計(jì)算機(jī)組成原理全部實(shí)驗(yàn)

1、 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 王玉芬2012年11月3日 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分該篇章共有五個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)組成，分別是：實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 數(shù)據(jù)通路組成與故障分析實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 微程序控制器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 模型機(jī)組成與指令周期實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)運(yùn)算器又稱作算術(shù)邏輯運(yùn)算單元（），是計(jì)算機(jī)的五大基本組成部件之一，主要用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。運(yùn)算器的核心部件是加法器，加減乘除運(yùn)算等都是通過(guò)加法器進(jìn)行的，因此，加快運(yùn)算器的速度實(shí)質(zhì)上是要加快加法器的速度。機(jī)器字長(zhǎng)n位，意味著能完成兩個(gè)n位數(shù)的各種運(yùn)算。就應(yīng)該由n個(gè)全加器構(gòu)成n位并行加法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生對(duì)運(yùn)算器有一個(gè)比較深刻的了解。一、實(shí)驗(yàn)

2、目的1掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。2掌握算術(shù)邏輯運(yùn)算部件的工作原理。3. 熟悉簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。4. 給定數(shù)據(jù)，完成各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：完成不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位的算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)。 總結(jié)出不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位運(yùn)算的特點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)原理： 1.實(shí)驗(yàn)電路圖圖4-1 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)電路圖121T42T4S1S2M0S0S3 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)流圖圖4-2 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)流圖 3.實(shí)驗(yàn)原理運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)是在 單元進(jìn)行；單板方式下，控制信號(hào)，數(shù)據(jù)，時(shí)序信號(hào)由實(shí)驗(yàn)儀的邏輯開關(guān)電路和時(shí)序發(fā)生器提供，70八個(gè)邏輯開關(guān)用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并發(fā)送到總線上；系統(tǒng)方式下，其控制信號(hào)由系統(tǒng)機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可視化軟件通過(guò)管

3、理來(lái)進(jìn)行控制，70八個(gè)邏輯開關(guān)由可視化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)信號(hào)。（1）1，2：運(yùn)算暫存器，（2）1：控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器1，高電平有效。（3）2：控制把總線上的數(shù)據(jù)打入運(yùn)算暫存器2，高電平有效。（4）S3，S2，S1，S0：確定執(zhí)行哪一種算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算（運(yùn)算功能表見(jiàn)附錄1或者課本第49頁(yè)）。（5）M：M0執(zhí)行算術(shù)操作；M1執(zhí)行邏輯操作。（6） ：0表示運(yùn)算時(shí)最低位加進(jìn)位1；1則表示無(wú)進(jìn)位。（7）：控制運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果是否送到總線，低電平有效。（8）：控制8位數(shù)據(jù)開關(guān)70的開關(guān)量是否送到總線，低電平有效。四、實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)前首先確定實(shí)驗(yàn)方式（是手動(dòng)方式還是系統(tǒng)方式），如果在做手動(dòng)方式

4、實(shí)驗(yàn)則將方式選擇開關(guān)置手動(dòng)方式位置（31個(gè)開關(guān)狀態(tài)置成單板方式）。實(shí)驗(yàn)箱已標(biāo)明手動(dòng)方式和系統(tǒng)方式標(biāo)志。所有的實(shí)驗(yàn)均由手動(dòng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果用系統(tǒng)方式，則必須將系統(tǒng)軟件安裝到系統(tǒng)機(jī)上。將方式標(biāo)志置系統(tǒng)模式位置。學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn)均在系統(tǒng)機(jī)上完成。其中包括高低電平的按鈕開關(guān)信號(hào)輸入，狀態(tài)顯示均在系統(tǒng)機(jī)上進(jìn)行。下面實(shí)驗(yàn)以手動(dòng)方式為例進(jìn)行。我們相信學(xué)生在手動(dòng)方式下完成各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)入系統(tǒng)方式會(huì)變的更加得心應(yīng)手。具體步驟如下：1 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將輸出信號(hào)與相連接。2 如果進(jìn)行單板方式狀態(tài)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)將開關(guān)方式狀態(tài)設(shè)置成單板方式；同時(shí)將位于設(shè)計(jì)區(qū)一上方P0K開關(guān)設(shè)置成手動(dòng)方式位置，P1K，P2K開關(guān)位置均設(shè)置成手動(dòng)方式位

