎖存器(74LS273)給出。地址燈ADOAD7與地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。數(shù)據(jù)開關經(jīng)三態(tài)門(74LS245)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-AO，而高三位A8A1O接地，所以其實際容量為256字節(jié)。6116有三個控制線：CE(片選線)、0E(讀線)、WE(寫線)。當片選有效(CE=O)時，OE=O時進行讀操作，WE=0時進行寫操作。本實驗中將0E常接地，因此6116的引腳信號WE=1時進行讀操作， WE=

20、0時進行寫操作。 在此情況下，要對存儲器進行讀操作，必須設置控制端CE=O、WE=O，同時有T3脈沖到來，要對存儲器進行寫操作，必須設置控制端CE=O、WE=1，同時有T3脈沖到來，其讀寫時間與T3脈沖寬度一致。 實驗時將T3脈沖接至實驗板上時序電路模塊的TS3相應插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其它電平控制信號由“SWITCH UNIT”單元的二進制開關模擬，其中SW-B為低電平有效，LDAR為高電平有效。 四、實驗內(nèi)容 1. 向存儲器中指定的地址單元輸入數(shù)據(jù),地址先輸入AR寄存器，在地址燈上顯示;再將數(shù)據(jù)送入總線后，存到指定的存儲單元，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管顯示。 2. 從存儲器中指定的地址

21、單元讀出數(shù)據(jù), 地址先輸入AR寄存器,在地址燈顯示; 讀出的數(shù)據(jù)送入總線, 通過數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管顯示。 五、實驗步驟圖2 存儲器實驗接線圖（1） 按圖2連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源（2） 將時序電路模塊中的和H23排針相連。 將時序電路模塊中的二進制開關“STOP”設置為“RUN”狀態(tài)、將“STEP”設置為"STEP"狀態(tài)。 注意:關于stop和step的說明: 將“STOP”開關置為“Run"狀態(tài)、“STEP”開關置為“EXEC”狀態(tài)時，按動微動開關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輸出實驗要求的脈沖信

22、號。當“STOP”開關置為“RUN”狀態(tài)、“STEP”開關置為"STEP"狀態(tài)時，每按動一次微動開關START，則T3輸出一個單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。（3） 向存儲器指定的地址送入數(shù)據(jù)，如:向00單元中輸入11, 步驟如下: 向地址寄存器AR中輸入地址00的流程如下：1）操作步驟是，設置：a、SW-B=1； b、從輸入開關輸入00000000； c、打開輸入三態(tài)門：SW-B=0； d、將地址打入地址鎖存器中：LDAR=1,按START發(fā)T3脈沖。 2）觀察地址燈的變化。 輸入要存放的數(shù)據(jù)11的流程如下：）操作步驟是，設置：a、SW-B=1； b、從輸入開關輸入00

23、010001； c、打開輸入三態(tài)門：SW-B=0； d、關閉地址寄存器：LDAR=0； e、將數(shù)據(jù)寫入存儲單元：CE=0，WE=1,按START發(fā)T3脈沖； f、輸入數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示：LED-B=0，發(fā)W/R脈沖2）觀察數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管的變化。 按照的步驟繼續(xù)向下面的幾個地址中輸入下述數(shù)據(jù):(4) 從存儲器指定的地址中讀出數(shù)據(jù). 如從00中讀出的流程如下：1）操作步驟是，設置：a、SW-B=1； b、 禁止存儲器讀寫CE=1； c、從輸入開關輸入00000000； d、打開輸入三態(tài)門：SW-B=0； e、將地址打入地址鎖存器中：LDAR=1,按START發(fā)T3脈沖。 f、關閉輸入三態(tài)門

24、：SW-B=0； g、關閉地址寄存器：LDAR=0； h、從存儲器中讀出數(shù)據(jù)：CE=0，WE=0； i、數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示：LED-B=0，發(fā)W/R脈沖。 2）同樣從其它4個地址: 01 ,02 ,03 , 04中讀出數(shù)據(jù)，觀察地址顯示燈, 數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管的變化，并檢查是否和輸入的數(shù)據(jù)一致。六、實驗結(jié)果 步驟3向存儲器指定的地址輸入數(shù)據(jù)結(jié)果：步驟四中，地址顯示燈, 數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管的變化，和輸入的數(shù)據(jù)一致。 七、小結(jié) 通過這次實驗，較好的掌握了靜態(tài)存儲器的工作特性及使用方法。掌握了半導體隨機存儲器如何存儲數(shù)據(jù)及讀出數(shù)據(jù)。從此次實驗中懂得了在實驗接線時要細心。在操作過程中，若出現(xiàn)問

25、題應能在最短時間內(nèi)檢查出問題，從而使實驗過程更順利。實驗四 數(shù)據(jù)傳送實驗一、實驗目的1.理解總線的概念及其特性：三態(tài)控制，單向雙向傳送等。 2.掌握總線傳輸控制特性。 二、實驗設備TDNCM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干 三、實驗原理總線是多個系統(tǒng)部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構成計算機系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計算機在系統(tǒng)各部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，總線就是指能為多個功能部件服務的一組公用信息線。 本實驗所用總線傳輸實驗框圖如圖3-1所示，需要用排線連接，使幾種不同的設備掛至總線上，有存儲器、輸入設備、輸出設備、寄存器。這些設備都需要有三態(tài)輸出控制，按

