1、計算機組成原理計算機組成原理實驗指導目錄第一章實驗系統概述11.1系統概況11.2系統特點11.3硬件環境21.4軟件環境31.5系統構成41.6系統控制6第二章按鍵操作指南72.1鍵盤概述72.2工作模式設置82.3寄存器讀寫操作102.4存儲器讀寫操作11第三章手動控制實驗133.1 手動實驗環境的建立133.2手控實驗提示143.3手動“搭接”實驗示例16實驗一總線控制實驗16實驗二存儲器實驗24實驗三算術邏輯運算實驗28實驗四控制器實驗35實驗五 基本模型機實驗43實驗六復雜模型機實驗4853第一章實驗系統概述1.1系統概況Dais-CMX系列十六位體系結構計算機組成原理，是以Dais

2、-CMH/CMH+為基礎研制的第三代面向教學實踐領域的原理計算機運用類實驗裝置。它以計算機體系結構與組成原理為母體，綜合接口應用，渉及CPLD、FPGA等邏輯器件的設計與應用，知識面寬，適用范圍廣泛。Dais-CMX系列有兩款型號，Dais-CMX16+為十六位體系機構，字長16位；Dais-CMX08+為準十六位體系結構，其總線寬度為8位，后者由于受字長的制約，總線部件的寬度以八位機為主體，局限于字節尋址與字節操作，它的字操作是通過增加微指令分時實現的，由于兩者的微控制器按同一標準設計，字長及控位的定義與命名基本一致，因此兩者僅在微指令解釋途徑與執行過程上存在一定“時空”差異，但就其指令的執

3、行與實現而言幾乎完全兼容，也就是說在體系結構與原理組成方面它們處同一層面。1.2系統特點1. 體系結構Dais-CMX16+可以按照通用計算機的標準設計原理計算機，把模型機的構造特性提升到與IBM PC相兼容的水準。因此在該系統上，面向匯編語言和C語言的微操作由“理想”演變為“現實”。達愛思原理計算機對于“定長指令”僅從指令格式分類的角度舉例驗正，動態的體系結構徹底擺脫了非標準實驗環境下特定和虛構的不規范語言給原理計算機語言教學實踐活動所帶來的困繞。2. 指令格式Dais-CMX系列的指令格式，采用“變長指令字”結構，不同指令操作碼不完全相同，操作碼的位數不固定，結構靈活，指令的碼點冗余少，能

4、充分利用指令的毎一位。兩系統均可指定256種操作，即最多可以包含256條指令。在“達愛思通用匯編器”的支撐下，打造屬于您自己的個性化指令系統，亦可設計成與十六位、八位微處理器兼容的通用指令系統，為模型計算機的標準化與通用性設計構建了一個可操作平臺。3. 微控制器Dais-CMX系列運用“PLA”理念，用存儲器邏輯與組合邏輯相結合的方法構造微控制器，根據程序需要自動變更當前控制邏輯，對于使用頻率高的簡單指令以及很有用又不復雜的指令選擇組合邏輯，遇復雜的、不規整需擴充的指令選擇存儲器邏輯，從而實現動態的微控制體系結構。4. 后續微址Dais-CMX系列微程序控制器中隱含后續微地址（BAF），采用斷

5、定法，由轉移控制段BCF（2位）規定后續微地址形成方式，支持順序執行（mPC+1），進位位轉移，零標志轉移，無條件轉移，在取指周期以操作碼形成后續微地址。5. 總線結構Dais-CMX系列采用三總線結構，分別是數據總線（DBUS）、指令總線（IBUS）和微總線（mBUS），這種三者分離并行的總線結構，遇取指周期可以并行完成操作數的存取，在當前指令結束后的首個微周期可直接進入下一條指令的取指操作，通過微總線形成電路解釋與執行的后續微址，因此指令總線與微總線的主要仼務是預取指與后續微址的預處理。6. 時序層次Dais-CMX系列擁有一個周期、節拍、脈沖組成的三級時序系統。以取指周期為始設了四個狀態