5、置。3 如果進(jìn)行系統(tǒng)方式調(diào)試，則按上述方式相反狀態(tài)設(shè)置。4 頻率信號(hào)輸出設(shè)置：在1 區(qū)有四個(gè)f04狀態(tài)設(shè)置，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證f04四個(gè)信號(hào)輸出只能有一個(gè)信號(hào)輸出，及f04只有一開關(guān)在的位置。5 不管是手動(dòng)方式還是系統(tǒng)方式，31個(gè)按鈕開關(guān)初始狀態(tài)應(yīng)為“1”即對(duì)應(yīng)的指示燈處于發(fā)光的狀態(tài)。6 位于 區(qū)的J1跳線開關(guān)應(yīng)在右側(cè)狀態(tài)。說(shuō)明：開關(guān)；標(biāo)識(shí)符應(yīng)為“”注意事項(xiàng)：；不能同時(shí)按下；因?yàn)橥瑫r(shí)按下會(huì)發(fā)生總線沖突，損壞器件。實(shí)驗(yàn)前把，對(duì)應(yīng)的邏輯開關(guān)置成11狀態(tài)（高電平輸出），并預(yù)置下列邏輯電平狀態(tài)：1，1，R01，R11，R21時(shí)序發(fā)生器處于單拍輸出狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)是在單步狀態(tài)下進(jìn)行1，2的數(shù)據(jù)寫入及運(yùn)算，以便

6、能清楚地看見(jiàn)每一步的運(yùn)算過(guò)程。實(shí)驗(yàn)步驟按表1進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)表中的邏輯開關(guān)進(jìn)行操作置1或清0，在對(duì)1，2存數(shù)據(jù)時(shí)，按單次脈沖P0（產(chǎn)生單拍T4信號(hào)）。表1中帶X的為隨機(jī)狀態(tài)，無(wú)論是高電平還是低電平，它都不影響運(yùn)算器的運(yùn)算操作。總線D7D0上接電平指示燈，顯示參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)結(jié)果。表中列出運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)任務(wù)的步驟同表4相同，16種算術(shù)操作和16種邏輯操作只列出了前面4種，其它實(shí)驗(yàn)步驟同表4相同。帶“”的地方表示需要按一次單次脈沖P0，無(wú)“”的地方表示不需要按單次脈沖P0。 表1 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)步驟與顯示結(jié)果表 S3S2S1S0M1270D7D0P0注釋X X X XXX000155H55HX X X XX

7、X0001X X X XXX100155H55H向1送數(shù)X X X XXX0101向2送數(shù)1 1 1 11X001055H讀出1數(shù)1 0 1 01X0010讀出2數(shù)X X X XXX1001向1送數(shù)X X X XXX010155H55H向2送數(shù)0 0 0 0010010算術(shù)運(yùn)算0 0 0 0000010算術(shù)運(yùn)算0 0 0 01X001055H邏輯運(yùn)算0 0 0 1010010算術(shù)運(yùn)算0 0 0 100001000H算術(shù)運(yùn)算0 0 0 11X001000H邏輯運(yùn)算0 0 1 0010010算術(shù)運(yùn)算0 0 1 0000010算術(shù)運(yùn)算0 0 1 01X001055H邏輯運(yùn)算0 0 1 1010010

8、算術(shù)運(yùn)算0 0 1 100001000H算術(shù)運(yùn)算0 0 1 11X001000H邏輯運(yùn)算注意： 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)時(shí)，把與T4信號(hào)相關(guān)而本實(shí)驗(yàn)不用的0，1，2接低電平，否則影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其它注意事項(xiàng)：進(jìn)行系統(tǒng)方式實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將輸出信號(hào)與相連接。1、 檢查通訊電纜是否與計(jì)算機(jī)連接正確。2、 開關(guān)方式狀態(tài)應(yīng)置成系統(tǒng)方式；（31個(gè)開關(guān)）。3、 P0K、P1K、P2K都置成系統(tǒng)方式；4、 信號(hào)連接線必須一一對(duì)應(yīng)連接好。即在實(shí)驗(yàn)機(jī)左上方的信號(hào)接口與實(shí)驗(yàn)機(jī)右下方的信號(hào)接口分別一一對(duì)應(yīng)連接。左上方 右下方地址指針 地址指針地址總線 地址總線（在實(shí)驗(yàn)機(jī)右側(cè)中部）數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)總線（在實(shí)驗(yàn)機(jī)右側(cè)中部）

9、運(yùn)算暫存器1運(yùn)算暫存器1運(yùn)算暫存器2運(yùn)算暫存器2微地址微地址檢查完畢可以通電；注意事項(xiàng)：1、 計(jì)算機(jī)屏幕上所有的按鈕與實(shí)驗(yàn)機(jī)上的按鈕完全對(duì)應(yīng)。2、 在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要保證總線不發(fā)生沖突。即對(duì)總線操作時(shí)只有一個(gè)操作狀態(tài)有效。3、 運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)通路，三個(gè)實(shí)驗(yàn)按操作步驟操作即可 實(shí)驗(yàn)二 、存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)存取方式。2.了解與主存間的讀寫過(guò)程。3.掌握半導(dǎo)體存儲(chǔ)器讀寫時(shí)控制信號(hào)的作用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：向中任一存儲(chǔ)單元存入數(shù)據(jù)；并讀出任一單元的數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)原理 1.實(shí)驗(yàn)電路（見(jiàn)下圖） 2.實(shí)驗(yàn)原理存貯器實(shí)驗(yàn)電路由（6116），（74273）等組成。70為邏輯開關(guān)量，與產(chǎn)生地

