計算機組成原理實驗指導書正文

1、第一章 Dais-CMH+ 系統(tǒng)概述1.1系統(tǒng)簡介Dais-CMH+ 計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)是啟東達愛思計算機有限公司沿用國際流行的EPLD(CPLD)大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷脑O(shè)計、研制的新一代適合于計算機組成原理教學的智能型實驗裝置，系統(tǒng)采用內(nèi)、外總線結(jié)構(gòu)，按開放式的要求設(shè)計了各關(guān)聯(lián)的單元實驗電路，除進一步規(guī)范了可組成的原理計算機結(jié)構(gòu)外，也為開放式實驗教學提供了充足的軟硬件可設(shè)計空間，在實驗電路構(gòu)造方面，系統(tǒng)提供了多種手段，可按部件層次組合方式逐次構(gòu)造不同結(jié)構(gòu)和復雜程度的部件實驗電路及模型計算機，可以通過多種“原理計算機”的設(shè)計和實現(xiàn)方法靈活全面地支持“計算機組成原理”課程的實驗教學，滿

2、足不同層次和不同教學環(huán)節(jié)的要求，是完全符合教學規(guī)律及開放式實驗教學方法的高檔次實驗設(shè)備。Dais-CMH+ 創(chuàng)造了按鍵式操作環(huán)境， 實驗方式靈活多樣。在系統(tǒng)監(jiān)控程序的管理下向用戶提供“L”（單元手動）、“H”（單元自動）、“M”（模型機）三種工作方式；并配有Windows & DOS雙操作平臺的動態(tài)跟蹤調(diào)試軟件包，具有極佳的示教效果。1.2系統(tǒng)特點 開放式的實驗電路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)支持三種實驗電路構(gòu)造方式，即實驗元件零連線方式、單元電路跨接方式和實驗電路“軟連線”方式。對于實驗元件零連線方式，可采用雙頭實驗導線及4芯、8芯排線和8芯扁平線從零開始在擴展區(qū)上逐一搭起一個實驗電路；對于各單元電路，

3、只需使用雙頭實驗導線及8芯扁平線作簡單的跨接，就可構(gòu)造出（即使是較復雜的）實驗電路；同時，也可使用可編程邏輯器件在線設(shè)計下載實驗電路，實現(xiàn)實驗電路“軟接線”。用戶可以根據(jù)實驗教學的需要，自由選擇、靈活組態(tài)，單獨使用一種方式或幾種方式結(jié)合使用，從而做到“搭接過的實驗線路不再重搭”，徹底改變傳統(tǒng)的實驗教學模式，使教學雙方可把實驗教學的重點放在實驗設(shè)計、調(diào)試和分析上。由于采用箭頭示意式跨接方式，縮短了硬件接線時間，而不減少接線內(nèi)容，因而獲得極佳的實驗效果。 按鍵式操作環(huán)境,實驗方式靈活多樣系統(tǒng)提供4×8鍵盤，8位LED顯示，向用戶提供三種工作方式。(一)單元手動實驗 “L” 通過撥動開關(guān)及

4、發(fā)光二極管以二進制數(shù)碼形式進行手動單元實驗。(二)單元鍵盤實驗 “H” 以鍵盤、LED顯示作為操作平臺，用十六進制數(shù)碼形式進行按鍵式單元實驗。(三)模型機實驗“M”通過鍵盤及LED顯示可直接輸入或裝載用戶模型機程序（機器程序和微控制程序），系統(tǒng)具備單步一條微指令、單步一條機器指令、連續(xù)運行程序等常規(guī)調(diào)試命令，能動態(tài)跟蹤數(shù)據(jù)流向、捕捉各種控制信息、100%展現(xiàn)模型機現(xiàn)場，有無限止暫停等智能化調(diào)試途徑，設(shè)置靈活、操作方便、進一步優(yōu)化了模型機的實驗環(huán)境，使其組成原理一目了然。 配備Windows & DOS雙操作平臺的集成調(diào)試軟件包系統(tǒng)通過RS-232-C串行通訊接口與PC機聯(lián)接，借助PC資

5、源形成了強大的在線文擋與圖形的動態(tài)管理系統(tǒng)，支持機器代碼和與其對應微控制程序的混合編輯，一次點擊即可完成程序和與其對應微程序的鏈接裝載并自動彈出調(diào)試窗口，在視圖欄中開辟了程序和與其對應微程序的調(diào)試、模型機示意圖、寄存器代碼空間、微代碼空間、邏輯示波器等跟蹤顯示窗口，供用戶選擇，可動態(tài)顯示數(shù)據(jù)流向、實時捕捉數(shù)據(jù)、地址、控制總線的各種信息，使調(diào)試過程極為生動形象。 選用RAM器件營造一個靈活可變的微程序控制空間RAM是一種具刷新功能的靜態(tài)存貯器，因此可根據(jù)實驗需要隨機裝載不同類型的模型機控制程序。 可重定義的運算器結(jié)構(gòu)及微指令格式系統(tǒng)中運算器結(jié)構(gòu)、微控制器的指令格式均可由用戶根據(jù)自身教學需要靈活設(shè)

6、計、自行定義。 具2路邏輯測試通道 適用于實驗中邏輯信號的觀測，能夠動態(tài)的跟蹤實驗現(xiàn)場，記錄外部事件。 信號測試功能適用于各種高、低電平信號及脈沖信號的測試。 可調(diào)式脈沖源系統(tǒng)提供窄、寬脈沖兩種時鐘信號，配脈寬調(diào)節(jié)器，可根據(jù)實驗需要調(diào)整當前脈沖寬度。 單脈沖系統(tǒng)配有T1、T2、T3、T4四個單脈沖按鈕，在單元實驗時可結(jié)合時序手動加載單脈沖信號，產(chǎn)生實驗所需的時序信號。 時序啟停系統(tǒng)配有時序啟停按鈕，通過時序電路的啟停了解運行時的時序電路過程。 鎖緊式通用型擴展區(qū)(僅Dais-CMH+ 提供此單元)在做擴展實驗時可擴展40芯以內(nèi)所有I/O接口芯片。 下載式PLD擴展區(qū)(僅Dais-CMH+ 提供

