CCTIV計算機組成原理實驗指導書

1、CCTIV計算機組成原理實驗指導書目錄實驗一 運算器實驗 (3)(一) 算術邏輯運算實驗(3)(二) 進位控制實驗(7)(三) 移位運算實驗(10)實驗二存儲器實驗 (12)實驗三微控器實驗 (16)實驗四基本模型機設計與實現(xiàn) (23)實驗五帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn) (30)實驗六復雜模型機的設計與實現(xiàn) (37)實驗七可重構原理計算機組成設計實驗 (46)實驗八擴展8255并行口實驗 (52)實驗九PLD應用實驗 (57)實驗一運算器實驗 （一）算術邏輯運算實驗一. 實驗目的1. 掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。2. 驗證運算功能發(fā)生器( 74LS181)的組合功能。二. 實驗設備 CCT

2、IV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三. 實驗內(nèi)容1. 實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖11所示。其中運算器由兩片74LS181以并/串形成構成8位字長的ALU。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門(74LS245)和數(shù)據(jù)總線相連，運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由二個鎖存器(74LS373)鎖存，鎖存器的輸入連至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)開并(“INPUTDEVICE”)用來給出參與運算的數(shù)據(jù)，并經(jīng)過一三態(tài)門(74LS245)和數(shù)據(jù)總線相連，數(shù)據(jù)顯示燈(“BUSUNIT”)已必數(shù)據(jù)總線相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。圖中已將用戶需要連接的控制信與用圓圈標明(其他實驗相同，不再說明)，其中除T4為脈沖信與，其它

3、均為電平信號。由于電路中的時序信號均已連至“W/R UNIT”的相應時序信號引出端,因此,在進行實驗時,只需將“W/R UNIT”的T4接至“STATEUNIT”的微動開關KK2的輸出端，按動微動開關,即可獲得實驗所需的單脈沖，而S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB各電平控制信號用“SWITCHUNIT”中的二進制數(shù)據(jù)開關來模擬，其中Cn、ALUB、SWB為電低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。2.實驗步驟(1)按圖12連接路線，仔細查線無誤后，接通電源。(2)用二進制數(shù)碼開關向DR1和DR2寄存器置數(shù)。具體操作步驟圖示如下：檢驗DR1和DR2

4、中存的數(shù)是否正確，具體操作為：關閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SW-B1)，打開ALU輸出三態(tài)門(ALU-B0)，當置S3、S2、S1、S0、M為1 1 1 1 1時，總線指示燈顯示DR1中的數(shù)，而置成1 0 1 0 1時總線指示燈顯示DR2中的數(shù)。 （3）驗證74LS181的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）在給定DR165、DR2A7的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入下表中，并和理論分析進行比較、驗證。（二）進位控制實驗一. 實驗目的1. 驗證帶進位控制的算術運算功能發(fā)生器的功能。2. 按指定數(shù)據(jù)完成幾種指定的算術運算。二. 實驗設備 CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排

5、線若干。三. 實驗內(nèi)容1. 實驗原理進位控制運算器的實驗原理如圖 13所示，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，其寫入是由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實驗時將T4連至“STATEUNIT”的微動開關KK2上。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現(xiàn)帶進位控制實驗，而T4脈沖是將本次運算的進位結果鎖存到進位鎖存器中。2. 實驗步驟（1）按圖14連接實驗線路，仔細查線無誤后，接通電源。 （2）用二進制數(shù)碼開關向DR1和DR2寄存器置數(shù)，具體方法：關閉ALU輸出三態(tài)門（ALU-B=1），開啟輸入三態(tài)門（SW-B=0），設置數(shù)據(jù)開關例如向DR1存入01

6、010101，向DR2存入10101010。具體操作步驟如下：（3）進位標志清零具體操作方法如下： S3 S2 S1 S0 M 的狀態(tài)置為0 0 0 0 0，AR狀態(tài)置為0.（清零時DR1寄存 器中的數(shù)應不等于FF）按動微動開關KK2。注：進位標志指示燈CY亮時表示進位標志為“0”，無進位；標志指示燈CY滅時表示進位為“1”，有進位。（4）驗證帶進位運算及進位鎖存功能，使Cn=1,Ar=0來進行帶位算術運算。例如：做加法運算，首先向DR1、DR2置數(shù)，然后使ALUB0，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，這個結果是否

