實驗一DVCC實驗機研系統(tǒng)概述

計算機組成原理實驗講稿張勇淮陰師范學院計算機科學系實驗DVCC實驗機研系統(tǒng)概述1．實驗目的：了解DVCC實驗計算機系統(tǒng)，認識功能模塊。掌握功能開關的使用。2、DVCC實驗機硬件簡介運算器的主體部分，在用2片74LS181芯片級聯而成時，就構成8位的運算器；在用4片74LS181芯片級聯而成時，就構成16位的運算器。系統(tǒng)內有3組總線：數據總線、地微程序微程序模塊、啟停和時序電路模塊、控制臺控制模塊以及擴展模塊。各功能模塊的輸出均通過三態(tài)器件，部分公用模塊（每個實驗均用到）間的總線已連好，另一部分模塊總線由實驗者按需連接。各模塊所用的控制線全部用跳線器跳接。3、DVCC實驗機功能模塊詳述[1]運算器模塊（8位/16位）運算器模塊主要由運算器U31、U32（74LS181）、暫存器U29、U30（74LS273）、輸出緩沖器U33（74LS245）以及進位控制和判零標志控制電路等構成。74LS181的功能控制條件M、CN、S3、S2、S1、S0來決定。兩個參加運算的數分別來自于暫存器U29和U30,運算結果直接輸出到輸出緩沖器U33，由輸出緩沖器發(fā)送到系統(tǒng)的數據總線上,以便進行移位操作或參加下一次運算。[2]移位寄存器模塊移位寄存器采用74LS299（U34）,它具有并行接數、邏輯左移、邏輯右移、保持功能。寄存器堆模塊寄存器有4個8位通用寄存器。它們用來保存操作數及其中間運算結果。寄存器用74LS374（U41?U44）,它的輸入全部相連后連到系統(tǒng)數據總線上BUSDO?D7,總線上的數據具體寫入由各自的寫人脈沖（LDR0K?LDR3K）控制；寄存器的輸出用一個排針REGBUS引出，在使用時再連到系統(tǒng)總線上，寄存器讀出，由各自的輸出允許信號ROB~R3B控制。程序計數器PC與地址寄存器模塊程序計數器PC（8位）：由兩片可預置的4位二進制同步計數器74LS161（U38、U39）構成，它具有接數、計數、清零等功能。它的輸出采用三態(tài)傳輸器件74LS245（U4O）。指令寄存器模塊指令寄存器模塊中指令寄存器74LS273（U36），它作為指令譯碼電路的輸入，實現程序跳轉控制。啟停和時序電路模塊時鐘信號源由時基電路555（U46）和可再觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器74LS123（U47）產生特定占空比的信號H23。在時序控制電路接入信號源H23后，根據運行控制開關及運行方式控制開關的狀態(tài)，按動啟動開關，T1?T4將輸出有規(guī)律的工作脈沖信號，以提供給其他電路使用。當SP端接入時鐘信號H23或H24時，在TS1?TS4端產生不受控制的間隔時序信號。微程序控制器模塊電路微程序控制器模塊主要由微程序編程器與核心微控制器兩部分組成。主存儲器單元電路主存儲器單元電路主要用于存放實驗中的機器指令，由6264構成。輸入設備單元系統(tǒng)中用8個撥動開關作為輸入設備，通過總線驅動器74LS245（U51）輸出到系統(tǒng)的擴展數據總線EXD0?EXD7上，輸入的數據顯示在LD0~LD7八個LED上。輸出設備單元此單元設置兩個七段數碼管，用于顯示需要輸出的數據。七段數碼管的譯碼電路由兩片GAL16V8（U53、U54）組成。系統(tǒng)內部數據總線單元本機設置8芯排針組BUS1~BUS6,用于連接系統(tǒng)各單元中的數據總線（在實驗中需要時再連上），系統(tǒng)數據總線的電平狀態(tài)由8個LED顯示器LZD0?LZD7顯示，高電平點亮，低電平熄滅。系統(tǒng)外部數據總線單元本機設置了8芯排針4組EXJ1?EXJ3和EXA1,用于連接外部擴展的I/O器件的數據總線和地址總線。外部擴展的I/O器件的讀寫控制信號為WE和OUTW/R，外部擴展的I/O器件的片選信號來自于一個譯碼電路74LS139(U49)，它的輸入BO、B1接至24位控存第16~7位(即M16?M17)，它的輸出為Y0~Y3，均為低電平有效。邏輯信號測量單元(虛擬示波器)本機提供兩個通首(CH1、CH2)邏輯信號測量虛擬示波器，系統(tǒng)上被測試點的邏輯信號由控制CPU采集后，通過RS232串口送到上位機，由上位機屏幕顯示被測點的信號波形。系統(tǒng)控制開關單元(1系統(tǒng)總清開關：低電平為系統(tǒng)總清(即將總清開關先撥在低電平，再撥到高電平)，于某種原因LCLR為總清開關電平指示，高電平亮，低電平滅。手動方式時，主存儲器工作狀態(tài)控制開關SWA和SWC,LSWA、LSWC為開關SWA和SWC的電平指示燈，高電平亮，低電平滅。手動方式時，運行方式控制開關。本機有兩種運行方式：單步和連續(xù)。撥在上面時為連續(xù)，撥在下面時為單步。(4)手動方式時，本機運行控制開關。本機有兩個狀態(tài)：停機和運行。微程序編程控制開關：該開關分三檔，撥在最上面時，寫微程序；撥在中間時，讀微程序；撥在最下面時，運行微程序。手動脈沖發(fā)生開關：這是一個微動開關，按一次產生一個脈沖，正脈沖引出到J23的SD端，只限在手動方式下使用。(7)啟動運行開關：這是一個微動開關，在手動方式下，按動一次產生一個啟動脈沖。當運行方式開關在單步位置時，按一次啟動運行開關，單步運行一條微指令；當運行方式開關在邊疆位置時，只要按一次啟動開關，就自動往下一條一條執(zhí)行微程序。(8)部分信號控制開關部分信號控制開關共有12個，它們名稱分別是ALUB、299B、LDDR1、LDDR2、AR、SWB、LDAR(OUTW/R)、LOAD(LEDB)、CW、WE、PCB、LDPC。各開關的電平由對應的LED指示，高電平亮，低電平滅。指示燈的名稱對應為LALUB、L299B、LDDR1、LDDR2、LAR、LSWB、LDAR(OUTW/R)、LOAD(LEDB)、LCW、LWE、LPCB、LDPC。(9)手動、自動切換跳線器信號ALUB、299B、LDDR1、LDDR2、AR、SWB、LDAR(OUTW/R)、LOAD(LEDB)、CW、WE、PCB、LDPC在手動和自動兩種方式之間需要切換，左邊1、2相連時為手動，右邊2、3相連時為自動。