7、此單元)系統(tǒng)以擴展方式提供了PLD實驗單元，在ispEXPERT/Synario設(shè)計軟件的支持下，可對PLD器件進行在線編程和下載，完成芯片的功能設(shè)計，實現(xiàn)實驗線路“軟連線”方式。設(shè)計者可以靈活定義芯片的內(nèi)部邏輯與管腳，增強了實驗設(shè)計的靈活性，提高了實驗效率。 部件跟蹤顯示器系統(tǒng)提供14組部件單元顯示器，在實驗中以十六進制方式靜態(tài)跟蹤顯示每個部件的狀態(tài)。 實驗連線診斷軟件可檢測實驗連線的正確性，提示錯誤連接的區(qū)域和位置，為實驗連接的排錯提供了方便。 選用高性能開關(guān)電源系統(tǒng)選用高性能開關(guān)電源，具過流、過壓、短路保護、靜電隔離等功能。1.3系統(tǒng)構(gòu)成Dais-CMH+ 硬件內(nèi)容如表1-1所示，系統(tǒng)硬

8、件結(jié)構(gòu)如圖1-1所示：表1-1 Dais-CMH+ 硬件內(nèi)容電路名稱主要電路內(nèi)容運算器單元(ALU UNIT)運算器、進位控制器、移位寄存器、寄存器堆、內(nèi)部總線計數(shù)器與地址寄存器單元(ADDRESS UNIT)地址寄存器、程序地址計數(shù)器微控器單元(MICRO CONTROLLER UNIT)指令寄存器、指令擇碼器、微代碼控制寄存器及其26位二進制控制模擬開關(guān)、邏輯譯碼單元、時序電路、啟停電路、單脈沖電路、脈沖源、中斷控制主存單元(MAIN MEM)SRAM6116輸入設(shè)備、輸出設(shè)備(INPUT DEVICE & OUTPT DEVICE)開關(guān)、顯示燈、8位LED顯示、16個數(shù)字鍵、16

9、個命令鍵,每個部件都有雙位顯示器邏輯信號測量單元2路邏輯信號PC示波器、信號測試單片機控制單元(PC UNIT)控制單片機、MACH、RS-232-C串口等電源高性能開關(guān)電源、輸出為+5V/3A通用實驗單元(擴展實驗)*2個IC-40/28芯通用型鎖緊式擴展插座PLD單元(擴展實驗)*2個PLCC擴展方插座注:帶“*”的項目為Dais-CMH+ 的擴展實驗單元,而Dais-CMH則不提供此單元。圖1-1 Dais-CMH+ 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)1.4系統(tǒng)主要實驗項目 運算器組成實驗算術(shù)邏輯運算實驗；進位控制實驗；移位運算實驗 移位寄存器實驗 堆棧寄存器實驗 寄存器判零實驗 緩沖輸入/鎖存輸出實驗 存儲

10、器和總線實驗 微程序控制單元實驗 指令部件模塊實驗 時序與啟停實驗 基本模型機設(shè)計與實現(xiàn) 帶移位運算的模型機的設(shè)計與實現(xiàn) 復雜模型機實驗 中斷源在模型機中的設(shè)計與實現(xiàn) 可重構(gòu)原理計算機組成實驗運算器部件實驗；指令譯碼實驗 擴展8255并行口實驗 PLD應用實驗1.5與眾不同的獨特之處 操作剔除了煩瑣的狀態(tài)選擇開關(guān)，用軟件設(shè)定法創(chuàng)造了一個按鍵式操作系統(tǒng)，為實驗者提供了一個智能型的實驗環(huán)境。 連線采用箭頭式提示連接法，引導學生正確連接構(gòu)成計算機組成原理所必需的關(guān)聯(lián)性電路，加快了連線速度，提高了實驗效率，避免了實驗連線過程中的盲目與誤連。 指令構(gòu)造支持計算機組成必不可少的中斷、調(diào)用、返回等操作，涉及

11、的指令如下：= 助記符 注釋- CALL XXH ;調(diào)用 RET ;返回 EI ;開中斷 DI ;關(guān)中斷 DJNZ R0,addr ;R0減1，不為零轉(zhuǎn)向addr CJNE R0,#data,addr ;比較指令，R0與立即數(shù)data比較，不相等轉(zhuǎn)addr= 帶部件跟蹤顯示系統(tǒng)對計算機組成的每一個部件單元都配有靜態(tài)顯示器，以十六進制方式跟蹤顯示實驗過程中的部件狀態(tài)，進一步優(yōu)化了模型機的實驗環(huán)境，使其組成原理一目了然，獲得極性的實驗效果。 鎖緊式擴展單元系統(tǒng)以鎖緊式通用插座擴展實驗區(qū)，適用于雙列直插式40腳以內(nèi)的接口芯片的實驗擴展，并且選用鍍金孔和排針兩種跨接方式供學生有選擇地進行外部擴展連接，

12、大大提高了實驗連接的可靠性，為擴展實驗的穩(wěn)定運行奠定了基礎(chǔ)。第二章 Dais-CMH+ 系統(tǒng)的配置與安裝2.1系統(tǒng)配置Dais-CMH+ 出廠配置如表2-1所示：表2-1 Dais-CMH+ 系統(tǒng)主要硬件配置項目內(nèi)容數(shù)量項目內(nèi)容數(shù)量運算器74LS1812鍵盤顯示TP801鍵盤32移位器74LS2991LT547顯示8指令存貯器61161輸入設(shè)備74LS2451累加器74LS2731數(shù)據(jù)開關(guān)8輔助寄存器74LS2731輸出設(shè)備74LS2731通用寄存器74LS3744發(fā)光二極管8指令寄存器74LS2731邏輯控制開關(guān)二進制開關(guān)26程序計數(shù)器74LS1632狀態(tài)顯示燈發(fā)光二極管26微程序控制存儲器

