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文檔簡介

1、1. 寄存器五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行連接和操作,對通用寄存器組進(jìn)行了數(shù)據(jù)的寫入和讀出,兩組 數(shù)據(jù)完全對照,得到了預(yù)期效果,說明了存入數(shù)據(jù)的正確性,在整個過程中也對寄存器組的構(gòu)成和硬件電路有了更深層次的理解。2. 運(yùn)算器五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)基本熟悉了整個實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),了解了該實(shí)驗(yàn)裝置按功能分成幾大區(qū),學(xué)會何時操作各種開關(guān)、按鍵。最重要的是通過實(shí)驗(yàn)掌握了運(yùn)算器工作原理,熟悉了算術(shù)/邏輯運(yùn)算的運(yùn)算過程以及控制這種運(yùn)算的方法,了解了進(jìn)位對算術(shù)與邏輯運(yùn)算結(jié)果的影響,對時序是如何起作用的沒太弄清楚,相信隨著后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行一定會搞清楚的3. 存儲器五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)按照實(shí)驗(yàn)要求連接器材設(shè)備元件,按照給定步驟進(jìn)行

2、實(shí)驗(yàn)操作。通過向靜態(tài)RAM中寫入數(shù)據(jù)并讀出數(shù)據(jù),在INPUT單元輸入數(shù)并存入地址寄存器,再向相應(yīng)的地址單元存入數(shù),驗(yàn)證讀出數(shù)據(jù)時,只需再INPUT單元輸入想要讀出單元的地址,再通過片選端CE讀出存儲單元內(nèi)的數(shù)據(jù),其中We=0是控制寫端,WE=1控制讀,CE低電平有效。 實(shí)驗(yàn)過程遇到一些問題,對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不是很熟,有待提高。4. CPU與簡單模型機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 掌握一個簡單CPU的組成原理。 (2) 在掌握部件單元電路的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將其構(gòu)造一臺基本模型計(jì)算機(jī)。 (3) 為其定義五條機(jī)器指令,編寫相應(yīng)的微程序,并上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PC機(jī)一臺,TD-CMA實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一

3、套。 三、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)要實(shí)現(xiàn)一個簡單的CPU,并且在此CPU的基礎(chǔ)上,繼續(xù)構(gòu)建一個簡單的模型計(jì)算機(jī)。 CPU 由運(yùn)算器(ALU)、微程序控制器(MC)、通用寄存器(R0),指令寄存器(IR)、程序計(jì) 數(shù)器(PC)和地址寄存器(AR)組成,如圖 5-1-1 所示。這個 CPU 在寫入相應(yīng)的微指令后,就 具備了執(zhí)行機(jī)器指令的功能,但是機(jī)器指令一般存放在主存當(dāng)中,CPU 必須和主存掛接后,才 有實(shí)際的意義,所以還需要在該CPU的基礎(chǔ)上增加一個主存和基本的輸入輸出部件,以構(gòu)成一個簡單的模型計(jì)算機(jī)。除了程序計(jì)數(shù)器(PC),其余部件在前面的實(shí)驗(yàn)中都已用到,在此不再討論。系統(tǒng)的程序計(jì) 數(shù)器(PC)和地址

4、寄存器(AR)集成在一片 CPLD 芯片中 。CLR 連接至 CON 單元的總清端CLR,按下 CLR 按鈕,將使 PC 清零,LDPC 和 T3 相與后作為計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時鐘,當(dāng) LOAD 為低時,計(jì)數(shù)時鐘到來后將CPU內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)打入PC。本模型機(jī) JMP,共有五條指令:IN(輸 入)、ADD(二進(jìn)制加法) 、OUT(輸出)、JMP(無條件轉(zhuǎn)移) ,HLT(停機(jī)),其指令格式如下 (高位為操作碼):其中JMP為雙字節(jié)指令,其余均為單字節(jié)指令,*為addr對應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。微 程序控制器實(shí)驗(yàn)的指令是通過手動給出的,現(xiàn)在要求CPU自動從存儲器讀取指令并執(zhí)行。根據(jù) 以上要求,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路圖,如