26、照傳輸要求恰當有序地控制它們，就可實線總線信息的傳輸。圖1 總線傳送實驗框圖四、實驗內(nèi)容1.輸入設備將一個數(shù)打入RO寄存器。2.輸入設備將另一個數(shù)（存儲器地址）打入地址寄存器AR。3.將RO寄存器中的數(shù)寫入到地址寄存器制定的存儲器地址單元中。4.將存儲器制定地址單元中的讀書出用LED數(shù)碼管五、實驗步驟(1)、按下圖連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。圖2 數(shù)據(jù)傳送接線圖(2)、設置初始狀態(tài)：(3)、從輸入開關向RO中輸入數(shù)據(jù)63H，設置;(4)、從輸入開關將存儲器地址20H輸入AR中:(5)、將RO中的數(shù)據(jù)63H讀出，送入到AR指定的存儲器單元20H中，設置:(6)、將AR中指定的RAM地址

27、單元20H中的數(shù)據(jù)63H讀出，送入到數(shù)碼顯示管中顯示，設置:(7)、按同樣的方式重復步驟(3)(7)，輸入數(shù)據(jù)64到存儲蓄單元21中。(8)、檢查數(shù)據(jù)是否寫入到指定的存儲單元中，步驟如下:六、實驗結(jié)果1、輸入過程：2、檢驗結(jié)果：數(shù)碼顯示管與總線數(shù)據(jù)燈顯示一致，實驗結(jié)果和預期結(jié)果一樣。七、實驗小結(jié)1、由于一開始沒有認清存儲器W/R與輸出設備W/R，導致實驗出錯，后來經(jīng)過仔細的對比、調(diào)整，最后順利的完成了數(shù)據(jù)傳送實驗。2、通過這次試驗，掌握了總線傳輸控制特性，理解總線的概念。實驗五 微控制器實驗一、實驗目的(1)掌握時序發(fā)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、

28、觀察微程序的運行情況。二、實驗設備 TDN-CM+計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一套，導線若干。 三、實驗原理 控制器的功能是產(chǎn)生執(zhí)行指令所需的控制信號，但指令執(zhí)行時所需的控制信號是依賴于具體計算機的數(shù)據(jù)通路的。本實驗所用模型機的數(shù)據(jù)通路如圖5-1所示。即指令執(zhí)行時需產(chǎn)生標注的控制信號。圖1 數(shù)據(jù)通路結(jié)構框圖1、 微程序控制器的工作原理：微程序控制的計算機的工作原理是：計算機所識別的全部指令都是通過執(zhí)行相應的微程序來完成的。因此應將機器能識別的所有指令編成對應的微程序，寫入控制存取器中，以后在執(zhí)行用戶程序的過程中，每次先從內(nèi)存儲器中取出一條機器指令，其解釋執(zhí)行過程都是從控制存儲器中讀出相應的微程序

29、，執(zhí)行每條微指令的過程。本實驗實現(xiàn)的模型機共包含五條機器指令：IN(輸入)、ADD（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）：助記符機器指令碼說明IN 00000000“INPUT DEVICE”中的開關狀態(tài)>ROADD addr00010000 XXXXXXXXRO+addr>ROSTA addr00100000 XXXXXXXXRO>addrOUT addr00110000 XXXXXXXXaddr>LEDJMP addr01000000 XXXXXXXXaddr>PC 其中IN為單字長（8位），其余為雙字

30、長指令，XXXXXXXX為addr的對應的二進制地址碼。下圖是上述幾條機器指令對應的參考微程序流程流程：圖2 微程序流程圖SWBSWA控制臺指令00讀內(nèi)存（KRD）01寫內(nèi)存（KWE）11啟動程序（PR）控制臺操作微程序流程圖如下：圖3 控制臺操作微程序流程圖在編制微程序之前，必須確定微指令的格式。在實驗中使用的模型機的指令格式如下給定，長度共24位。其中UA5UA0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位。其含義如下：A字段B字段C字段151413選擇121110選擇987選擇000000000001LDRi001RS-B001P(1)010LDDR1010R

31、D-B010P(2)011LDDR2011RI-B011P(3)100LDIR100299-B100P(4)101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110PC-B110LDPC 當每條機器指令對應的微程序全部設計完畢后，應將全部微程序按指令格式變成二進制代碼，如下： 其中，微地址表示控制器中存放該微指令的地址。最后就可以將這些內(nèi)容輸入到控制器中。2、微程序控制電路 微程序控制器的組成見圖3-2，其中控制存儲器采用3片2816的E2PROM，具有掉電保護功能，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（

32、74）組成，它們帶有清“0”端和預置端。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T4時刻進行測試判別時轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發(fā)器置為“1”狀態(tài)，完成地址修改。 在該實驗電路中設有一個編程開關（位于實驗板右上方），它具有三種狀態(tài)：PROM（編程）、READ（校驗）、RUN（運行）。當處于“編程狀態(tài)”時，學生可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進制代碼寫入到控制存儲器2816中。當處于“校驗狀態(tài)”時，可以對寫入控制存儲器中的二進制代碼進行驗證，從而可以判斷寫入的二進制代碼是否正確。當處于“運行狀態(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。四實驗內(nèi)容1.將微程序輸入到控制器中并校驗；2.單步運行、連續(xù)運行，觀察微程序控制器的工作原理；五、實驗步驟1、 按下圖接線：2、 將微程序輸入控制存儲器中將編程