10、址和數(shù)據(jù)；寄存器輸出A7A0提供存貯器地址，通過(guò)顯示燈可以顯示地址，D7D0為總線，通過(guò)顯示燈可以顯示數(shù)據(jù)。當(dāng)為高電平，為低電平，T3信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)，開關(guān)70產(chǎn)生的地址信號(hào)送入地址寄存器。當(dāng)為低電平，為高電平，為低電平，T3上升沿到來(lái)時(shí)，開關(guān)70產(chǎn)生的數(shù)據(jù)寫入存貯器的存貯單元內(nèi)，存貯器為讀出數(shù)據(jù)，D7D0顯示讀出數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)中，除T3信號(hào)外，為電位控制信號(hào)，因此通過(guò)對(duì)應(yīng)開關(guān)來(lái)模擬控制信號(hào)的電平，而，控制信號(hào)受時(shí)序信號(hào)T3定時(shí)。四、實(shí)驗(yàn)步驟（在完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將所有的信號(hào)狀態(tài)置成“1”高電平狀態(tài)）實(shí)驗(yàn)前將，對(duì)應(yīng)的邏輯開關(guān)置成11狀態(tài)（高電平輸出），使時(shí)序發(fā)生器處于單拍輸出狀態(tài)，每按一次P0輸出

11、一拍時(shí)序信號(hào)，實(shí)驗(yàn)處于單步狀態(tài)，并置1。實(shí)驗(yàn)步驟按表2進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)對(duì)表中的開關(guān)置1或清0，即對(duì)有關(guān)控制信號(hào)置1或清0。表格中只列出了存貯器實(shí)驗(yàn)步驟中的一部分，即對(duì)幾個(gè)存貯器單元進(jìn)行了讀寫，其它單元的步驟同表格相同。表中帶的地方表示需要按一次單次脈沖P0。注意：表中列出的總線顯示D7D0及地址顯示A7A0，顯示情況是：在寫入地址時(shí)，由70開關(guān)量地址送至D7D0，總線顯示70開關(guān)量，而A7A0則顯示上一個(gè)地址，在按P后，地址才進(jìn)入，即在單次脈沖（T3）作用后，A7A0同D7D0才顯示一樣。表2 存貯器實(shí)驗(yàn)步驟顯示結(jié)果表 70D7D0P0A7A0注釋011100H00H00H地址00寫入000100H

12、00H00H數(shù)據(jù)00寫入011110H10H10H地址10寫入000110H10H10H數(shù)據(jù)10寫入011100H00H00H地址00寫入100000H00H00H讀011110H10H10H地址10寫入100010H10H10H讀011140H40H40H地址40寫入000140H數(shù)據(jù)寫入011142H42H42H地址42寫入000155H55H42H數(shù)據(jù)55寫入011144H44H44H地址44寫入000144H數(shù)據(jù)寫入011140H40H40H地址40寫入100040H40H讀內(nèi)容011142H42H42H地址42寫入100042H55H42H讀內(nèi)容011144H44H44H地址44寫入

13、100044H44H讀內(nèi)容說(shuō)明：實(shí)驗(yàn)機(jī)中符號(hào)“”；當(dāng)信號(hào)為“0”低電平時(shí)，表示存儲(chǔ)器6264的數(shù)據(jù)輸入為有效狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)三、數(shù)據(jù)通路組成與故障分析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜び?jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路掌握數(shù)據(jù)運(yùn)算及相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果的存儲(chǔ)的工作原理二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用07數(shù)據(jù)輸入開關(guān)向1、2預(yù)置數(shù)據(jù)，做運(yùn)算后將結(jié)果存入，并實(shí)現(xiàn)任一單元的讀出。例如：將數(shù)據(jù)做如下操作44結(jié)果放在的單元44H結(jié)果放在的單元三、實(shí)驗(yàn)原理： 1.實(shí)驗(yàn)電路 2.實(shí)驗(yàn)原理數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)是將前面進(jìn)行過(guò)的運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)?zāi)K和存貯器實(shí)驗(yàn)?zāi)K兩部分電路連在一起組成的。原理圖見(jiàn)圖7。實(shí)驗(yàn)中，除T4，T3信號(hào)外，所有控制信號(hào)為電平控制信號(hào)，這些信號(hào)由邏輯開關(guān)來(lái)模擬