另外，T1、T2、T3、T4為時序信號輸入端，它們已和系統(tǒng)中其他單元電路中相應的時序信號控制端全部連好。在做部件實驗時(手動方式)，T1、T2、T3、T4四個短路片拿掉，再將相應的線(T1或T2或T3或T4)接到單脈沖輸出端J23的SD；做模型機實驗時，T1、T2、T3、T4四個短路片全部連上，即T1~T4接到對應的TS1?TS4。單片微機控制單元微機控制單元是本機在自動工作方式下的核心控制部件，大部分的控制信號來自于該單元單片機的I/O口線。大規(guī)模電路實驗單元本單元采用在系統(tǒng)可編程器件ISP1032E，作為用戶設計可重構原理實驗計算機和基于RISC處理器的實驗計算機。I/O擴展實驗單元本單元擴展了一個并行輸入/輸出接口芯片8255A和一個定時/計數器芯片8253A，可以完成實驗計算機系統(tǒng)的輸入/輸出接口實驗和定時/計數器實驗。實驗二存儲器實驗1、實驗目的：A、 掌握靜態(tài)隨機存取存儲器RAM工作特性。B、 掌握隨機存取存儲器數據的讀寫方法。2、實驗原理主存儲器單元電路主要用于存放實驗機的機器指令，如圖所示，它的數據總線掛在外部數據總線EXDO?EXD7上；它的地址總線由地址寄存器單元電路中的地址寄存器74LS273(U37)給出，地址值由8個LED燈LADO?LAD7顯示，高電平亮，低電平滅；在手動方式下，輸入數據由8位數據開關KDO?KD7提供，并經一三態(tài)門74LS245(U51)連至外部數據總線EXDO?EXD7，實驗時將外部數據總線EXDO?EXD7用8芯排線連到內部數據總線BUSDO?BUSD7,分時給出地址和數據。它的讀信號直接接地；它的寫信號和片選信號由寫入方式確定。該存儲器中機器指令的讀寫分手動和自動兩種方式。手動方式下，寫信號由W/R提供，片選信號由CE提供；自動方式下，寫信號由控制CPU的P1.2提供，片選信號由控制CPU的P1.1提供。由于地址寄存器為8位，故接入6264的地址為A0?A7,而高4位A8?A12接地，所以其實際使用容量為256字節(jié)。6264有四個控制線：CS1第一片選線、CS2第二片選線、OE讀線、WE寫線。其功能如表3-4所示。CS1片選線由CE控制(對應開關CE)、OE讀線直接接地、WE寫線由W/R'控制(對應開關WE)、CS2直接接+5V。圖中信號線LDAR由開關LDAR提供，手動方式實驗時，跳線器LDAR撥在左邊，脈沖信號T3由實驗機上時序電路模塊TS3提供，實驗時只需將J22跳線器連上即可，T3的脈沖寬度可調。62648K靜態(tài)RAMVccWECE2AsAsAilOEAioCEgl/Oe業(yè)㈣颶SEES因因因圍團固匝IIS迴固6264LlJIzJ且111］囤囤LzJ也］團血迥［12］迴犁NCA12AyA&A5A4^3A2AiAo甌她颶工WECEiCEePE方式Rq-DtXHXXXXLXHLHHHLHLLLHHLLHL未選中未選中輸出禁止讀寫寫高陽高陽高陽DoutDinDin

工作方式I/O輸入DIDO/OE/WEZCS非選擇XHIGH-ZXXH讀出HIGH-ZDOLHL寫入DIHIGH-ZHLL寫入DIHIGH-ZLLL選擇XHIGH-ZHHL3、實驗接線⑴MBUS連BUS2；⑵EXJ1連BUS3；⑶跳線器J22的T3連TS3；⑷跳線器J16的SP連H23；⑸跳線器SWB、CE、WE、LDAR撥在左邊（手動位置）。4、實驗步驟⑴連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。⑵形成時鐘脈沖信號T3,方法如下：在時序電路模塊中有兩個二進制開關"運行控制"和"運行方式"。將"運行控制"開關置為"運行"狀態(tài)、"運行方式"開關置為"連續(xù)"狀態(tài)時，按動"運行啟動"開關，則T3有連續(xù)的方波信號輸出，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；本實驗中"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài),每按動一次"啟動運行"開關，則T3輸出一個正單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。⑶給存儲器的00地址單元中寫入數據11，具體操作步驟如下：SWB=OCE=1SWB=1 CE=1 LDAR=1 KD0-D5E叩叫養(yǎng)據開關觀EWB=D，申輸入三態(tài)門）門=二（數據置入膛止寄存町）SWB=OCE=OSWB=1KDO-DSWB=1KDO-D7=00010001^^^^SWB=0 LDAR=0竅據置入存儲器価）LDAR=D輸入三言門\門=_8竅據置入存儲器価）如果要對其它地址單元寫入內容，方法同上，只是輸入的地址和內容不同。⑷讀出剛才寫入00地址單元的內容，觀察內容是否與寫入的一致。具體操作步驟如下：

SWB=1CE=OWE=OL~DSWB=1CE=OWE=OL~D職=D數據抽存儲器讀出）SWB=1KDO-DZCmC■如叫巒冠CE=1SWB=OSWB=OCE=1LDAR=1*C開輸入三龕門，數據置入地址寄存器]⑸給存儲器的00、01、02、03、04、05地址單元中寫入數據。并驗證。[6]談談實驗的心得。實驗三8位算術邏輯運算1、實驗目的：A、 掌握簡單運算器的數據傳送通路組成原理。B、 驗證算術邏輯運算功能發(fā)生器74LS181的組合功能。2、 實驗原理實驗中所用的運算器數據通路如圖3—1所示。其中運算器由兩片74LS181以并/串形成8位字長的ALU構成。運算器的輸出經過一個三態(tài)門74LS245（U33）到ALUO1插座，實驗時用8芯排線和內部數據總線BUSD0?D7插座BUS1?6中的任一個相連，內部數據總線通過LZDO?LZD7顯示燈顯示；運算器的兩個數據輸入端分別由二個鎖存器74LS273（U29、U30）鎖存，兩個鎖存器的輸入并聯后連至插座ALUBUS,實驗時通過8芯排線連至外部數據總線EXD0?D7插座EXJ1?EXJ3中的任一個；參與運算的數據來自于8位數據開并KDO?KD7,并經過一三態(tài)門74LS245CU51）直接連至外部數據總線EXDO?EXD7,通過數據開關輸入的數據由LDO?LD7顯示。