7、產(chǎn)生進位，則要按動微動開關KK2，若進位標志燈亮，表示進位；反之，有進位。移位運算實驗原理如圖15所示，使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其八輸入/輸出端以排針方式和總線單元連接。299B信號控制其使能端，T4時序為其時鐘脈沖，實驗時將“W/R UNIT”中的T4接至“STATE UNIT”中的KK2單脈中發(fā)生器，由S0 S1 M控制信號控制其功能狀態(tài)，其列表如下： 2. 實驗步驟（1）按圖16連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。 （2）移位操作：置數(shù)，具體步驟如下：移位，參照上表改變S0 S1 M 299-B 的狀態(tài)，按動微動開關KK2，觀察移 位結果。實驗二存儲器實驗一. 實驗目的

8、 掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。二. 實驗設備 CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三. 實驗內(nèi)容1. 實驗原理實驗所用的半導體靜態(tài)存儲器電路原理如圖21，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AD0-AD7與地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。數(shù)據(jù)開并經(jīng)一三態(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A7A0，而高三位A8A10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）、OE（讀數(shù)）、WE（寫線）。

9、當片選有效（CE0）時，OE0時進行讀操作，CE0、WE1時進行寫操作，其寫時間與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，其它電平控制信號由“SWITCH UNIT”單元的二進制開關模擬，其中SWB為低電平有效，LDAR為高效電平有效。2. 實驗步驟（1）形成時鐘脈信號T3，具體接線方法和操作步驟如下： 接通電源，用示波器接入方波信號源的輸出插孔H24，調節(jié)電器W1，使H24端輸出實驗所期望的頻率的方波。 將時序電路模塊中的和H23排針相連，CCR置“1”。 在時序電路模塊中有兩個二進制開關“STOP”和“STEP”。將“STOP”開關置為

10、“RUN”狀態(tài)、“STEP”開關置為“EXEC”狀態(tài)時，按動微動開關START，則T3輸出連續(xù)的方波信號，此時調節(jié)電位器W1，用示波器觀察，使T3輸出實驗要求的脈沖信號。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。關閉電源。 （2）按圖22連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。由于存儲器模塊內(nèi)部連接已經(jīng)接好，因引只需完成實驗電呼的形成、控制信號模擬開關、時鐘脈沖信號T3 與存儲模塊的外部連接。 (3)給存儲器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11、12、13、14、

11、15，具體操作步驟如下：（以向0號單元寫入11為例）依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。具體操作步驟如下：(以從0號單元讀出11數(shù)據(jù)為例)實驗三微控制器實驗一. 實驗目的1. 掌握時序產(chǎn)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，觀察微程序的運行。二. 實驗設備 CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺。三. 實驗內(nèi)容1. 實驗原理實驗所用的時序電路原理如圖3-1所示,可產(chǎn)生4個等間隔的時序信號TS1-TS4 ，其中為時鐘信號，由實驗臺右上方的方波信號源提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調的方波信號。學生可

12、根據(jù)實驗自行選擇方波信號的頻率及脈寬。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?？刂朴|發(fā)器Cr，使TS1TS4信號輸出可控。圖中STEP（單步）、STOP（停機）分別是來自實驗板上方中部的一個微動開關START的按鍵信號。當STEP開關為0時（EXEC），一旦按下啟動鍵，運行觸發(fā)器Cr一直處于“1”狀態(tài)，因此時序信號TS1TS4將周而復始地發(fā)送出去。當STEP為1（STEP）時，一旦按下啟動鍵，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STOP開關置“