14、，其信號(hào)的含義與前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)相同。我們按圖7進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟（在完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將所有的信號(hào)狀態(tài)置成“1”高電平狀態(tài)）實(shí)驗(yàn)前將，開關(guān)置11，使時(shí)序發(fā)生器處于單拍狀態(tài)，按一次P時(shí)序信號(hào)輸出一拍信號(hào)，使實(shí)驗(yàn)為單步執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)步驟見(jiàn)表3。表3 數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)過(guò)程表12S3S2S1S0M70A7A0D0D7單次按鈕P注釋0111010X144H44H44H存入1011X001X1存入2101X00011101112(或運(yùn)算)101X001111011存入2101X00001101112(異或運(yùn)算)101X01001101144H存入1; 1244H011X100X1地址存入1001000101011

15、2內(nèi)容存入0111100X1地址存入10010001111111內(nèi)容存入0111100X1地址存入1100010X1讀內(nèi)容送10111100X1地址存入1100001X1讀內(nèi)容送20111100X1地址存入0101000X1數(shù)據(jù)存入0111100X1地址存入0101000X100H00H數(shù)據(jù)00H存入 表3中，列出了數(shù)據(jù)通路組成實(shí)驗(yàn)的一部分實(shí)驗(yàn)步驟，其它部分同表中的實(shí)驗(yàn)步驟相同，只是實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)及存貯單元不同。表中帶X的內(nèi)容是隨機(jī)狀態(tài)，它的電平不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表中帶“”的地方表示需要按單次脈沖P，無(wú)“”的地方則表示不需要按單次脈沖P。注意：A7A0所接的地址顯示情況是按單次脈沖P后的狀態(tài)，A7A

16、0的顯示才與表中相同，否則顯示的是上一個(gè)地址。實(shí)驗(yàn)四 微程序控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜の⒅噶罡袷降亩x。掌握微程序控制器的基本原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：分別完成輸入指令、加法指令、存數(shù)指令、輸出指令、無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令、強(qiáng)迫讀、強(qiáng)迫寫的微指令流程，并觀察微地址的變化。3、 實(shí)驗(yàn)原理：3.1實(shí)驗(yàn)電路圖圖4-4微程序控制器電路圖3.2實(shí)驗(yàn)原理一條指令由若干條微指令組成，而每一條微指令由若干個(gè)微指令及下一微地址信號(hào)組成。不同的微指令由不同的微命令和下一微指令地址組成。它們存放在控制存貯器（2764）中，因此，用不同的微指令地址讀出不同的微命令，輸出不同的控制信號(hào)。微程序控制器的電路圖見(jiàn)圖4-4，40為微地址寄

17、存器?？刂拼尜A器由3片2764組成，從而微指令長(zhǎng)度為24位。微命令寄存器為20位，由2片8D觸發(fā)器74273和1片4D觸發(fā)器74175組成。微地址寄存器5位，由3片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器7474組成，它們帶有清零端和預(yù)置端。在不判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入的微地址寄存器內(nèi)容為下一條指令地址。在需要判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻給出判別信號(hào)P（1）1及下一條微指令地址01000。在T4上升沿到來(lái)時(shí)，根據(jù)P（1）7，6，5的狀態(tài)條件對(duì)微地址01000進(jìn)行修改，然而按修改的微地址讀出下一條微指令，并在下一個(gè)T2時(shí)刻將讀出的微指令打入到微指令寄存器和微地址寄存器。（即P2）為清零信號(hào)。當(dāng)為低電平時(shí)，微指令

18、寄存器清零，微指令信號(hào)均無(wú)效。微指令格式見(jiàn)下表：表4-4 微指令格式表23222120191817161514131211S3S2S1S0M12選擇運(yùn)算器運(yùn)算模式打入片選寫打入R0打入1打入2打入109876543210R0P（1）432101打入運(yùn)算器結(jié)果送總線內(nèi)容送總線R0內(nèi)容送總線開關(guān)內(nèi)容送總線判別字下一微指令地址圖4-5 微指令流程圖如圖4-5所示，微程序控制器在清零后，總是先給出微地址為00000的微指令（啟動(dòng)程序）。讀出微地址為00000的微指令時(shí)，便給出下一條微指令地址00001。微指令地址00001及00010的兩條微指令是公用微指令。微指令地址00001的微指令執(zhí)行的是的內(nèi)容

19、送地址寄存器及加1微指令。同時(shí)給出下一條微指令地址00010。微指令地址00010的微指令在T2時(shí)序信號(hào)是，執(zhí)行的是把的指令送到指令寄存器，同時(shí)給出判別信號(hào)P（1）及下一條微 指令地址01000，在T4時(shí)序信號(hào)時(shí)，根據(jù)P（1）7，6，5，修改微地址01000，產(chǎn)生下一條微指令地址，不同的指令（7，6，5也就不同）產(chǎn)生不同的下一條微指令地址。在7，6，5為000（即無(wú)指令輸入時(shí)），仍執(zhí)行01000的微指令。從而可對(duì)進(jìn)行連續(xù)讀操作。當(dāng)執(zhí)行完一條指令的全部微指令，即一個(gè)微程序的最后一條微指令時(shí)，均給出下一微指令地址00001，接著執(zhí)行微指令地址00001，00010的公共微指令，讀下條指令的內(nèi)容，再