圖中算術邏輯運算功能發(fā)生器74LS181（U31、U32）的功能控制信號S3、S2、S1、SO、CN、M并行相連后連至SJ2插座，實驗時通過6芯排線連至6位功能開關插座UJ2,以手動方式用二進制開關S3、S2、S1、S0、CN、M來模擬74LS181（U31、U32）的功能控制信號S3、S2、S1、SO、CN、M；其它電平控制信號LDDR1、LDDR2、ALUB、、SWB、以手動方式用二進制開關LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB來模擬，這幾個信號有自動和手動兩種方式產生，通過跳線器切換，其中ALUB、、SWB'為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。另有信號T4為脈沖信號，在手動方式下進行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關的輸出端SD相連，按動手動脈沖開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。3、實驗接線本實驗用到4個主要模塊：⑴低8位運算器模塊，⑵數據輸入并顯示模塊，⑶數據總線顯示模塊，⑷功能開關模塊（借用微地址輸入模塊）。根據實驗原理詳細接線如下：⑴ALUBUS連EXJ3；⑵ALUO1連BUS1；⑶SJ2連UJ2；⑷跳線器J23上T4連SD；（5）LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四個跳線器撥在左邊（手動方式）；⑹AR跳線器撥在左邊，同時開關AR撥在"1"電平。4、實驗步驟⑴連接線路，仔細查線無誤后，接通電源。⑵用二進制數碼開關KD0?KD7向DR1和DR2寄存器置數。方法：關閉ALU輸出三態(tài)門（ALUB、=1），開啟輸入三態(tài)門（SWB'=0），輸入脈沖T4按手動脈沖發(fā)生按鈕產生。

設置數據開關具體操作步驟圖示如下：KD0-D7=00110101LDD5<1=1KD0-D7=00110101ALUB=1 LDDR2=0 KD0-D7=01001000ALUB=1SWB=OLDDR1=OLDDR2=1聖輸丸三態(tài)門、孔?念據存入寄存器DR：KD0-D7=01001000ALUB=1SWB=OLDDR1=OLDDR2=1說明：LDDR1、LDDR2、ALUB、、SWB、四個信號電平由對應的開關LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB給出，撥在上面為"1",撥在下面為"0",電平值由對應的顯示燈顯示，T4由手動脈沖開關給出。⑶檢驗DR1和DR2中存入的數據是否正確，利用算術邏輯運算功能發(fā)生器74LS181的邏輯功能，即M=1。具體操作為：關閉數據輸入三態(tài)門SWB、=1,打開ALU輸出三態(tài)門ALUB、=O,當置S3、S2、S1、SO、M為11111時，總線指示燈顯示DR1中的數，而置成10101時總線指示燈顯示DR2中的數。⑷驗證74LS181的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）在給定DR1=35、DR2=48的情況下，改變算術邏輯運算功能發(fā)生器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入表3-1中，并和理論分析進行比較、驗證。DR1DR2S3S2S1SOM=0（算術運算）M=1（邏輯運算）Cn=l無進位Cn=0有進位35480000F=(35)F=(36)F=(CA)35480001F=(7D)F=(7E)F=⑻）35480010F=(B7)F=(B8)F=(48)0011F=(FF)F=(00)F=(00)0100F=(6A)F=(6B)F=(FF)0101F=(B2)F=(B3)F=(B7)0110F=(EC)F=(ED)F=(7D)0111F=(34)F=(35)F=(35)1000F=(35)F=(36)F=(CA)1001F=(7D)F=(7E)F=(82)1010F=(B7)F=(B3)F=(43)1011F=(FF)F=(00)F=(00)1100F=(6A)F=(6B)F=(FF)1101F=(B2)F=(B3)F=(B7)1110F=(EC)F=(ED)F=(7D)1111F=(34)F=(35)F=(35)實驗四帶進位控制8位算術邏輯運算1、 實驗目的：A、 驗證帶進位控制的算術邏輯運算發(fā)生器的功能。B、 按指定數據完成幾種指定的算術運算。2、 實驗原理帶進位控制運算器的實驗原理如圖3—2所示，在實驗⑴的基礎上增加進位控制部分，其中高位74LS181(U31)的進位CN4通過門UN4E、UN2C、UN3B進入UN5B的輸入端D,其寫入脈沖由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，在手動方式下進行實驗時，只需將跳線器J23上T4與手動脈沖發(fā)生開關的輸出端SD相連，按動手動脈沖開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。AR是電平控制信號(低電平有效)，可用于實現帶進位控制實驗。從圖中可以看出，AR必須為"0"電平，D型觸發(fā)器74LS74(UN5B)的時鐘端CLK才有脈沖信號輸入。才可以將本次運算的進位結果CY鎖存到進位鎖存器74LS74(UN5B)中。3、 實驗接線實驗連線⑴?⑸同實驗一，詳細如下：⑴ALUBUS連EXJ3；⑵ALUO1連BUS1；⑶SJ2連UJ2；⑷跳線器J23上T4連SD；⑸LDDR1、LDDR2、ALUB、SWB四個跳線器撥在左邊(手動方式)；(6)AR、299B跳線器撥在左邊，同時開關AR撥在"0"電平，開關299B撥在"1"電平；⑺J25跳線器撥在右邊。4、 實驗步驟⑴仔細查線無誤后，接通電源。⑵用二進制數碼開關KD0?KD7向DR1和DR2寄存器置數，方法：關閉ALU輸出三態(tài)門ALUB=1，開啟輸入三態(tài)門SWB=0，輸入脈沖T4按手動脈沖發(fā)生按鈕產生。