13、1”（STOP），也會使機器停機。由于時序電器的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所以只需將時序電路與方波信號源連接（即將時序電路的時鐘脈沖輸入端接至方波信號發(fā)生器輸出端H23），時序電路的CLR已接至實驗板左下方的CLR模擬開關上。2. 微程序控制電路與微指令格式（1）微程序控制電路 微程序控制器的組成見圖32，其中控制存儲器采用3片2816的E2PROM，具有掉電保護功能，微命令寄存器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。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

14、。當T4時刻進行測試判別時，轉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

15、驅動微地址顯示燈。（2）微指令格式微指令長共24位，其控制位順序如下：其中UA5- UA0為6位的后續(xù)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)機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序轉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，其原理如圖33所示，圖中I7I2為指令寄存器的第72位輸出，SE5SE1為微控器單元微地址鎖存器的強置端輸出。AR為算術運算是否影響進位及判零標志控制位，其為零有效。B字段中的RSB、ROB、RIB分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選通信號，其功能是根據(jù)機器指令來

16、進行三個工作寄存器R0、R1及R2的選通譯碼，其原理如圖34，圖中I0I4為指令寄存器的第04位，LDRi 打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。3. 實驗步驟（1）圖35為幾條機器指令對應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制代碼，可得到表32的二進制代碼表。表32二進制代碼表（2）按圖36連接實驗線路，仔細查線無誤后接通源。 （3）觀測時序信號 用雙蹤示波器（或用PC示波器功能）觀察方波信號源的輸出，時序電路中的“STOP”開關置為“RUN”、“STEP”開關置為“EXEC”。按動START按鍵，從示波順上可觀察到TS1、TS2、TS3、TS4各點的波形，比較它們的相互關系

17、，畫出其波形，并標注測量所得的脈沖寬度，見圖37。（4）觀察微程序控制器的工作原理：編程A. 將編程開關置為PROM（編程）狀態(tài)。B. 將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。C. 用二進制模擬開關置微地址MA5MA0。D. 在MK24-MK1開關上置微代碼，24位開關對應24位顯示燈，開關量為“0”時燈亮，開關量為“1”時燈滅。E. 啟動時序電路(按動啟動按鈕“START”)，即將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應地址對應的單元中。F 重復CE步驟，將表32的微代碼寫入2816。.校驗A. 將編程開關設置為RDAD（校驗）狀態(tài)

18、。B. 將實驗板的“STEP”開關置為“STEP”狀態(tài),“STOP”開關置為“RUN”狀態(tài)。C. 用二進制開關置好微地址MA5MA0。D. 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。如果不同，則將開關置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行即可。單步運行。A. 將編程開關置于“RUN（運行）”狀態(tài)。B. 實驗板的“STEP”及“STOP”開關保持原狀。C. 操作CLR開關（撥動開關在實驗板右下角）使CLR信號101。微地址寄存器MA5MA0清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000（二進制）。D.

19、 按動“START”鍵,啟動時序電路,則每按動一次啟動鍵，讀出一條微指令后停機，此時實驗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。注意：在當前條件下，可將“MICRO-CONTROLLER”單元的SE6-SE1接至“SWITCH UNIT”中的S3Cn對應二進制開關上，可通過強置端SE1SE6人為設置分地地址。將SE1SE6對應二進制開關量為“1”，當需要人為設置分支地址時，將某個或幾個二進制開關置為“0”，相應的微地址位即被強置為“1”，從而改變下一條微指令的地址。（二進制開關置為“0”。相應的微地址位將被強置為“1”）連續(xù)運行A. 將編程開關置為“RUN（運行）”狀態(tài)。B.