6、觸發器，在組合邏輯控制中，那個觸發器為1，控制器就進進入那個機器周期的微操作。系統按序定拍，隨機器周期動態變更節拍發生器，在非取指周期產生T1T3T4三拍制節拍發生器，在取指周期產生T1T2T3T4四拍制發生器1.3硬件環境1. 實時監視器各部件單元都以計算機結構模型布局，清晰明了，各寄存器、部件均有四個七段數碼管顯示其十六進制內容，清楚明了。兩個數據流方向指示燈，以直觀反映當前數據值及該數據從何處輸出，而又是被何單元接收的。使得系統在實驗時即使不借助PC機，也可實時觀察數據流狀態，判斷其正確性，提供一目了然的實驗環境。2. 開放式設計系統支持三種實驗電路構造方式，即實驗單元電路的硬布線連接方

7、式、單元電路的控位連接方式和實驗電路“軟連線”方式。對于實驗單元電路的硬布線連接方式，可采用雙頭實驗導線從零開始在擴展區域逐一搭起一個實驗電路；對于各單元電路的控位連接，只需使用雙頭實驗導線在單元電路控位與控制信號之間對應連接，就可構造出實驗所需的部件控制電路；亦可使用可編程邏輯器件在線設計下載實驗電路，實現實驗電路的“軟接線”。系統的數據總線、地址總線、控制總線均通過插孔引出，并設計了40芯鎖緊插座，供用戶外設擴展（I/O外圍設備、I/O接口器件及外部程序與數據存儲器）。3. 萬用匯編器用戶可以自定義指令微指令系統，用戶既可按通用計算機來定義，亦可根據自己的喜好以及實驗的需要來定義完全屬于自

8、己的個性化指令系統，達愛思萬用匯編器可對用戶定義的匯編助記符進行匯編，自動生成機器指令代碼微代碼。4. 單級中斷源在計算機的構造中，對于外部突發事件的處理通常采用中斷的方式，迫使處理器暫停當前操作無條件轉向中斷服務程序。通用計算機的中斷源由外部事件中斷和軟件定時計數中斷兩種，前者適用于處理外部突發事件，而后者主要用于定時檢測、定時控制、定時監督（即看門狗）。利用中斷服務子程序來提高計算機的應變能力。因此“中斷源”是計算機組成原理中不可缺少的一個重要部件。5. 兩種控制方式系統提供手動控制與微控制兩種控制方式，所謂手動控制,就是用二進制撥動開關模擬微控制信號，以手動方式設置相互關聯的邏輯控制電位

9、，建立“源與目”的有效狀態，實現和完成實驗制定的控制仼務本系統微控制器由組合邏輯與存儲邏輯集合組成，兩者按獨立控制器的規范與標準設計，既可單獨控制，亦可交替互補（混合）控制，在國內率先把PLA控制理念融入微控制器的設計與實現中。6. 兩種實驗方式搭接：所謂“搭接”就是在部件控位與控制器控位之間通過連接的方法形成控制電路。為此在“搭接”方式，首先考慮控制電路的連接，然后才能進行實驗。在線：所謂“在線”就是以零連線為前提，為此在進入“在線”方式前必須卸取所有實驗連接導線，然后再進入在線方式的實驗。7. 兩種操作環境系統設有16個數字鍵，8個功能鍵，2×16LCD液晶顯示窗，向用戶提供了一

10、個按鍵式操作環境。系統設有USB與RS232接口，連接PC，通過Window調試環境及圖形方式進行更為直觀的實驗。8. 適當的集成度計算機組成原理如何解決集成度的問題是廠家所深感矛盾的難題。達愛思公司利用“軟件硬化，硬件軟化”技術對其進行了適度的分配：運算器、組合邏輯控制器利用大規?？删幊踢壿嬈骷崿F，其它部件則采用通過邏輯器件來實現。這就既可讓一般學生利用現有的邏輯知識去認識計算機原理，也可讓有天賦的學生進行更高層次的開發運用實踐。1.4軟件環境Dais-CMX軟件支持Windows98/2000/XP/Vista，集成編輯器、匯編器、調試器，具有模擬調試，可模擬實驗系統的基本功能。1. 多

11、媒體教學憑借達愛思在軟件設計上的精湛技術，Dais-CMX十六位體系結構計算機組成原理所配備的集成開發環境支持編輯、編譯，向系統裝載實驗程序，提供了單拍、單步、宏單步（含斷點）、運行等調試手段。還示意實驗各部件的結構圖、時序圖、電路原理圖。結構圖中實時反映程序執行過程中的數據流向及相關的部件；原理圖中再現了各部件的詳細的組成原理；時序圖中則實時反映當前的邏輯關系。所有這些均可通過投影儀把當前的信息、狀態和對應關系進行多媒體教學實踐。2. 邏輯分析對于教師而言，不難體會要講清時序關系是不容易的。而學生理解并利用時序關系則難上加難。而由于現代集成技術的迅猛發展，在實際工作中需要更多的利用邏輯分析工