5、圖5-1-3所示。 本實(shí)驗(yàn)在前一個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了三個部件,一是PC(程序計(jì)數(shù)器),另一個是AR(地 址寄存器),還有就是MEM(主存)。因而在微指令中應(yīng)增加相應(yīng)的控制位,其微指令格式如表 5-1-1所示。當(dāng)擬定“取指”微指令時,該微指令的判別測試 字段為 P<1>測試。指令譯碼原理見圖 3-2-3 所示,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(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令寄存器的高 6 位(IR7IR2) 作為測試條件,出現(xiàn)路分支,占用個固定微地址單元,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,微程序流程圖上的

6、單元地址為16進(jìn)制。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5-1-2即為將圖5-1-4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”。設(shè)計(jì)一段機(jī)器程序,要求從IN單元讀入一個數(shù)據(jù),存于R0,將 R0和自身相加,結(jié)果存于 R0,再將R0的值送OUT單元顯示。 根據(jù)要求可以得到如下程序,地址和內(nèi)容均為二進(jìn)制數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 按圖5-1-5連接實(shí)驗(yàn)線路。 2. 寫入實(shí)驗(yàn)程序,并進(jìn)行校驗(yàn),分兩種方式,手動寫入和聯(lián)機(jī)寫入。 1) 手動寫入和校驗(yàn) (1) 手動寫入微程序 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為停止檔,KK3置為編程檔,KK4置為控 存檔,KK5置為置數(shù)檔。 使用CON

7、單元的SD05SD00給出微地址,IN單元給出低8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),連續(xù) 兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的低8位。 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為加1檔。 IN單元給出中8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,將 IN單元的 數(shù)據(jù)寫到該單元的中8位。IN單元給出高8位應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開 關(guān)ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元的高8位。 重復(fù)、四步,將表5-1-2的微代碼寫入2816芯片中。(2) 手動校驗(yàn)微程序 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為停止檔,KK3置為校驗(yàn)檔,KK4置為控 存檔,KK5置為置數(shù)檔。 使用CON單元的SD

8、05SD00給出微地址,連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST, MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M7M0顯示該單元的低8位。 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為加1檔。 連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M15M8顯示該單 元的中8位,MC單元的指數(shù)據(jù)指示燈 M23M16顯示該單元的高8位。 重復(fù)、四步,完成對微代碼的校驗(yàn)。如果校驗(yàn)出微代碼寫入錯誤,重新寫 入、校驗(yàn),直至確認(rèn)微指令的輸入無誤為止。 (3) 手動寫入機(jī)器程序 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為停止檔,KK3置為編程檔,KK4置為主 存檔,KK5置為置數(shù)檔。 使用CON單元的SD07SD00給出地址,IN單元給出該

9、單元應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),連續(xù)兩 次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該存儲器單元。 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為加1檔。 IN單元給出下一地址(地址自動加1)應(yīng)寫入的數(shù)據(jù),連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開 關(guān)ST,將IN單元的數(shù)據(jù)寫到該單元中。然后地址會又自加1,只需在IN單元輸入后續(xù)地址的數(shù)據(jù),連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,即可完成對該單元的寫入。 亦可重復(fù)、兩步,將所有機(jī)器指令寫入主存芯片中。 (4) 手動校驗(yàn)機(jī)器程序 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1置為停止檔,KK3置為校驗(yàn)檔,KK4置為主 存檔,KK5置為置數(shù)檔。 使用CON單元的SD07SD00給出地址,連續(xù)兩次按動時