13、61164邏輯控制器件GAL16V8/20V832微指令寄存器74LS2732并行接口8255174LS1751單片機89C521微地址寄存器74LS743系統(tǒng)控制器MACH1281時序發(fā)生器74LS1751串行通信接口RS232C174LS7419芯插座174LS201通信電纜9芯RS-232-C1時序啟停單元74LS002配套光盤集成實驗環(huán)境1啟/停按鈕2電源+5V輸出1單次脈沖74LS002部件顯示器LC4021(雙位)1474LS321信號測試74LS1231脈沖信號源74LS3931LM319174LS1231擴展單元*IC鎖緊式插座2NE5551PLCC方插座2注:帶“*”的項目為

14、Dais-CMH+ 的擴展實驗單元,而Dais-CMH則不提供此單元。2.2系統(tǒng)聯(lián)機 用隨機提供的RS-232-C通信電纜將PC微機的串行口與Dais-CMH+ 實驗系統(tǒng)的串行口連接起來，如圖2-1所示。圖2-1 Dais-CMH+ 系統(tǒng)與PC微機聯(lián)機示意圖 Dais-CMH+ 系統(tǒng)聯(lián)機操作軟件的安裝及使用請參閱本手冊第五章。2.3關(guān)于Dais-CMH的說明Dais-CMH是Dais-CMH+ 的基礎(chǔ)型產(chǎn)品，它擁有與CMH+ 完全一致的操作環(huán)境，在部件組成、指令構(gòu)造、實驗途徑、測試手段、示教方法及軟硬件可設(shè)計方面與CMH+ 完全兼容，但它省缺PLD與I/O兩個擴展單元，可拓展性略欠一籌，對于本

15、實驗指導書的第七章實驗十四至實驗十六所列舉的項目與內(nèi)容無法實現(xiàn)。第三章 Dais-CMH+ 系統(tǒng)硬件環(huán)境3.1系統(tǒng)實驗單元電路 運算器單元(ALU UNIT)“ 運算單元”由以下部分構(gòu)成：兩片74LS181構(gòu)成了并/串型8位ALU：兩個8位寄存器DR1和DR2作為暫存工作寄存器，保存參數(shù)或中間運算結(jié)果；ALU的輸出由三態(tài)74LS245通過8芯扁平線連接到數(shù)據(jù)總線上，一片8位的移位寄存器74LS299通過8芯扁平線連接到數(shù)據(jù)總線上，由GAL和74LS74鎖存器組成進位標志控制電路和判零標志控制電路、進位標志和判零標志指示燈。其電路構(gòu)成如圖3-1(a,b,c)所示，圖中虛線框內(nèi)的線已在線路板上連好

16、，虛線框為雙排8芯總線輸入/輸出接口，在實驗平臺的絲印層標有數(shù)據(jù)流向。圖3-1(a) 運算器單元電路圖3-1(b) 進位及判零標志控制電路圖3-1(c) 移位控制電路 寄存器組單元(REG UNIT)“ 寄存器組”由3片8位字長的74LS374組成R0、R1、R2寄存器，用來保存操作數(shù)及中間運算結(jié)果等。3個寄存器的輸入/輸出接口通過2雙排8芯接口與BUS總線連接。如圖3-2所示。圖3-2 寄存器堆單元電路 程序計數(shù)器單元(PC)“ 程序指針”由2片74LS163構(gòu)成，作為8位PC程序計數(shù)器數(shù)據(jù)通路用一8芯扁平接口與BUS總線相連，如圖3-3所示。圖3-3 程序計數(shù)器單元 地址寄存器單元(ADD

17、RESS UNIT)“ 地址總線”由地址鎖存器(74LS273)給出，該鎖存器的輸入/輸出通過8芯扁平線分別連至數(shù)據(jù)總線接口和存儲器地址接口。地址顯示單元顯示AD0AD7的內(nèi)容。其電路原理如圖3-4所示。圖3-4 地址寄存器單元 指令寄存器單元(INS UNIT)“ 指令寄存器”由1片74LS273構(gòu)成，其8位輸入端與BUS總線之間實驗裝置已作連接，其輸出端用一8芯扁平線與微地址單元SE5SE0接口連接。其電路構(gòu)成如圖3-5所示。圖3-5 指令寄存器單元電路 時序啟停單元(STATE UNIT)“ 時序啟?！眴卧?1/2 片74LS74、1片74LS175及6個二輸入與門、2個二輸入與非門和

18、3個反向器構(gòu)成。可產(chǎn)生4個等間隔的時序節(jié)拍信號T1T4，其中“時鐘”信號由“ 脈沖源”提供。為了便于控制程序的運行，時序電路發(fā)生器也設(shè)置了一個啟?？刂朴|發(fā)器CR，使T1T4信號輸出可控。圖3-6(a)中啟停電路由 1/2 片74LS74、74LS00及1個二輸入與門構(gòu)成?！斑\行方式”和“停機”控制位分別由管理CPU(89C52)的兩個P I/O口控制。圖3-6(a) 時序啟停單元電路下面我們詳細介紹其中各部分電路： 單周期脈沖在實驗中【單步】命令鍵用來產(chǎn)生單周期四拍制脈沖信號；“啟動”由管理CPU產(chǎn)生，用89C52的P I/O口發(fā)出時序電路的啟停信號。 時序控制電路“單步”、“停機”及“啟動”