如果選擇參與操作的兩個數據分別為55H、AAH，將這兩個數存入DR1和DR2的具體操作步驟如下：LDDR1=1 ALUB=1 LDDR2=0一 _KDD-D7=01D1U1十色據開關筆)￡WB *(開輸入三態(tài)門)T4=_TL?據存入寄存器口丐LDDR1=O ALUB=1一 _LDDR2=1, 、KDD-D5101叫色據開關尊泮空輸入三態(tài)門)J旦據存入舒器dr￡)⑶開關ALUB=O,開啟輸出三態(tài)門，開關SWB=1,關閉輸入三態(tài)門，同時讓LDDR1=O,LDDR2=0。⑷如果原來有進位，即CY=1,進位燈亮，但需要清零進位標志時，具體操作方法如下：?S3、S2、S1、SO、M的狀態(tài)置為00000，AR信號置為"0"電平（清零操作時DR1寄存器中的數應不等于FF）。?按動手動脈沖發(fā)生開關，CY=0，即清進位標志。注：進位標志指示燈CY亮時表示進位標志為"1"，有進位；進位標志指示燈CY滅時,表示進位位為"0"，無進位。⑸驗證帶進位運算及進位鎖存功能這里有兩種情況：?進位標志已清零，即CY=0，進位燈滅，此時，使開關CN=0，再來進行帶進位算術運算。例如步驟⑵參與運算的兩個數為55H和AAH，當S3、S2、S1、S0、M狀態(tài)為10010，此時輸出數據總線顯示燈上顯示的數據為DR1加DR2再加初始進位位"1"（因CN=0），相加的結果應為ALU=00，并且產生進位，此時按動手動脈沖開關，則進位標志燈亮，表示有進位。如果開關CN=1，則相加的結果ALU=FFH，并且不產生進位。?原來有進位，即CY=1，進位燈亮，此時不考慮CN的狀態(tài)，再來進行帶進位算術運算。同樣步驟⑵參與運算的兩個數為55H和AAH，當S3、 S2、S1、S0、M狀態(tài)為10010，此時輸出數據總線顯示燈上顯示的數據為DR1加DR2再加當前進位標志CY，相加的結果同樣為ALU=00，并且產生進位，此時按動手動脈沖開關，則進位標志燈亮，表示有進位。實驗五移位運算器1、實驗目的：A、驗證移位控制器的組合功能。2、實驗原理移位運算實驗原理如圖3—4所示，使用了一片74LS299(U34)作為移位發(fā)生器，其八位輸入/輸出端引到8芯排座ALUO2，在實驗時用8芯排線連至數據總線插座BUS4。299B'信號由開關299B提供，控制其使能端，T4為其時鐘脈沖，手動方式實驗時將T4與手動脈發(fā)生器輸出端SD相連，即J23跳線器上T4連SD。由信號S0、SI、M控制其功能狀態(tài)，詳細見下表3-3。表3—孑74LS299功能表四9BS1soM功 能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進位循環(huán)左移任意11任意裝數3、 實驗接線⑴ALUO2連BUS4；⑵EXJ1連BUS3；⑶SJ2連UJ2；⑷跳線器ALUB、299B、SWB撥在左邊(手動位置)，且開關ALUB撥在"1"電平,299B撥在"0"電平。⑸跳線器J23上T4連SD；4、 實驗步驟⑴連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。⑵置數，具體步驟如下：⑶移位，參照上表改變S0、S1、M、299B的狀態(tài)，按動手動脈沖開關以產生時鐘脈沖T4,觀察移位結果。實驗六微控制器1、實驗目的A、 掌握時序信號發(fā)生電路組成原理。B、 掌握微程序控制器的設計思想和組成原理。C、 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。2、 實驗原理實驗所用的時序電路原理如圖3-6所示,可產生4個等間隔的時序信號TS1?TS4，其中SP為時鐘信號，由實驗機上時鐘源提供，可產生頻率及脈寬可調的方波信號。學生可根據實驗要求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)生器設計了一個啟?？刂朴|發(fā)器UN1B，使TS1?TS4信號輸出可控。圖中"運行方式"、"運行控制"、"啟動運行"三個信號分別是來自實驗機上三個開關。當"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"連續(xù)"時，一旦按下"啟動運行"開關，運行觸發(fā)器UN1B的輸出QT一直處于"1"狀態(tài)，因此時序信號TS1?TS4將周而復始地發(fā)送出去；當"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"單步"時，一旦按下"啟動運行"開關，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，每次只運行一條微指令，停機后可以觀察微指令的代碼和當前微指令的執(zhí)行結果。另外，當實驗機連續(xù)運行時，如果"運行方式"開關置"單步"位置，也會使實驗機停機。3、 微程序控制電路與微指令格式⑴微程序控制電路微程序控制器的組成見圖3—7,其中控制存儲器采用3片E2PR0M2816芯片，具有掉電保護功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器74LS273（U23、U24）和一片4D觸發(fā)器74LS175（U27）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74LS74（U14?U16）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容即為下一條微指令地址。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，它具有三種狀態(tài)：寫入、讀出、運行。當處于"寫"狀態(tài)時，學生根據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"讀"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（U12），目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅動微地址顯示燈。⑵微指令格式微指令長共24位，其控制位順序如下：