20、由微程序控制器判別產(chǎn)生下一條微指令地址，以后的下一條微指令地址全部由微指令給出，直到執(zhí)行完一條指令的若干條微指令，給出下一條微指令地址00001。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先把J1插座的短路塊向右短接，然后用開關(guān)25，26，27模擬指令的代碼（即7，6，5），不斷改變25，26，27狀態(tài)，模擬不同的指令，從而讀出不同的微指令。微指令輸出狀態(tài)由各對(duì)應(yīng)的指示燈顯示。實(shí)驗(yàn)用單步的方式，將啟動(dòng)程序5條指令，強(qiáng)迫讀，強(qiáng)迫寫的微指令逐條讀出?？捎秒娖街甘緹麸@示每條微指令的微命令。從微地址40和判別標(biāo)志上可以觀察到微程序的縱向變化。四、實(shí)驗(yàn)步驟：在做微程序?qū)嶒?yàn)時(shí)應(yīng)將“”和“”用26芯電纜連起來(lái)在進(jìn)行微程序控制器實(shí)驗(yàn)時(shí)兩種方式

21、（系統(tǒng)方式和單板方式）31個(gè)開關(guān)設(shè)置如下：1、 J1跳線位置應(yīng)在右側(cè)連接。2、 實(shí)驗(yàn)在系統(tǒng)機(jī)上進(jìn)行時(shí)，應(yīng)將“”信號(hào)設(shè)置成低電平。3、 ：微程序控制器的微地址修改信號(hào)，微地址修改為10000，使機(jī)器處于寫狀態(tài)。4、 ：微程序控制器的微地址修改信號(hào)，微地址修改為01000，使機(jī)器處于讀狀態(tài)。（1）觀察時(shí)序信號(hào)將，置00按單次脈沖按鈕P0，使時(shí)序信號(hào)輸出連續(xù)波形。（2）觀察微程序控制器工作原理將，置11，微程序控制器處于單步狀態(tài)，按一次單步按鈕產(chǎn)生一拍時(shí)序信號(hào)T1，T2，T3，T4。將置0使微程序控制器輸出微地址。，置11，將7置0，6置0，5值0，表示無(wú)指令輸入。實(shí)驗(yàn)步驟如下：1，按一次P2（清零

22、按鈕），使40為00000。2，按一次P0執(zhí)行微指令地址為00000的啟動(dòng)程序，給出一條微指令地址40為00001。3，將7，6，5置為001，按一次P0，執(zhí)行微指令地址00001的微指令，同時(shí)給出下一條微指令地址00010，以后再按P0，一直執(zhí)行到一條指令的全部微指令結(jié)束給出下一條微指令地址00001，輸入指令的微指令流程請(qǐng)參閱附錄3，微指令的微命令輸出顯示應(yīng)同附錄3的微指令代碼對(duì)應(yīng)，微地址的輸出顯示也應(yīng)相同。4，在執(zhí)行至微地址40顯示為00001時(shí)，置7，6，5010為加法指令的若干條微指令，直至執(zhí)行到微地址40顯示00001結(jié)束。5，重復(fù)4執(zhí)行7，6，5為011（存貯器存數(shù)指令）的指令。

23、6，重復(fù)4執(zhí)行為執(zhí)行7，6，5為100（輸出指令）的指令。7，重復(fù)4執(zhí)行7，6，5為101（無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令）的指令。8，在執(zhí)行到微地址40顯示為00001時(shí)，或在開機(jī)時(shí)，按清零鍵P2使40顯示為00000，置70，60，50，置1，置1，把開關(guān)從“1”“0”“1”，使微地址40顯示10000，強(qiáng)迫處于寫，執(zhí)行微指令地址為10000，10001，10010的三條微指令，電平指示燈顯示微指令的微命令及微地址。執(zhí)行時(shí)為循環(huán)重復(fù)執(zhí)行微指令，以便不斷對(duì)寫入數(shù)據(jù)，直到有清零信號(hào)作用時(shí)才停止。9，按清零鍵P2，使40顯示為00000，置7，6，5000，1，1，把開關(guān)從“1”“0”“1”，使微地址40顯示0

24、1000，強(qiáng)迫機(jī)器處于讀，執(zhí)行微指令地址為01000，01110，01111的三條微指令，電平指示顯示微指令的微命令及微地址。執(zhí)行時(shí)為循環(huán)重復(fù)執(zhí)行微指令，不斷讀內(nèi)容。（3）連續(xù)方式讀出微指令將時(shí)序發(fā)生器處于連續(xù)時(shí)序循環(huán)狀態(tài)，就可連續(xù)讀出微指令。將，置00，按P0時(shí)序發(fā)生器連續(xù)輸出時(shí)序信號(hào)。此時(shí)，微程序控制器按某一序列的微指令地址固定的重復(fù)地讀出微指令序列。實(shí)驗(yàn)五 模型機(jī)組成與指令周期實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶⑦\(yùn)算器模塊，存貯器模塊、微程序控制器模塊組合在一起，聯(lián)成一臺(tái)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)。用微程序控制器控制模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容執(zhí)行由5條指令組成的簡(jiǎn)單程序，掌握指令與微指令的關(guān)系，建立計(jì)算機(jī)的整機(jī)概念