19、信號分別由管理CPU根據(jù)用戶鍵入的操作命令來設(shè)定與啟動。當用戶按【運行】命令鍵時，管理CPU令“運行方式”為"0"，并發(fā)出“啟動”信號，運行觸發(fā)器Cr一直處于"1"狀態(tài)，因而時序信號T1T4將周而復始的發(fā)送出去。若用戶按【單步】命令鍵時，管理CPU令“運行方式”為"1"，然后發(fā)出“啟動”信號，機器處于單步運行狀態(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，每次只產(chǎn)生一條微指令，因而可以觀察微指令的代碼與當前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當模型機連續(xù)運行時，如果用戶鍵入【宏單】暫停命令鍵，管理CPU置“停機”為"1&

20、quot;也會使機器停機。該電路采用一片74LS175、4D觸發(fā)器組成移位發(fā)生器，經(jīng)譯碼邏輯產(chǎn)生等間隔的時序信號T1、T2、T3、T4。鍵入啟?？刂泼?，運行觸發(fā)器Cr 控制，產(chǎn)生受控的全機工作所需的節(jié)拍脈沖信號T1T4。 可調(diào)式脈沖源“ 脈沖源”提供窄脈沖、寬脈沖2種時鐘信號，由W1、W2電位器分別調(diào)節(jié)其脈沖寬度。該脈沖信號為時序信號的時鐘輸入源。如圖3-6(b)。圖3-6(b) 脈沖源 微控器電路單元(MICRO-CONTROLLER UNIT)本系統(tǒng)的微控器單元主要由編程部分和核心微控器部分組成，其電路構(gòu)成如圖3-7所示。編程部分是系統(tǒng)在“M”或“H”狀態(tài)下通過鍵盤與LED顯示來完成將預

21、先定義好的、與機器指令相對應的微代碼程序?qū)懭氲?116控制存貯器中，操作方法參閱本指導書第四章。核心微控器主要完成接收機器指令譯碼器送來的代碼，使控制轉(zhuǎn)向相應機器指令對應的首條微代碼程序，對該條機器指令的功能進行解釋或執(zhí)行的過程。更具體講，就是通過接收CPU指令譯碼器發(fā)來的信號，找到本條機器指令對應的首條微代碼的微地址入口，再通過由CLK引入的時序節(jié)拍脈沖的控制，逐條讀出微代碼。實驗箱上微控器單元中的26位指示燈(M25M0)顯示的狀態(tài)即為讀出的微指令。然后，其中幾位再經(jīng)過譯碼，一并產(chǎn)生實驗箱所需的相應控制信號，將它們加到數(shù)據(jù)通路中相應的控制位，可對該條機器指令的功能進行解釋和執(zhí)行。指令解釋到

22、最后，再繼續(xù)接收下一條微代碼對應的微地址入口，這樣周而復始，即可實現(xiàn)機器指令程序的運行。核心微控器同樣是根據(jù)26位顯示燈所顯示的相應控制位，再經(jīng)部分譯碼產(chǎn)生的電平信號來實現(xiàn)機器指令程序順序、分支、循環(huán)運行的，所以有效地定義32位微代碼對系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要。在圖3-7所示的微控制單元電路中： 微地址顯示燈顯示的是后續(xù)微地址，而26位顯示燈顯示的是當前微單元的二進制控制位。 微控制代碼輸出鎖存器273(0-2)、175及后續(xù)微地址輸出鎖存器M7M2(74LS74)。 CK0、CK1、CK2、CK3為微控制器微代碼鎖存輸出控制位。 T2為后續(xù)微地址輸出鎖存控制位，在模型機運行狀態(tài)有效。 微控制程序存

23、貯器(6116)片選端CS0、CS1、CS2、CS3受控于管理CPU(89C52)。 微控制程序存貯器(6116)讀、寫端OE、WE均受控于管理CPU(89C52)。 SE5SE0是指令譯碼的輸入端，通過譯碼器確定相應機器指令的微代碼入口地址。 4片245在CPU管理下產(chǎn)生裝載微代碼程序所需的四路8位數(shù)據(jù)總線及低5位地址線。 管理CPU(89C52)及大規(guī)模可編程邏輯器件MACH128N是系統(tǒng)的指揮與控制中心。圖3-7微控制器原理圖 邏輯譯碼單元(LOG UNIT)本單元主要功能是根據(jù)機器指令及相應的微代碼進行譯碼使微程序轉(zhuǎn)入相應的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行，及3個工作寄

24、存器R0、R1、R2的選通譯碼，它們共由2片GAL構(gòu)成，其電路構(gòu)成如圖3-8所示：圖3-8(a) 基本模型機指令譯碼電路 圖3-8(b) 帶移位運算模型機及復雜模型機指令譯碼電路圖3-8(c) 邏輯譯碼單元 主存儲器單元(MAIN MEM)“ 內(nèi)存”單元用于存儲實驗中的機器指令，其電路原理如圖3-9所示。圖3-9 主存儲器單元 輸入設(shè)備單元(INPUT DEVICE)“ 緩沖輸入”單元以8個撥動開關(guān)作為輸入設(shè)備，其電路原理如圖3-10所示。圖3-10 輸入設(shè)備單元 輸出設(shè)備單元(OUTPUT DEVICE)“ 鎖存輸出”單元為輸出外設(shè)，輸出數(shù)據(jù)進入鎖存器后由8位發(fā)光二極管顯示其值，如圖3-11

25、所示。圖3-11 輸出設(shè)備單元 數(shù)據(jù)總線單元(DATA BUS)“ 數(shù)據(jù)總線”單元以數(shù)碼管和8位二進制顯示燈分別以十六進制和二進制方式顯示當前數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容，引出的D0D7可進行自行擴展實驗。其電路構(gòu)成如圖3-12所示。圖3-12 數(shù)據(jù)總線單元 控制信號發(fā)生單元“ 時序啟停”單元的T1、T2、T3、T4插孔為時序信號測試端，它們已和實驗單元中相應的時序信號控制端作內(nèi)部相連。在實驗中只需適當定義32位微代碼信號的含義，并將讀/寫控制位接入到WE上，就可為系統(tǒng)地址總線提供W/R信號。 地址總線單元(ADDRESS BUS)“ 地址總線”單元雙位數(shù)碼管以十六進制方式顯示當前地址總線的內(nèi)容，引出的A0