10、序與操作臺的開關(guān)ST,CPU 內(nèi)總線的指數(shù)據(jù)指示燈 D7D0顯示該單元的數(shù)據(jù)。 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK5置為加1檔。 連續(xù)兩次按動時序與操作臺的開關(guān)ST,地址自動加1,CPU內(nèi)總線的指數(shù)據(jù)指示燈 D7 D0 顯示該單元的數(shù)據(jù)。此后每兩次按動時序與操作臺的開關(guān) ST,地址自動加 1,CPU 內(nèi) 總線的指數(shù)據(jù)指示燈 D7D0 顯示該單元的數(shù)據(jù),繼續(xù)進(jìn)行該操作,直至完成校驗(yàn),如發(fā)現(xiàn) 錯誤,則返回寫入,然后校驗(yàn),直至確認(rèn)輸入的所有指令準(zhǔn)確無誤。 亦可重復(fù)、兩步,完成對指令碼的校驗(yàn)。如果校驗(yàn)出指令碼寫入錯誤,重新寫入、 校驗(yàn),直至確認(rèn)指令碼的輸入無誤為止。 2) 聯(lián)機(jī)寫入和校驗(yàn) 聯(lián)機(jī)軟件提供了微程

11、序和機(jī)器程序下載功能,以代替手動讀寫微程序和機(jī)器程序,但是微 程序和機(jī)器程序得以指定的格式寫入到以TXT為后綴的文件中,微程序和機(jī)器程序的格式如下:本次實(shí)驗(yàn)程序如下,程序中分號;為注釋符,分號后面的內(nèi)容在下載時將被忽略掉:選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】【裝載】”功能,在打開文件對話框中選擇上面所保存的文件, 軟件自動將機(jī)器程序和微程序?qū)懭胫付▎卧?選擇聯(lián)機(jī)軟件的“【轉(zhuǎn)儲】【刷新指令區(qū)】”可以讀出下位機(jī)所有的機(jī)器指令和微指令, 并在指令區(qū)顯示,對照文件檢查微程序和機(jī)器程序是否正確,如果不正確,則說明寫入操作失 敗,應(yīng)重新寫入,可以通過聯(lián)機(jī)軟件單獨(dú)修改某個單元的指令,以修改微指令為例,先用鼠標(biāo) 左鍵單

12、擊指令區(qū)的微存TAB 按鈕,然后再單擊需修改單元的數(shù)據(jù),此時該單元變?yōu)榫庉嬁颍?輸入6位數(shù)據(jù)并回車,編輯框消失,并以紅色顯示寫入的數(shù)據(jù)。 3. 運(yùn)行程序 方法一:本機(jī)運(yùn)行 將時序與操作臺單元的開關(guān)KK1、KK3置為運(yùn)行檔,按動CON單元的總清按鈕CLR, 將使程序計(jì)數(shù)器PC、地址寄存器AR和微程序地址為00H,程序可以從頭開始運(yùn)行,暫存器A、 B,指令寄存器IR和OUT單元也會被清零。 將時序與操作臺單元的開關(guān) KK2 置為單步檔,每按動一次 ST 按鈕,即可單步運(yùn)行一 條微指令,對照微程序流程圖,觀察微地址顯示燈是否和流程一致。每運(yùn)行完一條微指令,觀 測一次CPU內(nèi)總線和地址總線,對照數(shù)據(jù)通路圖,分析總線上的數(shù)據(jù)是否正確。 當(dāng)模型機(jī)執(zhí)行完JMP指令后,檢查OUT單元顯示的數(shù)是否為IN單元值的2倍,按下CON 單元的總清按鈕CLR,改變IN單元的值,再次執(zhí)行機(jī)器程序,從OUT單元顯示的數(shù)判別程序 執(zhí)行是否正確。 方法二:聯(lián)機(jī)運(yùn)行 將時序與操作臺單元的開關(guān) KK1 和 KK3 置為運(yùn)行檔,進(jìn)入軟件界面,選擇菜單命令 “【實(shí)驗(yàn)】【簡單模型機(jī)】”,打開簡單模型機(jī)數(shù)據(jù)通路圖。 按動CON單元的總清按鈕CLR,然后通過軟件運(yùn)行程序,選擇相應(yīng)的功能命令,即可聯(lián)機(jī) 運(yùn)行、監(jiān)控、調(diào)試程序,當(dāng)模型機(jī)執(zhí)行完JMP指令后

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