25、。三、實(shí)驗(yàn)原理前面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)中，控制信號(hào)是由實(shí)驗(yàn)者用邏輯開關(guān)來(lái)模擬，以完成對(duì)數(shù)據(jù)通路的控制。而這次實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)通路的控制信號(hào)全部由微程序控制器自動(dòng)完成。從內(nèi)存取出一條機(jī)器指令到執(zhí)行指令的一個(gè)指令周期，是由微指令組成的序列來(lái)完成，取一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序。我們將5條機(jī)器指令及有關(guān)數(shù)據(jù)寫入中，通過(guò)運(yùn)行5條機(jī)器指令組成的簡(jiǎn)單程序，掌握機(jī)器指令與微指令的關(guān)系。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)置 實(shí)驗(yàn)時(shí)，（在完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將所有的信號(hào)狀態(tài)置成“1”高電平狀態(tài)）將J1設(shè)置成左側(cè)連接。將信號(hào)置成低電平“0”。在做模型機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將“”和“”用26芯電纜連接起來(lái)。1、對(duì)31個(gè)開關(guān)設(shè)置應(yīng)按下面方式設(shè)置：?jiǎn)伟宸绞轿恢茫?/p>

26、（開關(guān)位置處于單板方式的位置有如下幾個(gè)：）S3、S2、S1、S0、M、1、2、 、R0、0、1、2、 、7、6、5、R1、R2、P（1）；系統(tǒng)方式位置：（開關(guān)位置處于系統(tǒng)方式的位置有如下幾個(gè)：）、 、7、6、5、4、3、2、1、0、 、 、；1、 J1跳線位置應(yīng)在左側(cè)連接。2、 實(shí)驗(yàn)在系統(tǒng)機(jī)上進(jìn)行時(shí)，應(yīng)將“”信號(hào)設(shè)置成低電平。通過(guò)邏輯開關(guān)30（即）將從“1”“0”“1”，使微程序控制器的微指令地址為10000，強(qiáng)迫機(jī)器處于寫，重復(fù)執(zhí)行微指令地址為10000，10001，10100微指令，把所寫的程序?qū)懭?。再通過(guò)邏輯開關(guān)31（即），將從“1”“0”“1”，使微程序控制器的指令地址為01000，強(qiáng)

27、迫機(jī)器處于讀，執(zhí)行微指令地址01000，01110，01111的微指令。讀出所寫的程序，以校對(duì)寫入的程序和數(shù)據(jù)是否正確，然后再運(yùn)行程序。（二）指令系統(tǒng)：（1） A，。指令碼20，A指R0，指70上的數(shù)據(jù)輸入到R0寄存器。是輸入指令。（2） A，（）。指令碼40 ，A指R0，為存貯器地址。將R0寄存器的內(nèi)容與內(nèi)存中以為地址單元內(nèi)數(shù)相加，結(jié)果送R0，是加法指令。（3）（），A。指令碼60 ，A指R0，為存貯器地址。將R0寄存器的內(nèi)容存到以為地址的內(nèi)存單元中。（4） ，（）。指令碼80（），為數(shù)據(jù)總線，為存貯器地址。將內(nèi)存中以為地址的數(shù)據(jù)讀到總線上。（5） 。指令碼A0 。指存貯器地址。程序無(wú)條件地

28、轉(zhuǎn)移到所指定的內(nèi)存單元地址。（6）存貯器寫命令。（7）存貯器讀命令。(三)存貯器寫操作（1）所寫程序 R0， （輸入指令） R0，（） （加法指令） （），R0 （存貯器存數(shù)指令） ，（） （輸出指令） （無(wú)條件轉(zhuǎn)換指令）（2）起始地址從00開始地址指令碼注釋0020090140 0B0360 0A0580 0007A0 09550A（3）操作過(guò)程26，23，24，30，31設(shè)置為01111，即0。，11為單步狀態(tài)，1，1。70設(shè)置00000000。按清零鍵P2，30從“1”“0”“1”即 ，這時(shí)，40顯示為10000，然后按表5進(jìn)行存貯操作。存貯器寫是在單步狀態(tài)下進(jìn)行，其控制信號(hào)全部由微程序