26、A7可進行自行擴展實驗。其電路構(gòu)成如圖3-13所示。圖3-13 地址總線單元 擴展單元(EX UNIT)此單元采用GAL16V8涵蓋139譯碼電路，其結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。當A9=0，A8=0時，選中Y0。Y0禁用。當A9=0，A8=1時，選中Y1。Y1在進行擴展時由實驗者選擇使用。當A9=1，A8=0時，選中Y2。Y2在進行擴展時由實驗者選擇使用。當A9=1，A8=1時，選中Y3。Y3由系統(tǒng)控制線LDED使用。其中：Y0、Y1、Y2、Y3均為低電平有效。圖3-14 I/O譯碼電路 邏輯信號測量單元(OSC UNIT)“ 示波器”單元提供雙通道PC邏輯示波器，用于測量數(shù)字信號波形，其構(gòu)成如圖3

27、-15所示。圖3-15 PC邏輯示波器單元 單片機控制單元(8052 UNIT)“ 監(jiān)控單元”為Dais-CMH+/CMH特有的單元，控制單元主要包括： 89C52以數(shù)據(jù)擴展方式來完成對系統(tǒng)的控制； 4片74LS245構(gòu)成32位微代碼的寫入（編程與裝載）、讀出（校驗）； P3.0、P3.1和RS232C構(gòu)成PC串行通信接口； P2.0P2.5通過一片74LS245隔離構(gòu)成6位微地址總線； P0口作為總線口，其它I/O口作為控制信號；圖3-16 單片機控制單元電路如圖3-16所示，由于系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)據(jù)通路控制信號隔離（將一些控制信號線用4片74LS245進行隔離），所以實現(xiàn)與PC微機聯(lián)機情況下，對

28、微代碼或機器指令程序編程、校驗、調(diào)試，亦可通過實驗裝置鍵盤與8位LED顯示直接裝載。 二進制開關(guān)單元(SWITCH UNIT)“ 二進制開關(guān)單元”的電路構(gòu)成如圖3-17所示（圖中為開關(guān)單元的其中一組），單元中的開關(guān)都可作為通用電路使用，二進制開關(guān)下方均有絲印字（用戶也可以自定義）。圖3-17 開關(guān)單元 PLD擴展單元(Dais-CMH無此單元)“ PLD擴展”單元由2片PLD芯片及PC編程接口組成，芯片的所有引腳均以“孔”式排針形式引出。2片ispLSI1016芯片可進行在線編程。編程時由專用下載電纜將PLD下載接口連接至PC機并行口，下載接口分別位于2個PLD芯片左右側(cè)。 I/O口擴展單元(

29、Dais-CMH無此單元)“ 擴展單元”和“ 擴展單元”由2個IC-40/28鎖緊式插座構(gòu)成，為系統(tǒng)和用戶自行擴展實驗所用，可擴展雙列直插式40芯以內(nèi)的所有I/O接口芯片。3.2系統(tǒng)電源Dais-CMH+/CMH采用高性能開關(guān)電源作為實驗裝置工作電源，其主要技術(shù)指標如下： 輸入交流電壓：AC 110V280V 輸出直流電壓：DC +5V/3A 輸出功率：30W 工作效率：>80% 電壓調(diào)正率：<0.2% 負載調(diào)正率：<0.5% 紋波系數(shù)： <0.5% 環(huán)境溫度：-10 +40 連續(xù)工作時間：>8小時3.3注意事頂 使用前后均應仔細檢查主機板，防止導線、元件等物品落

30、入裝置內(nèi)導致線路短路、元件損壞。 電源線應放置在機內(nèi)專用線盒中。 注意系統(tǒng)的日常維護，經(jīng)常清理灰塵和雜物。第四章 鍵盤與顯示系統(tǒng)的使用4.1 鍵盤簡介Dais-CMH+ 實驗系統(tǒng)配有一個4×8鍵盤（見下圖）、8位LED顯示，鍵的設(shè)置和命名以Dais系列接口實驗裝置的鍵盤為基礎(chǔ)，鍵盤的管理模式及顯示器的顯示規(guī)則以TB801B為基準，光標閃動、一鍵多用、設(shè)置靈活、使用方便，其操作平臺的智能化程度遠遠超越國內(nèi)同類產(chǎn)品，是目前國內(nèi)較為理想的按鍵式操作系統(tǒng)。4.1.1 鍵盤部分4.1.1.1 鍵盤示意圖IR7IN8OUT9uadARAM存貯PC計數(shù)ALU運算EXEC運行R24CN5AR6PCB

31、REG寄存IN輸入ua微址STOP宏單DR21R02R13BUSCLAST減址OUT輸出RD讀STEP單步DR10RAMF299EALUDNEXT增址mov裝載WR寫MON返回4.1.1.2 鍵盤功能簡介 在32個按鍵中，左邊16個數(shù)字鍵0F，用于輸入地址，數(shù)據(jù)或機器碼。寄存器、暫存器、狀態(tài)寄存器、PC地址、微地址等也用數(shù)字表示，其名稱在數(shù)字鍵右上角，詳見下表：名稱DR1DR2R0R1R2CNARIRINTOUTUAPCBUSALU299BRAM代號0123456789ABCDEF 右邊十六個功能鍵，這16個功能鍵的定義及作用分別是：存貯進入程序存諸器讀寫寄存進入寄存器讀寫減址地址減1（讀上一