20、將實驗板的單步開關“STEP”置為“EXEC”狀態(tài)。C. 使CLR從101，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（二進制）。D. 啟動時序電路，則可連續(xù)讀出微指令。實驗四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，進一步將其組成系統(tǒng)構造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，具體上機調試掌握整機概念。二.實驗設備CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三.實驗內(nèi)容1. 實驗原理部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產(chǎn)生的，而本次實驗將能在微程序控制下自動產(chǎn)生各部件單元控制信號，實現(xiàn)特定指令

21、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(進制加法)STA(存數(shù))、OUT(輸出)、JMP(件轉移)其指令格式如下(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 addr 00010000 ××××××××RO+addrROSTA addr 00100000 ×

22、××××××× ROaddrOUT addr 00110000 ×××××××× addrBUSJMP addr 01000000 ×××××××× addrPC其中IN為單字長（8位），其余為雙字長指令， ××××××××為addr對應的二進制地址碼。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫

23、入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還必須三個控制臺操作微程序。存儲器讀操作（KRD）：撥動總清開關CLR后，控制臺SWB、SWA為“0 0”時，按START微動開關，可對RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫操作（KWE）：撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA置為“0 1”時，按START微動開關可對RAM進行連續(xù)手動寫入。啟動程序：撥動總清開關CLR后，控制臺SWB、SWA置為“1 1”時，按START微動開關，即可轉入到第01號“取址”微指令，啟動程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關SWB、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下：根據(jù)以上要求設計數(shù)據(jù)通路框圖，如圖41。微代碼定義如表41所示。系統(tǒng)

24、涉及到的微程序流程見圖42，當擬定“取指”微指令時，該微指令的判別測試字段為P（1）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P（1）的測試結果出現(xiàn)多路分支。本機用指令寄存器的前4位（IR7IR4）作為測試條件，出現(xiàn)5路分支，占用5個固定微地址單元?？刂婆_操作為P（4）測試，它以控制臺SWB、SWA作為測試條件，出現(xiàn)了3路分支，占用3個固定微地址單元。當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控存一個微地址單元隨意填寫。注意：微程序流程圖上的單元地址為8進制。當全部微程序設計完畢后，應將每條微指令代碼化，表32即為將圖33的微程序流程圖按微指令格式轉化而成的“

25、二進制微代碼表”。下面介紹指令寄存器（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，然后再傳送指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制構成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對操作碼進行測試P(1)，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 DECODE”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）；另一種是數(shù)碼塊，它作為輸出設備（OUTPUT DEVICE）。

26、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，驅動數(shù)碼塊顯示。本實驗設計機器指令程序如下：地址(二進制)內(nèi)容(二進制)助記符說明00000000 00000000IN“INPUTDEVICE”RO00000001 00010000ADDOAHROOAHRO00000010 0000101000000011 00100000STAOBH ROOBH00000100 0000101100000101 00110000OUTOBHOBHBUS00000110 00

27、00101100000111 01000000JMPOOH OOHPC00001000 000000000000100100001010 00000001 自定00001011求和結果2. 實驗步驟（1）按圖43連接實驗線路。（2）寫程序方法一：手動寫入先將機器指令對應的微代碼正確地寫入2816中，由于在實驗(三)微程序控制實驗中已將微代碼寫入E2PROM芯片中，對照表42校驗正確后就可使用。使用控制臺KWE和KRD微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。A. 使編程開關處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)。B. 撥動總清開關CLR（01），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零。然后使控制臺SW

28、B、SWA開關置為“0 1”，按動一次啟動開關START，微地址顯示燈顯示“010001”，再按動一次START，微地址燈顯示“010100”，此時數(shù)據(jù)開關的內(nèi)容置為要寫入的機器指令，按動一次START鍵，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀KWE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動START，只有在微地址燈顯示“010100”時，才設置內(nèi)容，直到所有機器指令寫完。C. 寫完程序后須進行檢驗。撥動總清開關CLR(01)后，微地址清零，PC程序計數(shù)器清零，然后使控制臺開關SWB、SWA為“0 0”,按動啟動START，微地址燈將顯示“010000”，

29、再按START，微地址燈顯示為“010010”，第三次按START，微地址燈顯示為“010000”，此時總線單元的顯示燈顯示為該首地址的內(nèi)容。不斷按動START，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容，注意：每次僅在微地址燈顯示為“010000”時，顯示燈的內(nèi)容才是相應地址中的機器指令內(nèi)容。方法二：聯(lián)機讀/寫程序按照規(guī)定格式，將機器指令及表32微指令二進制表編輯成十六進制的如下格式文件。程序P0000P0110P020AP0320P040BP0530P060BP0740P0800P0A01M00108101M0182ED01M0248C000M0304E000M0505B000 M0506A201M06019A9