29、控制器提供，因此只需操作70（置數(shù)據(jù)）及按P0（單步操作）。以上為存貯器寫入全過(guò)程，起始地址是00H。如果從30H開始，只要在開始用開關(guān)置4為“1”，40顯示為10000，70開關(guān)置30H，寫過(guò)程相同。不同之處在于顯示地址為303，總線顯示為303。寫過(guò)程結(jié)束后，按清零鍵P2。(四)存貯器讀操作（在完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)后，應(yīng)將所有的信號(hào)狀態(tài)置成“1”高電平狀態(tài)）狀態(tài)設(shè)置為01111，即0， 11，1，1，為單步操作。從“1”“0”“1”即 ，此時(shí)，40顯示為01000。存貯器讀操作是在單步狀態(tài)下進(jìn)行。同樣只需按表6操作07及按P0（單步操作）。表5 存貯器操作過(guò)程及顯示結(jié)果表 P070A7A0D7D0

30、407000H1000000H1000100H20H00H01H1001001H00H20H1000101H40H01H02H1001002H01H40H1000102H09H02H03H1001003H02H09H1000103H60H03H04H1001004H03H60H1000104H004H05H1001005H04H01000105H80H05H06H1001006H05H80H1000106H006H07H1001007H06H01000107HA0H07H08H1001008H07HA0H1000108H00H08H09H1001009H08H00H1000109H55H09H

31、010010009H55H100010001001000100010表6 存貯器讀操作過(guò)程及顯示結(jié)果表P070A7A0D7D0407000H0100000H0111000H00H01H0111101H00H20H0111001H01H02H0111102H01H40H0111002H02H03H0111103H02H09H0111003H03H04H0111104H03H60H0111004H04H05H0111105H04H00111005H05H06H0111106H05H80H0111006H06H07H0111107H06H00111007H07H08H0111108H07HA0H01

32、11008H08H09H0111109H08H00H0111009H09H001111009H55H01110000011110001110000011110001110000011110在處，程序未讀出時(shí)是隨機(jī)數(shù)，當(dāng)執(zhí)行后讀方法讀出時(shí)，處顯示指70（09H）即8A55。如果程序?qū)懺?0H單元內(nèi)，只需在開始時(shí)將70開關(guān)置30H，A7A0顯示則從30H開始，其它不變。(五)執(zhí)行過(guò)程執(zhí)行過(guò)程可以用單步或連續(xù)執(zhí)行。當(dāng)單步執(zhí)行時(shí)，狀態(tài)設(shè)置為01111，即0，11，1，1，按清零鍵P2。然后按表7進(jìn)行操作，操作只需對(duì)07及P0操作，此時(shí)J1插座短路塊接向左方。表7 執(zhí)行過(guò)程操作及顯示結(jié)果表P070A7A

33、0D7D04070000000000H0000100H00H01H0001001H(8A)00H20H0100101H00H80000101H01H02H0001002H01H40H0101002H02H03H0001103H09H55H0010003H09H55H0010103H09H80011003H09H0000103H03H04H0001004H03H60H0101104H04H05H0011105H01011005H00000105H05H06H0001006H05H80H0110006H06H07H1001107H01010007H00000107H07H08H0001008H07

34、HA0H0110108H08H09H1010109H08H00H0000109H(六)運(yùn)行情況：（1）先執(zhí)行 R0，輸入指令 將開關(guān)8A送入R0寄存器。（2）執(zhí)行 R0，（）加法指令 將存貯器地址09中的內(nèi)容（55）同R0中的數(shù)據(jù)（8A）相加，結(jié)果為送R0寄存器。（3）執(zhí)行（），R0指令 將R0的內(nèi)容送以為地址的內(nèi)存，為0B，送R0存儲(chǔ)器0B中。（4）執(zhí)行 ，（）指令 將為地址的內(nèi)容送總線，為0A中存，送總線。（5）執(zhí)行 指令無(wú)條件轉(zhuǎn)換到以為地址的內(nèi)存中執(zhí)行指令。轉(zhuǎn)移到00地址。再執(zhí)行 R0，輸入指令。 擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)該篇章是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)共有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，分別為：實(shí)驗(yàn)六 時(shí)序與啟停實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七 基本模型

35、機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)八 帶移位運(yùn)算的模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)九 復(fù)雜模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)六 時(shí)序與啟停實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握時(shí)序電路的原理 2熟悉啟停電路的原理二、實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)時(shí)序電路的啟動(dòng)了解以單步、連續(xù)方式運(yùn)行時(shí)序電路的過(guò)程，觀察T1、T2、T3、T4各點(diǎn)的時(shí)序波形。三、實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序與啟停電路原理如圖所示，圖4-6 時(shí)序發(fā)生器及啟停電路其中時(shí)序電路由1/2片7474、1片74175及6個(gè)二輸入與門、2個(gè)二輸入與非門和3個(gè)反向器構(gòu)成?？僧a(chǎn)生4個(gè)等間隔的時(shí)序信號(hào)T1、T2、T3、T4，其中為時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘頻率可從F0、F1、F2、F3中選擇一個(gè)，由位于實(shí)驗(yàn)裝置左下方的方波信號(hào)源提供。