32、個字節(jié)）增址設(shè)置工作模式地址加1（讀下一個字節(jié)）計數(shù)PC計數(shù)輸入8位置數(shù)開關(guān)緩沖輸入輸出8位數(shù)據(jù)鎖存輸出裝載微程序裝載運算運算器緩沖輸入微址微地址測試讀微程序存諸器讀及緩沖輸入單元讀寫B(tài)US總線鎖存輸出運行全速運行PC程序宏單執(zhí)行一條程序指令暫停單步執(zhí)行一條微指令返回退出當前操作返回初始待令狀態(tài)4.2 鍵盤控制程序簡介4.2.1 鍵盤監(jiān)控工作狀態(tài)用戶可以通過其32個鍵向本系統(tǒng)發(fā)出各種操作命令，大多數(shù)鍵有2個以上功能，而沒有上下檔鍵之分，實驗系統(tǒng)到底進行什么操作，不僅與按什么鍵有關(guān)，也與當前實驗系統(tǒng)所處的工作狀態(tài)有關(guān)?！肮ぷ鳡顟B(tài)”在操作中是一個重要的概念，下面作有關(guān)介紹。4.2.2. 初始待令狀

33、態(tài)在初始待令狀態(tài)8位LED顯示器顯示：其中高3位是Dais-CMH+/CMH的型號縮寫、自左向右第4位顯示系統(tǒng)當前工作模式、第5位為光標閃動位，顯示提示符“P.”，表示實驗系統(tǒng)處于初始待令狀態(tài)。（一）建立初始狀態(tài)的途徑： 實驗系統(tǒng)接通電源后自動進入初始待命狀態(tài)，光標閃動位顯示提示符“P.”； 按動位于實驗系統(tǒng)右中側(cè)的紅色復位按鈕，強迫系統(tǒng)退出當前操作無條件地返回初始待令狀態(tài)，光標閃動位顯示提示符“P.”。 在大多數(shù)情況下按【返回】命令鍵，也可以使本機進入初始待命狀態(tài)。（二）在初始待命狀態(tài)可以進行的操作： 按任一數(shù)字鍵，進入待命狀態(tài)0，并顯示該鍵入數(shù)； 按【增址】命令鍵，設(shè)定系統(tǒng)當前的工作模式，

34、自左向右第4位顯示的提示符由原"M"變?yōu)?quot;L"（手動模式）、或由原"L"變?yōu)?quot;H"（按鍵模式）、或由原"H"變?yōu)?quot;M"（自動式）；按【連續(xù)】命令鍵，在"L"模式下是啟動產(chǎn)生周而復始的時序信號；在"H"或"M"模式則是從0地址開始以連續(xù)方式運行模型機程序。 按【單步】命令鍵，在"L"模式下是啟動產(chǎn)生一個機器周期的時序信號；在"H"或"M"模式是從0地址開始運行

35、一條微指令； 按【宏單】命令鍵，在連續(xù)運行狀態(tài)時執(zhí)行的是暫停功能；在待令狀態(tài)且當前為"H" 或"M"模式執(zhí)行的是從0地址開始運行一條機器指令； 按【存貯】、【寄存】、【計數(shù)】、【運算】、【微址】等命命鍵，分別從0地址開始按命令鍵所定義的目標進入讀寫操作狀態(tài)。 按【運算】、【輸入】、【輸出】等命令鍵，分別按命令鍵所定義的目標進行讀（輸入）、寫（輸出）操作。4.2.3. 待命狀態(tài) 0在本狀態(tài)下，LED顯示器自左向右第5、6位顯示16進制數(shù)0F，數(shù)字之間沒有間隔。光標閃動位在顯示器第5、6位交替，系統(tǒng)接收用戶鍵入的16進制地址（8位）；在初始待命狀態(tài)按數(shù)字鍵本

36、機便進入待命狀態(tài)0。在待命狀態(tài)0可進入的操作有： 按【存貯】、【寄存】、【計數(shù)】、【運算】、【微址】等命令鍵，系統(tǒng)以自左向右第5、6位顯示的內(nèi)容作為起始地址進入與命令鍵定義相對應的目標空間的讀寫操作狀態(tài)。 按【單步】、【連續(xù)】、【宏單】（暫停）等命令鍵，系統(tǒng)以自左向右第5、6位顯示的內(nèi)容作為起始地址進入與命令鍵定義相對應的運行操作。 按【裝載】命令鍵，系統(tǒng)以自左向右第5位顯示的內(nèi)容作為序號裝載與其對應的模機微控制代碼程序，裝載完畢自動返回初始待命狀態(tài)。 按【返回】命令鍵，系統(tǒng)退出當前操作，返回初始待命狀態(tài)。4.3 鍵盤監(jiān)控程序的特點 一鍵多用，減少鍵數(shù)，增強功能。 閃動的光標提示，指出應做什么

37、操作，操作位置在哪里。 除復位鍵以外，大多數(shù)鍵有自動連續(xù)功能，持續(xù)按鍵1秒以上，就會產(chǎn)生連續(xù)按鍵的效果，達到快速掃描、檢查，簡化了操作，節(jié)省了時間。 省零功能，數(shù)字后的0可省略。減少了按鍵次數(shù)。 鍵盤監(jiān)控沒有換檔鍵，鍵的功能取決于實驗系統(tǒng)所處的狀態(tài)。各個鍵的功能同實驗系統(tǒng)狀態(tài)聯(lián)系在一起，免去了記憶上、下檔的麻煩。實驗系統(tǒng)的狀態(tài)從顯示方式中判斷，不會引起混亂。4.4 鍵盤監(jiān)控程序操作說明4.4.1 復位命令RESET按鈕在任何時刻按復位按鈕RESET，都會迫使實驗系統(tǒng)無條件的接受硬件復位，清除模型機及相關(guān)單元電路現(xiàn)場，進入初始待命狀態(tài)，光標閃動位顯示提示符“P.”。必須指出這一命令的使用是以清除