運行微程序01其中UA5?UAO為6位的后續(xù)微地址，A、B、C三個譯碼字段，分別由三組譯碼控制電路譯碼產生各控制信號。C字段中的P(1)?P(4)是四個測試字位。其功能是根據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，從而實現微程序的順序、分支、循環(huán)運行，其原理如圖3－8所示，圖中I7?I2為指令寄存器的第7?2位輸出，SE5?SE1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，低電平有效。B字段中的RSB、RDB、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，其功能是根據機器指令來進行三個工作寄存器R0、R1及R2的選通譯碼，其原理如圖3－9，圖中I0－I4為指令寄存器的第0?4位，LDRI為打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。01PC^-ARPC+101PC^-ARPC+1控制器控制器KWE<01)KWE<01)4、實驗步驟⑴根據機器指令畫出對應的微程序流程圖，如圖3-10所示；⑵根據微程序流程圖設計微指令，并按微指令格式轉換成二進制代碼，如表3-5所示。

表3—5二進制徴代碼表徴地址S3S2SISOMCNWEB1BOABcUA5---UA0000000010110000001000100000100000101111011011000001002000001001100000001001000030000010011100000000001000400000100101100000000010105000001011010001000000110061001010110011010000000010700000100111000000000110108000001000001000000000001090000010111101101100000110A0000010111101101100001110B0000010111101101100011100C000001011110110110010110

0D0000010010000010000000010E0000010011100000000011110F000001001010000000010101100000010111101101100100101100000101111011011001010012000001001010000000010111130000010110000000000000011400000100001000000001100015000001110000101000000001160000010011010001100000011100000111000010100001000018000001101000101000010001⑶實驗接線跳線器J20、J21連上短路片；②跳線器J16上SP連H23；③UJ1連UJ2。⑷仔細查線無誤后接通電源⑸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。方法如下：將"運行控制"開關置為"運行"、"運行方式"開關置為"連續(xù)"。按動"啟動運行"開關，從示波器上可觀察到TS1(J20)、TS2(J21)、TS3(J22)、TS4(J23)各點的波形，比較它們的相互關系，畫出其波形，并標注測量所得的脈沖寬度，如下圖3－11。閣玉11⑹進一步了解微程序控制器的工作原理①寫微程序A."編程開關"置為"寫入"狀態(tài)。"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài)。用二進制模擬開關UAO?UA5置6位微地址，UAO?UA5的電平由LKO?LK5顯示，高電平亮，低電平滅。用二進制模擬開關MK1?MK24置24位微代碼，24位微代碼由LMD1?LMD24顯示燈顯示，高電平亮，低電平滅。按動"啟動運行"開關，啟動時序電路，即可將微代碼寫入到E2PROM2816的相應地址單元中。F.重復C-E步驟，將表3—5的微代碼全部寫入E2PROM2816中。讀微程序將"編程開關"設置為"讀"狀態(tài)。"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài)。用二進制模擬開關UAO?UA5置6位微地址。按動"啟動運行"開關，啟動時序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈LMD1?LMD24的狀態(tài)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同，如果不同，則將"編程開關"置為"寫入"狀態(tài)。重新執(zhí)行①即可。單步運行"編程開關"置于"運行"狀態(tài)。"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài)。系統(tǒng)總清，即"總清"開關撥0-1。使微地址寄存器U14?U16清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000（二進制）。按動"啟動運行"開關，啟動時序電路，則每按動一次，讀出一條微指令后停機，此時實驗機上的微地址顯示燈和微程序顯示燈將顯示所讀出的一條指令。注意：在當前條件下，可將6芯排座"JSE1"和"UJ2"相連，可通過強置端SE1?SE6人為設置微地址，從而改變下一條微指令的地址。設置方法如下：先將微地址開關置"1",再將UJ1上的排線換插到"JSE1"，然后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。連續(xù)運行將"編程開關"置為"運行"狀態(tài)。"運行控制"開關置為"運行"，"運行方式"開關置為"連續(xù)"狀態(tài)。