30、5M070DE000M08011000M0983ED01M0A87ED01M0B8EED01M0C96ED01M0D018202M0E0FE000MF15A000M1092ED01M1194ED01M1217A000M13018001M14182000M15010A07M1681D100M17100A07M18118A06用聯(lián)機軟件的傳送文件功能（F4）將該格式文件傳入實驗系統(tǒng)即可。（3）運行程序單步運行程序A. 使編程開關處于“RUN”狀態(tài),STEP為“STEP”狀態(tài),“STOP”為“RUN”狀態(tài)。B. 撥動總清開關CLR(01)，微地址清零，PC計數(shù)器清零，程序首地址為OOH。C. 單步運

31、行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運行一條微指令。對照微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是滯和流程一致。連續(xù)運行程序A. 使“STATEUNIT”中的STEP開關置于“EXEC”狀態(tài)。STOP開關置為“RUN”狀態(tài)。B. 撥動CLR開關，清微地址及PC計數(shù)器，按動START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。C. 停機后，可檢查存數(shù)單元（OB）結果是否正確。若聯(lián)機運行程序時，進入DEBUG調試界面，總清開關CLR（01）清零后，程序首地址為OOH，按相應功能鍵即可聯(lián)機運行、調試程序。（軟件使用說明請看使用手冊）實驗五帶移位運算的模型機的設計與實現(xiàn)一. 實驗目的

32、1. 熟悉用微程序控制器控制模型機的數(shù)據(jù)通路。2. 學習設計與調度計算機的基本步驟及方法。二. 實驗設備CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三. 實驗內(nèi)容1. 實驗原理本實驗在實驗四中的基本模型機的基礎上搭接移位控制電路，實現(xiàn)移位控制運算。 實驗中新增4條移位運算指令：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RR01010000RRC 01100000RL01110000RLC 10000000以上4條指令都為單字長（8位）。RR為將RO寄存器的內(nèi)容循環(huán)右移一位。RRC為將RO寄存器的內(nèi)容帶進位右移一位，它將RO寄存

33、器中的數(shù)據(jù)右邊第一位移入進位，同時將進位寄存器的數(shù)移至RO寄存器的最左位。RL為將RO寄存器的數(shù)據(jù)循環(huán)左移一位。RLC為將RO寄存器中的數(shù)據(jù)帶進位循環(huán)左移一位。為了向RAM中裝入程序和數(shù)據(jù)，檢查寫入是否正確，并能啟動程序執(zhí)行，還設計了三個控制臺操作微程序。存儲器讀操作（KRD）：撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA為“0 0”時，按START啟動鈕，可對RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫操作(KWE) 撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA置為“0 1”時，按動START啟動鈕可對RAM進行連續(xù)手動寫入。啟動程序：撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA置為“1 1”時，按

34、動啟動鈕，即可轉入到第01號“取址”微指令。上述三條控制臺指令用兩個開關SWB、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下：實驗數(shù)據(jù)通路框圖如圖51，編寫微程序流程圖及確定微地址如圖52。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 說明0000000000000000IN “INPUT DEVICE”RO0000000100010000ADDODH ROODHRO00000010000011010000001110000000RLC0000010000000000IN“INPUT DEVICE”RO0000010101100000RRC0000011001110000RL0000011

35、100100000STAOEH ROOEH00001000000011100000100100110000OUTOEH OEHBUS00001010000011100000101101000000JMPOOH OOHPC00001100000000000000110101000000 自定00001110存數(shù)單元將微代碼流程圖代碼化，本實驗給出將微程序二進制代碼轉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：程序程序P0000M06019A95P0110M070FE000P020D M088AED01P0380 M098CED01P0400 M0A0E