36、學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)自行選擇方波信號(hào)的頻率。為了便于控制程序的運(yùn)行，時(shí)序電路發(fā)生器也設(shè)置了一個(gè)啟停控制觸發(fā)器，使T1T4信號(hào)輸出可控。上圖中啟停電路由1/2片7474、7400及1個(gè)二輸入與門構(gòu)成。，為單步停機(jī)控制信號(hào)，當(dāng)其中1個(gè)或2個(gè)都為高電平“1”時(shí)，此時(shí)，時(shí)序發(fā)生器處于停機(jī)或單步狀態(tài)，即每按一次啟動(dòng)按鈕P0（P0和0；實(shí)驗(yàn)時(shí)需用導(dǎo)線將與連接起來(lái)）產(chǎn)生一拍時(shí)序信號(hào)T1，T2，T3，T4。當(dāng)，都為低電平時(shí)，按一次啟動(dòng)按鈕P0，產(chǎn)生連續(xù)時(shí)序信號(hào)，接P2作清除按鈕。連續(xù)輸出時(shí)序波形如圖所示。圖4-7 連續(xù)輸出時(shí)序波形圖T1，T2，T3，T4有兩組輸出信號(hào)，以提高負(fù)載能力。因此時(shí)序信號(hào)T1T4將周而復(fù)始

37、地發(fā)送出去。如果實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于系統(tǒng)方式下，當(dāng)進(jìn)入“單步”方式命令鍵時(shí)管理令“、”處于單步控制方式，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè)周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。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(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果按動(dòng)“停機(jī)方式”命令鍵管理令工作方式處于停機(jī)狀態(tài)，也會(huì)使機(jī)器停機(jī)。實(shí)驗(yàn)七 基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1在掌握部件單元電路實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其系統(tǒng)地組成一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。 2為其定義五條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，上機(jī)調(diào)試掌握整機(jī)概念。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1實(shí)驗(yàn)原理部件實(shí)驗(yàn)過(guò)

38、程中，各部件單元的控制信號(hào)是以人為模擬產(chǎn)生為主，而本次實(shí)驗(yàn)將能在微程序控制下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的控制信號(hào)，實(shí)驗(yàn)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(lái)完成，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(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一個(gè)微程序 。 本實(shí)驗(yàn)采用五條機(jī)器指令：輸入、二進(jìn)制加法、存數(shù)、輸出、無(wú)條件轉(zhuǎn)移，其指令格式如下前四位為操作碼：助記符 機(jī)器指令碼 說(shuō)明 0010 0000 “ ”中的開關(guān)狀態(tài)R0 0100 0000 ×××××××× R00 0110 000

39、0 ×××××××× R0 1000 0000 ×××××××× 1010 0000 ×××××××× 其中為單字節(jié)8位，其余為雙字節(jié)指令，××××××××為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。 根據(jù)以上要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通路框圖，如附錄2圖所示。系統(tǒng)涉及到的微程序流程圖如下圖所示：當(dāng)擬定“取指”微指

40、令時(shí)，該微指令的判別測(cè)試字段為P1測(cè)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P1的測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)多路分支。本機(jī)用指令寄存器的前三位75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。 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8即為將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”。指令寄存器：指令寄存器用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)執(zhí)行一條指令時(shí)，先把它從內(nèi)存取到緩沖寄存器中，然后再傳送至指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進(jìn)制數(shù)構(gòu)成，為了執(zhí)行任何給定的指令，必須對(duì)操作碼進(jìn)行測(cè)試P1，通過(guò)節(jié)拍脈沖T4的控制以便識(shí)別所要求的操作。“指令譯碼器”實(shí)驗(yàn)板上標(biāo)有“ ”的芯片根據(jù)指令中的操作碼譯碼強(qiáng)置微控器單元的微地址，使下一條微指令指向相應(yīng)的微程序首地址。 本系統(tǒng)有兩種外部設(shè)備，一種是二進(jìn)制代碼開關(guān)，它作為輸入設(shè)備（ ）；另一種是塊，它作為輸出設(shè)備 。例如：輸入時(shí)，二進(jìn)制開關(guān)數(shù)據(jù)直接經(jīng)過(guò)三態(tài)門送到外部數(shù)據(jù)總線上，只要開關(guān)狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時(shí)，將輸出數(shù)據(jù)送到外部數(shù)據(jù)總線上，當(dāng)寫信號(hào)有效時(shí)，將數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器，驅(qū)動(dòng)顯示。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)機(jī)器指令程序如下：地址二進(jìn)制 內(nèi)容二進(jìn)制 助記符號(hào) 說(shuō)明0000 0010 0000 “ ”R00001 0100 0000 09H R009