38、實驗現(xiàn)場為前提的，因此僅當出現(xiàn)下列情況才予使用。 對帶有CLR清零端的部件需要重新進行初始化時。 在按動【返回】命令鍵無法終止當前操作返回初始待命狀態(tài)時。 顯示混亂、鍵盤失控、系統(tǒng)無法正常使用時。4.4.2 返回初始待命狀態(tài)MON【返回】命令鍵按MON，系統(tǒng)自動終止當前操作返回初始待命狀態(tài)。通常用MON鍵進行以下操作： 清除已送入顯示器的數(shù)字； 退出當前操作。例如退出存儲器、寄存器讀寫狀態(tài)、單步運行等其它操作狀態(tài)； 按MON鍵，不會影響模型機及相關(guān)單元電路現(xiàn)場4.4.3 設(shè)置當前工作模式命令NEXT【增址】命令鍵在初始待命狀態(tài)，【增址】鍵執(zhí)行的是當前工作模式設(shè)置命令，本實驗裝置確定了三種工作模

39、式供使用者選擇，它們的提示符分別為"L"、"H"、"M"，采用環(huán)繞法由用戶加予確認，每按一次【增址】命令鍵，自左向右第四位的提示符由原"M"變?yōu)?quot;L"、或由原"L"變?yōu)?quot;H"、或由原"H"變?yōu)?quot;M"，操作時請認正當前閃動的提示符所代表的模式即可。詳見下表：特征碼所代表的工作模式L 手動操作 適用于單元實驗H 自動操作 適用于單元實驗及模型機調(diào)試n 動態(tài)跟蹤操作 適用于模型機動態(tài)調(diào)試4.4.4 程序存貯器讀寫命令【存貯

40、】、【增址】、【減址】命令鍵這一組命令是用來檢查（讀出）或更改（寫入）程序存貯器單元，通過這些命令向?qū)嶒炏到y(tǒng)送入機器代碼（程序）和數(shù)據(jù)。先按MON 鍵，使實驗系統(tǒng)處于初始待命狀態(tài)，然后送入2位表示要檢查的程序存貯器地址，再按【存貯】命令鍵，實驗系統(tǒng)便進入存儲器讀寫狀態(tài)。在程序存貯器讀寫狀態(tài)，顯示器左邊第5、6位數(shù)字是存貯單元的地址，右邊2位是該單元的內(nèi)容。光標閃動位表示等待修改（寫入）的高4位字節(jié)或低4位字節(jié)。程序存貯器讀寫狀態(tài)是鍵盤監(jiān)控的一種重要狀態(tài)。這時【增址】命令鍵具有初始待命狀態(tài)不同的功能。請用戶注意:程序存貯讀寫狀態(tài)的明顯標志是:顯示8位數(shù)字,光標在第7位或第8位閃動。在程序存貯器讀

41、寫狀態(tài)，使用【減址】或【增址】鍵，可以讀出上一個或下一個存貯單元，同時光標自動移動到第7位。持續(xù)按【減址】或【增址】鍵在1秒以上，實驗系統(tǒng)便開始對內(nèi)存進行向上或向下掃描，依次顯示各單元地址及內(nèi)容，可以快速檢查某一內(nèi)存區(qū)的內(nèi)容，或快速移動到要檢查的單元，從而簡化了操作。按MON鍵，可使實驗系統(tǒng)退出存儲器讀寫狀態(tài)，返回待命狀態(tài)。下面舉例說明操作規(guī)程(需要說明的是本例操作所需的若干連線是以完成本裝置實驗指導所列舉的單元實驗為基礎(chǔ)的,也就是說實驗二獲得通過后才能進入以下操作)：按鍵8位LED顯示說 明【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態(tài)0DY-H0 鍵入數(shù)字0,進入待命狀態(tài)0【存貯】DY-H00XX

42、 待命狀態(tài)0,按【存貯】鍵進入存儲器讀寫狀態(tài), 顯示00H 單元內(nèi)容XX,第7位數(shù)字閃動,表示此 位可更改ADY-H00AX 按數(shù)字A,對00H高半字節(jié)寫入,光標移動第8位8DY-H00A8 按數(shù)字8,對00H低半字節(jié)寫入,光標移動第7位【增址】DY-H01XX 按【增址】鍵,讀出下一單元01H12DY-H0112 按數(shù)字12,對01H 單元 寫入12H【減址】DY-H00A8 按【減址】鍵,讀出上一單元00H的內(nèi)容【返回】DY-HP. 按【返回】退出存儲操作返回初始狀態(tài)4.4.5 寄存器讀寫命令【寄存】、【增址】、【減址】、【寫】命令鍵對寄存器等讀出，采用1位十六進制數(shù)作為寄存器代號：名稱D

43、R1DR2R0R1R2CNARIRINTOUTUAPCBUSALU299BRAM代號0123456789ABCDEF這里需要說明的是代號為05的CN單元是由系統(tǒng)定義的特殊狀態(tài)與控制單元，它的高2位系統(tǒng)定義為狀態(tài)標志位，剩余6位為運算與移位的控制位，每位的含義如下：位76543210定義CYZCNMS0S1S2S3因此CN單元的高2位是只讀位，剩余2位為寫入位，使用時應予注意。寄存器讀寫狀態(tài)的標志是：顯示器上顯示7位數(shù)字，其中第5位數(shù)字代表寄存器的代號，第6位不顯示，右邊的2位數(shù)字表示該寄存器的內(nèi)容。光標處于顯示器的第7、8位。若要對寄存器的內(nèi)容進行改寫，可鍵入所需的數(shù)字鍵，然后按【寫】命令鍵，

44、光標所處的數(shù)字即被打入以顯示代號所對應的目標單元；按【增址】或【減址】鍵，可查看或改寫下一或上一單元寄存器（按代號順序排列）的內(nèi)容，持續(xù)按【增址】或【減址】鍵在1秒以上可實現(xiàn)快速查找。按【返回】命令鍵，實驗系統(tǒng)退出寄存器讀寫狀態(tài)，返回初始待命狀態(tài)。下面舉例說明操作過程(注意:以完成實驗所需的全部連線為前提)：按鍵8位LED顯示說 明【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態(tài)0DY-H0 要檢查DR1寄存器,數(shù)字鍵0是它的代號【寄存】DY-H0XX 按【寄存】鍵立即顯示DR1的內(nèi)容,進入寄存器讀 寫狀態(tài)12DY-H012 按數(shù)字鍵,光標移動,更改DR1的內(nèi)容【寫】DY-H012 按【寫】命令鍵,把1