36、A000P0560 M0B018001P0670 M0C0D2000P0720 M0D098A06P080E M0E080A07P0930 M0F018202P0A0E M10011000P0B40 M1183.ED01P0C00 M1287ED01P0D40 M1399ED01M00088101 M149CED01M0182ED01 M151D8231M0250C000 M161F8231M0304E000 M17218231M0405B000 M18238231M0506A201M191AE000 M1F208829 M1A1BA007 M20019801M1B010A07 M212288

37、11M0C81D100 M22019801M1D1E8821 M23248819M1E019801 M240198012. 實驗步驟（1）按圖53連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。（2）寫微程序與PC聯(lián)機，將實驗微程序裝入CM機中或脫機時手動將本實驗微程序寫入CM中，手動寫入的具體方法如下：（注意：手動輸入時，請將十六進制微代碼第1字節(jié)和第3字節(jié)的內(nèi)容對換后寫入）編程A. 將編程開關置為PROM（編程）狀態(tài)。B. 將實驗板上“STATE UNIT”中的“STEP”置為“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。C. 用二進制模擬開關置微地址MA5MA0。D. 在MK24MK1開關上置微代

38、碼，24位開關對應24位顯示燈，開關量為“0”時燈亮，開關量為“1”時燈滅。E. 啟動時時序電路（按動啟動按鈕“START”），即將微代碼寫入到E2PROM 2816的相應地址對應的單元中。F. 重復CB步驟，將本實驗給出的十六進制格式文件轉換的二進制代碼寫入2816。微指令格式如下：校驗A. 將編程開關設置為READ（校驗）狀態(tài)。B. 將實驗板的“STEP”開關置為“STEP”狀態(tài),“STOP”開關置為“RUN”狀態(tài)。C. 用二進制開關置好微地址MA5MA0。D. 按動“START”鍵，啟動時序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈MD24MD1的狀態(tài)（燈亮為“0”，滅為“1”），檢查讀出的微代碼是否

39、與寫入的相同。如果不同，則將開關置于PROM編程狀態(tài)，重新執(zhí)行即可。（3) 寫程序方法一：手動寫入使用控制臺KWE和KRD微程序進行機器指令程序的裝入和檢查。A. 使編程開關處于“RUN”，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B. 撥動總清CLR（01），微地址寄存器清零，程序計數(shù)器清零，然后使控制臺SWB、SWA開關置為“0 1”，按動一次啟動開關START，微地址顯示燈顯示“001001”，再揮動一次START，微地址燈顯示“001100”，此時數(shù)據(jù)開關的內(nèi)容置為要寫入的機器指令，按動一次START鍵，即可完成該條指令的寫入。若仔細閱讀KWE的流程，就不難發(fā)現(xiàn)，機器指令的

40、首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動START，只有在微地址燈顯示“001100”時，才設置內(nèi)容，直到所有機器指令寫完。C. 寫完程序后須進行校驗。撥動總清開關CLR（01）后，微地址清零，PC程序計數(shù)器清零，然后按動啟動START，微地址燈將顯示“001000”，再按START，微地址燈顯示為“001010”，第三次按START，微地址顯示為“001000”，此時總線單元的顯示燈顯示為該首地址的內(nèi)容。不斷按動START，可檢查后續(xù)單元內(nèi)容，注意：每次僅在微地址燈顯示為“001000”時，顯示燈的內(nèi)容才是相應地址中的機器指令內(nèi)容。方法二：聯(lián)機讀/寫程序使用軟件中的F4 LO

41、AD功能裝入機器指令格式文件或F2 R/W PR 功能逐條寫入。（4）運行程序單步運行程序A. 使編程開關處于“RUN”狀態(tài)，STEP為“STEP”狀態(tài)，STOP為“RUN”狀態(tài)。B. 撥動總清開關CLR（01）,微地址清零，PC計數(shù)器清零,程序首地址為OOH。C. 單步運行一條微指令，每按動一次START鍵，即單步運行一條微指令。微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。D. 當運行結束后，可檢查存數(shù)單元（OE）中的結果是否和理論值一致。連續(xù)運行程序A. 使“STATE UNIT”中的STEP開關置為“EXEC”狀態(tài)。STOP開關置為“RUN”狀態(tài)。B. 撥動CLR開關，清微地址及PC計