系統(tǒng)總清，即"總清"開關撥0-1。使微地址寄存器U14?U16清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000（二進制）。按動"啟動運行"開關，啟動時序電路，則可連續(xù)讀出微指令。實驗七基本模型機的設計與實現1、實驗目的A、 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)以構造一臺基本模型實驗計算機。B、 設計五條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調試，掌握整機軟硬件組成概念。2、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生的，而本次實驗將能在微程序控制下自動產生各部件單元控制信號，實現特定指令的功能。這里，實驗計算機數據通路的控制將由微程序控制器來完成，CPU從內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。⑴有關微控制器部分在前一實驗中已詳細介紹⑵主存儲器的讀、寫和運行為了向主存儲器RAM中裝入程序或數據，并且檢查寫入是否正確以及能運行主存儲器中的程序，必須設計三個控制操作微程序。存儲器讀操作：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為"00"時，按要求連線后，連續(xù)按"啟動運行"開關，可對主存儲器RAM連續(xù)手動讀操作。存儲器寫操作：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為"01"時，按要求連線后，再按"啟動運行"開關，可對主存儲器RAM進行連續(xù)手動寫入。運行程序：撥動總清開關后，置控制開關SWC、SWA為"11"時，按要求連線后，再按"啟動運行"開關，即可轉入到第01號"取址"微指令，啟動程序運行。上述三條控制指令用兩個開關SWC、SWA的狀態(tài)來設置，其定義如下：SWCSWA控制臺指令00讀內存01寫內存11啟動程序⑶指令寄存器介紹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，先把它從內存取到緩沖寄存器中，然后再傳送到指令寄存器。指令劃分為操作碼和地址碼字段，由二進制構成，為了執(zhí)行任何一條給定的指令，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"根據指令中的操作碼進行譯碼，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。⑷輸入/輸出設備本系統(tǒng)有兩種外部I/O設備，一種是二進制代碼開關KDO?KD7，它作為輸入設備INPUT；另一種是數碼顯示塊，它作為輸出設備OUTPUT。例如：輸入時，二進制開關數據直接經過三態(tài)門送到外部數據總線上，只要開關狀態(tài)不變，輸入的信息也不變。輸出時，將輸出數據送到外部數據總線上，當寫信號（W/R）有效時，將數據打入輸出鎖存器，驅動數碼塊顯示。⑸設計指令根據基本模型機的硬件設計五條機器指令：外設輸入指令IN、二進制加法指令ADD、存數指令STA、輸出到外設指令OUT、無條件轉移指令JMP。指令格式如下：助記符機器指令碼說明IN000000009"外部開關量輸入"KD0?KD7的開關狀態(tài)一R0ADDaddr00010000XXXXXXXX；R0+[addr]fR0STAaddr00100000XXXXXXXX；RO—[addr]OUTaddr00110000XXXXXXXX；[addr]—BUSJMPaddr01000000XXXXXXXX；[addr]—PC說明：指令IN為單字節(jié)指令，其余均為雙字節(jié)指令，XXXXXXXX為addr對應的主存儲器二進制地址碼。⑹基本模型機監(jiān)控軟件的設計本模型機監(jiān)控軟件主要完成從輸入設備讀入數據，進行簡單算術運算后，將結果存入內存的某個單元，最后通過輸出設備輸出結果。監(jiān)控軟件詳細如下：地址內容助記符說明OOOOOOOOOOOOOOOOIN ；"INPUTDEVICE"—ROOOOOOOO1OOO1OOOOADD[OAH]；RO＋[OAH]—ROOOOOOO1OOOOO1O1OOOOOOO11OO1OOOOOSTA[OBH]；RO—[OBH]OOOOO1OOOOOO1O11OOOOO1O1OO11OOOOOUT[OBH]；[OBH]—BUSOOOOO11OOOOO1O11OOOOO111O1OOOOOOJMP[OOH]；OOH—PCOOOO1OOOOOOOOOOOOOOO1OO1

000010100000101100000001000010100000101100000001自定義參加運算的數求和結果存放單元3、實驗步驟⑴根據實驗原理設計數據通路框圖，如圖3－12。⑵根據機器指令畫出對應的微程序流程圖本實驗的微程序流程見圖3－13，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)的測試結果出現多路分支。本機用指令寄存器的前4位17?14作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定微地址單元。實驗機控制操作為P(4)測試，它以控制開關SWC、SWA作為測試條件，出現了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16進制。⑶根據微程序流程圖設計微指令并轉換成16進制代碼文件。當全部微程序設計完畢后，應將每條微指令代碼化，即按微指令格式將圖3-13微程序流程圖轉化成二進制微代碼表，如表3-6所示，再轉換成16進制代碼文件。INJty運行徴程序01十六進制徴地址DR1-LEDRAM-ECE圖3-13?程序流程圖徴地址S3S2SISOMCNWEBlBOABc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監(jiān)控程序的16進制文件格式（文件名C8JHE1）程序：＄P0000＄P0110＄P020A＄P0320＄P040B＄P0530＄P060B＄P0740＄P0800＄P0A01微程序：＄M00108105＄M0182ED05＄M0248C004＄M0304E004＄M0405B004＄M0506A205