45、2打入DR1【增址】DY-H1XX 按【增址】鍵,自動讀出下一個寄存器DR2,它的 代號是1,光標自動移至第7位【減址】DY-H012 讀出上一單元(0 代號 DR1的內(nèi)容)【返回】DY-HP. 按【返回】退出存儲操作返回初始狀態(tài)4.4.6 微程序存貯器讀寫命令【讀】、【增址】、【減址】命令鍵微程序存貯器讀寫的狀態(tài)標志是：顯示器上顯示8個數(shù)字，左邊2、3位顯示區(qū)域號，（區(qū)域的分配見下表）、左邊5、6位數(shù)字是微存貯單元地址，硬件定義的微地址線是ua0ua5共6根，因此它的可尋址范圍為00H3FH；右邊2位數(shù)字是該單元的內(nèi)容，光標在第7位與第8位之間，表示等待修改單元內(nèi)容。區(qū)域號微程序區(qū)對應位空間

46、對應位控制功能 032··············25CBAARNCNCA9A8124··············17CEADCNMS0S1S2S3216··············

47、;·9P2DRPCIRDD2DD1DR0WE38················1U0U1U2U3U4U5P1SW用【讀】命令鍵可以對微程序存貯器進行檢查（讀出）或更改（寫入）。對微程序存貯器讀寫，一般應先按MON，使實驗系統(tǒng)進入初始待命狀態(tài)。然后輸入所要訪問的微程序區(qū)域地址，再按【讀】命令鍵，系統(tǒng)便以該區(qū)域的00H作為起始地址，進入微程序存貯器讀寫狀態(tài)。下面舉例說明操作過程：按鍵8位LED顯示說 明【返回】DY-HP. 返回

48、初始待命狀態(tài)【讀】DY-HP. 初始待命狀態(tài),按【讀】鍵無效0DY-H0 按數(shù)字鍵 0 ,進入待命狀態(tài) 0【讀】CM0000XX 按【讀】命令鍵, 進入微程序讀狀態(tài),左邊第3位 起顯示0 0 0 0 X X,光標閃動移至第7位12CM000012 按12鍵,將內(nèi)容寫入0 區(qū)域 00H 單元【增址】CM0001XX 按【增址】命令鍵,讀出 0 區(qū)域下一個單元 01H 的內(nèi)容,光標重新移至第7位【返回】DY-HP. 返回初始待命狀態(tài)4.4.7 執(zhí)行命令【單步】、【宏單】(暫停)、【運行】命令鍵系統(tǒng)在單步、宏單步或運行狀態(tài)下按STOP（暫停）命令后所定義的顯示格式是：最左邊高2位顯示下一條微地址；左

49、邊3、4位顯示PC指針；左邊5、6顯示RAM地址；最右邊2位顯示模型機當前總線（BUS）內(nèi)容：若實驗時想通過8位顯示器觀察其它控制信號運行后的狀態(tài)，只需用雙頭實驗連接線把所要跟蹤的控制信號（位于實驗系統(tǒng)左中下方）與顯示器所對應的邏輯測試通道相連；系統(tǒng)自動將該2位顯示器的刷新權(quán)限交給使用者定義。本裝置的USC邏輯測試通道位于儀器中間偏左位置，它們與8位LED顯示器的對應關(guān)系是：為了示范邏輯測試通道與顯示器之間對應的顯示關(guān)系，系統(tǒng)在定義了模型機PC指針顯示位置的同時，建議實驗操作者用雙頭實驗連線把PC-B與邏輯測試通道1作對應連接；然后再進入模型機的執(zhí)行操作，參照以下的執(zhí)行流程程序試比較程序PC指

50、針與PC-BUS再執(zhí)行過程中的異步概率。試問什么類型機器指令的執(zhí)行會產(chǎn)生異步？其原理是什么？舉例說明執(zhí)行狀態(tài)下單步（單步一條微指令）、宏單步（單步一條機器指令）、運行及暫停等命令的操作規(guī)程，需要說明的是本例操作所需的若干排線連接是以完成本裝置所例舉的單元實驗為基礎(chǔ)的，也就是說全部單元實驗獲得通過后才能進入以下操作：(一)模型機程序的編輯按動位于實驗系統(tǒng)右側(cè)的紅色復位按鈕，強迫系統(tǒng)退出當前操作無條件地返回初始待令狀態(tài)，光標閃動位顯示提示符“P.”。按鍵8位LED顯示說 明【增址】DY-HP. 設(shè)置工作模式使第4位顯示提示符“H”0DY-H0 在閃動的“P”下 鍵入數(shù)字0,進入待命狀態(tài)0存儲DY-

51、H00XX 在待命狀態(tài)0,按【存貯】鍵進入存儲器讀寫狀 態(tài),顯示00H單元內(nèi)容XX,第7位數(shù)字閃動,表 示此位可更改20DY-H0020 按數(shù)字20,對00H單元寫入20H【增址】DY-H01XX 按【增址】鍵,讀出下一單元01H40DY-H0140 按數(shù)字40,對01H單元寫入40H【增址】DY-H02XX 按【增址】鍵,讀出下一單元02H09DY-H0209 按數(shù)字09,對02H單元寫入09H【增址】DY-H03XX 按【增址】鍵,讀出下一單元03H60DY-H0360 按數(shù)字60,對03H單元寫入60H【增址】DY-H04XX 按【增址】鍵,讀出下一單元04H0BDY-H040B 按數(shù)字0B,對04H單元寫入0BH【增址】DY-H05XX 按【增址】鍵,讀出下一單元05H80DY-H0580 按數(shù)字