42、數(shù)器，然后按動START，系統(tǒng)連續(xù)運行程序，稍后將STOP撥至“STOP”時，系統(tǒng)停機。C. 停機后，可檢查存數(shù)單元（OE）結果是否正確。若聯(lián)機運行程序時，進入DEBUG調試界面，總清CLR（01）清零后，程序相應首地址為OOH，按相應功能鍵即可聯(lián)機運行、調試程序。（軟件使用說明請看使用手冊）存放機器指令的RAM中0D（十六進制）單元自定，0E（十六進制）單元存放結果。參照機器指令及生程序流程圖，將實驗現(xiàn)象與理論分析比較。實驗六復雜模型機的設計與實現(xiàn)一. 實驗目的綜合運用所學計算機原理知識，設計并實現(xiàn)較為完整的計算機。二. 實驗設備CCTIV計算機組成原理教學實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。三. 數(shù)據(jù)

43、格式及指令系統(tǒng)1. 數(shù)據(jù)格式 模型機規(guī)定采用定點補碼表示法表示數(shù)據(jù)，且字長為8位，其格式如下：其中第7位為符號位，數(shù)值表示范圍是：1X1。2. 指令格式模型機設計四大類指令共十六條，其中包括算術邏輯指令、I/O指令、訪問及轉移指令和停機指令。（1）算術邏輯指令設計9條算術邏輯指令并用單字節(jié)表示，尋址方式采用寄存器直接尋址，其格式如下：其中，OPCODE為操作碼，rs為源寄存器，rd為目的寄存器，并規(guī)定：9條算術邏輯指令的名稱、功能和具體見表61。（2）訪問指令及轉移指令模型機設計2條訪問指令，即存數(shù)(STA)、取數(shù)(LDA)，2條轉移指令，即無條件轉移(JMP)、結果為零或有進位轉移指令(BZ

44、C)，指令格式為：其中，OPCODE 為操作碼，rd為目的寄存器地址（LDA、STA 指令使用）。D為位移量（正負均可），M為尋址模式，其定義如下：本模型規(guī)定變址RI指定為寄存器R2。（3）I / O指令輸入（IN）和輸出（OUT）指令采用單字節(jié)指令，其格式如下：其中，addr=01時，選中“INPUR DEVICE ”中的開關組作為輸入設備，addr=10時，選中“OUTPUTDEVICE ”中的數(shù)碼塊作為輸出設備。（4）停機指令 指令格式如下：HALT指令，用于實現(xiàn)停機操作。3. 指令系統(tǒng)本模型機共有16條基本指令，其中算術邏輯指令7條，訪問內(nèi)存指令和程序控制指令4條，輸入輸出指令2條，其

45、它指令1條。表61列出了各條指令的格式、匯編符號、指令功能。 表61四. 總體設計本模型機的數(shù)據(jù)通路框圖如圖61。根據(jù)機器指令系統(tǒng)要求，設計微程序流程圖及確定微地址，如圖62。按照系統(tǒng)建議的微指令格式,參照微指令流程圖，將每條微指令代碼化，譯成二進制代碼表，并將二進制代碼表轉換為聯(lián)機操作時的十六進制格式文件。實驗程序如下：程序助記符 程序 P0044 IN 01, R0 M1185ED01 P0146 IN 01, R2 M128DED01 P0298 ADC R2, R0 M13A6ED01 P0381 MOV R0, R1 M14011000 P04F5 RLC R1, R1 M15010403 P050C BZC 00, 00 M16168001 P0600 M17019A3D M00088101 M18019201 M0182ED01 M192AA201 M0250C000 M1A2CB201 M0304A000 M1B32A201 M04A0E000 M1C33A201 M0506E000 M1D36A201 M0607A000 M1E378231 M07A0E000 M1F398231 M088AED01 M20019000 M098CED01