＄M06019A95＄M070DE004＄M08011004＄M0983ED05＄M0A87ED05＄M0B8EED05＄M0C96ED05＄M0D018206＄M0E0FE004＄M0F15A004＄M1092ED05＄M1194ED05＄M1217A004＄M13018005＄M14182004＄M15010A07＄M1681D104＄M17100A07＄M18118A06⑷實驗接線a、跳線器J1?J12全部撥在右邊（自動工作方式）;b、跳線器J16、J18、J23、J24全部撥在左邊；c、跳線器J13?J15、J19、J25撥在右邊；d、跳線器J20?J22、J26、J27連上短路片；e、UJ1連UJ2，JSE1連JSE2，SJ1連SJ2；f、MBUS連BUS2；g、REGBUS連BUS5；h、PCBUS連EXJ2；i、ALUBUS連EXJ3；j、ALUO1連BUS1；k、EXJ1連BUS3；⑸讀寫程序①手動方法寫微程序參看實驗六。手動方法寫代碼程序（機器指令）步驟如下：通過上一步將機器指令對應的微代碼正確地寫入E2ROM2816芯片后，再進行機器指令程序的裝入和檢查。A.將"編程開關"置"運行"位置，"運行控制"開關置"運行"位置，"運行方式"開關置"單步"位置。撥動總清開關（0-1）,微地址寄存器清零，程序計數器清零。然后使控制開關SWC、SWA開關置為"01"，按動一次"啟動運行"開關，微地址顯示燈LUA0?LUA5顯示"010001",再按動一次"啟動運行"開關，微地址顯示燈LUA0?LUA5顯示"010100"，此時數據開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次"啟動運行"開關，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀微程序流程，就不難發(fā)現，機器指令的首地址只要第一次給出即可，PC會自動加1，所以，每次按動"啟動運行"開關，只有在微地址燈顯示"010100"時，才設置內容，直到所有機器指令寫完。寫完程序后須進行檢驗。撥動總清開關（0-1）后，微地址清零，PC程序計數器清零，然后使控制開關SWC、SWA為"00",按動"啟動運行"開關，微地址燈將顯示"010000"，再按"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"010010"，第三次按"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"010111"，此時總線數據顯示燈LZD0?LZD7顯示為該首地址的內容，再按動一次"啟動運行"開關，微地址燈顯示為"010000"，2位數碼管即顯示RAM中的程序。不斷按動"啟動運行"開關，可檢查后續(xù)單元內容。注意：每次僅在微地址燈顯示為"010000"時，2位數碼管顯示的內容才是相應地址中的機器指令內容。②聯機讀/寫微程序和機器指令用聯機軟件的裝載功能將16進制格式文件（文件名為C8JHE1）裝入實驗系統(tǒng)即可（詳細操作見隨機軟件的README）。⑹運行程序單步運行程序"編程開關"置"運行"狀態(tài)，"運行方式"開關置為"單步"狀態(tài),"運行控制"開關置為"運行"狀態(tài)。撥動總清開關（0—1），微地址清零，PC計數器清零，程序首地址為00H。按動"啟動運行"開關，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否和流程一致。連續(xù)運行程序"編程開關"置"運行"狀態(tài)，"運行方式"開關置為"連續(xù)"狀態(tài),"運行控制"開關置為"運行"狀態(tài)。撥動總清開關，清微地址及PC計數器，按動"啟動運行"開關，系統(tǒng)連續(xù)運行程序。如果要停止程序的運行，只需將"運行控制"開關置為"停止"狀態(tài)，系統(tǒng)就停機。停機后，可檢查存數單元0BH中的結果是否正確。附程序：$P0000$P0110$P020A$P0320$P040B$P0530$P060B$P0740$P0800$P0983$P0A01$M00108105$M0182ED05$M0248C004$M0304E004$M0405B004$M0506A205$M06019A95$M070DE004$M08011004$M0983ED05$M0A87ED05$M0B8EED05$M0C96ED05$M0D018206$M0E0FE004$M0F15A004$M1092ED05$M1194ED05$M1217A004$M13018005$M14182004$M15010A07$M1681D104$M17100A07$M18118A06實驗八擴展8255并行口1、實驗目的A、在構成一臺完整的模型機的基礎上，控制真實的外圍接口芯片，進行基本的接口實驗。B、本實驗擴展一塊8255接口芯片，完成基本并行口實驗。2、8255芯片引腳特性及外部連接⑴8255的引腳分配圖如圖3—18所示。8255501234567DDDDDDDDPBOPB1PB2PB3PB4PB5PB6501234567DDDDDDDDPBOPB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7竺WRAOAlEESETCS"PC7PCOPCIPC2PC3PC4PC5PC6⑵實驗接線實驗機內部連接同實驗九外部連接說明?1/0擴展區(qū)數據總線KJ1用8芯排線連至數據總線BUS6；?I/O擴展區(qū)KJ2用5芯排線連至外部總線區(qū)的KZ；?I/O擴展區(qū)KJ3（右1?6）用6芯排線連UJ2（與UJ2原有的連線去掉）;稩/O擴展區(qū)KJ4（右1?6）用6芯排線連KBUS1（右1?6）；稩/O擴展區(qū)GND和VCC用單針線與主控區(qū)GND和VCC相連；稩/O擴展區(qū)短路片DL1、DL2連左邊。⑶AO、A1、CS、RD、WR五個引腳的電平與8255操作關系如表3—9所示:

表孑一9A1A0RDWRCS操 作00010輸入操作（讀）數據總鮭f通道至01010數據總線f通道B10010數據總線f通道C00100輸出操作（寫）數據總線f通道直01100數據總線f通道B10100數據總踐f通道C11100數據總線-控制字寄存器XXXX1斷開功能數據總線二態(tài)11010非法條件XX110數據總線十二態(tài)3、為本實驗設計兩條指令⑴端口讀指令助記符CIND，R指令格式1110RD其中第一字節(jié)前四位為操作碼，D為端口地址，其功能是將端口地址為D的端口內容寫入至寄存器Ri中。⑵端口寫指令助記符COUTR，D指箸格式1111RD其功能是將Ri寄存器中的內容寫至以D為端口地址的端口中。4、兩條指令的微程序流程可設計為：

根據以上的微程序流程圖編寫微程序，見表3—10。表3—1。微地址S3S2SISOMCNWEBlBOABcuA5-uA0十六進制代碼1E000001011110110110110111B7ED051F000001011110110110111001B9ED05370000010011100000001110003SE00438000001010001000000000001011005390000010011100000001110103AE0043A0000011100000010000000010102075、實驗步驟1）按實驗接線，連好線路，并檢查無誤后接通電源。（2）在實驗九所設計的微程序基礎上將表3—10的微程序改寫到微程序控制存儲器中，根據上述兩條端口讀寫的指令格式，對8255編程，編寫如下機器指令，寫入主存，如果是在聯機狀態(tài)下，只要將16進制文件C8JHE4裝載到實驗機即可。然后，執(zhí)行機器指令，驗證系統(tǒng)執(zhí)行指令的正確性。二進制開關uA5?uA0作為8255的輸入口，用LZD13?LZD8顯示燈作為8255的輸出口顯示。機器指令如下：說明地址（二進制）內容（二進制）助記符說明0000000001000100INR00000000001000100INR0；"輸入開關量"-R0輸入開關置數100100000000000111110000COUTR0，0000000111110000COUTR0，[03]R0-以03H為地址的端口00000010000000110000001111100000CIN[00]，R0；將端口A（PA5?PA0）的內容讀至R000000100000000000000010111110000COUTR0，[01]；將R0的內容寫至端口B（PB5?PB0）00000110000000010000011100001000JMP00H0000100000000000其中，第一條指令從輸入設備置數10010000，是將8255置成方式0,且A口輸入,B口輸出的控制字。將機器指令寫入主存，二進制開關uA5?uA0作為8255的輸入，LZD13?LZD8顯示燈作為8255的輸出口顯示，給輸入開關置任意一數，運行程序，檢查輸出口顯示燈指示是否和輸入一致。附程序$P0044$P01F0$P0203$P03E0$P0400$P05F0$P0601$P0708$P0800$M00088105$M0182ED05$M0250C004$M0304A004$M04A0E004$M0506E004$M0607A004$M07A0E004$M088AED05$M098CED05$M0A3BA004$M0B018005$M0C3C2004$M0D0EA004$M0E0FB605$M0F25EA95$M1083ED05$M1185ED05$M128DED05$M13A6ED05$M14011004$M15010407$M16168005$M17019A3D$M18019205$M192AA205$M1A2CB205$M1B32A205$M1C33A205$M1D36A205$M1EB7ED05$M1FB9ED05$M20019004$M21018406$M2281DB05$M23E48005$M24018005$M25A0AA95$M2627A004$M2728BC05$M2829EA95$M29A0AA95$M2A2BB405$M2B419B95$M2C2DA405$M2D6EAB05$M2E2FAA0D$M2F30AA05$M3071810D$M31419B95$M32019A05$M3335B405$M3481DB05$M35419BBD$M36019A0D$M3738E004$M38011005$M393AE004$M3A010207$M3B080A07$M3C098A06實驗九擴展8253并行口1、實驗目的A、在構成一臺完整的模型機的基礎上，控制真實的外圍接口芯片，進行基本的接口實驗。B、本實驗外擴一塊8253接口實驗板，完成定時計數器實驗。2、8253芯片引腳特性及外部連接⑴8253的引腳分配圖如圖3－19所示⑵實驗接線①實驗機內部連接同實驗九②外部連接說明?擴展區(qū)數據總線KJ1用8芯排線連至數據總線BUS6；?擴展區(qū)KJ2用5芯排線連至外部總線區(qū)的KZ；?CLK1用單針連接線連至H24；?擴展區(qū)的VCC和GND用單針連接線分別連至主控區(qū)的VCC和GND上;?擴展區(qū)短路片DL1、DL2連右邊。⑶AO、A1、CS、RD、WR五個引腳的電平與8253操作關系如表3—11所示。表孑一11A1A0RDWRCS操 作00010輸入操作（讀）數據總線f通道。01010數據總線f通道110010數據總線f通道200100輸出操作（寫）數據總線-通道001100數據總線-通道110100數據總線-通道211100數據總線-控制字寄存器XXXX1斷開功能數據總線二態(tài)11010非法條件XX110數據總線-二態(tài)3、為本實驗新設計幾條指令⑴清寄存器指令助記符 機器碼CLRR O111OOXX這是一條單字節(jié)指令，XX為寄存器選擇碼，00=R0,01=R1,02=R2。其功能是清0寄存器Ri。⑵