12、具進行時序分析。達愛思CMX十六位體系結構計算機組成原理教學實驗裝置具備高性能邏輯分析功能，老師可通過電化教學設備向學生現場展示指令與時序的關系，可讓學生在實驗時直觀地觀測到指令與時序的關系，可有效的提高教學效果。3. 模型機結構圖該窗口中完全模擬了模型機結構框圖，能實時反應程序執行過程中各單元狀態變化，總線的數據流向。點擊各模塊即可在線修改部件數據。4. 微程序及跟蹤器跟蹤器窗口跟蹤程序的執行過程，包括：微程序注釋、微地址、微指令、數據來源、數據去向、總線規則、ALU運算表達式、微變址、EM地址、PC、mPC。1.5系統構成Dais-CMX16+硬件組成見表1.5.1。該十六位原理計算機體系

13、結構與原理組成由實驗平臺、開關電源、軟件三大部分組成。實驗平臺上有16位通用寄存器、16位運算器、16位累加器、16位暫存器、16位地址寄存器、11位程序計數器、16位準雙向I/O單元、16位EM主存、16位RAM內存、16位指令寄存器、8位指令譯碼寄存器、16位堆棧、單級中斷源、11位微程序計數器，擁有一個35位字長的微控制器和24位字長的組合邏輯控制器，并設置了一組24位字長的二進制模擬開關，系統提供邏輯筆和24個按鍵操作環境。配有字符式LCD、USB通信口、RS232通信口及外設擴展區。圖1.5.1系統體系結構圖表1.5.1 Dais-CMX16+硬件組成部件名稱部件主要電路十六位運算器

14、單元由4片574組成AX、BX運算源寄存器，由5256VE構成運算器，其內核有十六位累加器、十六位暫存器，支持算術運算、邏輯運算、移位運算、進位與零標志控制、支持字與字節的運算操作十六位通用寄存器由4片574組成CX（R1 R0）、DX（R3 R2）十六位通用寄存器組，支持字與字節操作十六位準雙向I/O口由2片574和2片245緩沖組成準雙向輸入/輸出I/O，內置16位數據開關，16只狀態燈，支持字與字節操作十六位堆棧寄存器由2片574組成十六位SP指針，支持字與字節操作十一位程序計數器由3片161組成11位PC指針，尋址范圍2K（07FFh），按字方式尋址十一位微地址計數器由3片161組成1

15、1位mPC指針，尋址范圍2K（07FFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位地址寄存器由2片574組成十六位數據指針，尋址范圍64K（0FFFFh），只寫不可讀，按字方式尋址十六位EM主存由兩片6116組成EM主存，字容量2K（尋址范圍07FFh），支持字與字節操作十六位RAM內存由兩片6116組成RAM內存，字容量256個單元十六位指令寄存器由2片574組成十六位指令寄存器IR，只寫不可讀，按字節方式尋址指令譯碼器由CPLD組成八位指令譯碼器，只寫不可讀，按字節寫入中斷源由D觸發器組成中斷允許、中斷請求及中斷響應標志微程序控制器由兩片6264、1片6116組成微程序控制器，微控制位字長24位，

16、分段輸出微命令（24位）和下續微址（11位）。組合邏輯控制器由CPLD器件9572獨立構成組合邏輯控制器，微控制位字長24位，內核含有四個機器周期的狀態觸發器二十四位二進制模擬開關及燈由24只撥動開關及24個發光管組成二進制模擬控制電路，在微控制狀態該24位通常用于指示當前微邏輯，在外設擴展實驗中亦可定義為外設的I/O口外設擴展區提供IC-40芯通用型鎖緊式擴展插座，用于外設擴展邏輯筆內置邏輯筆，提供一路高低電平及脈沖測試中央控制單元由時序發生器、邏輯合成器、中斷邏輯、目態管理器、LCD顯示窗及USB、RS232等組成電源內置高性能帶短路保護、具過流、過壓、靜電隔離等功能的開關電源，輸出電壓為

17、DC+5V/5A1.6系統控制實驗裝置以STC89C58RD+單片機為核心組成系統的操作與控制平臺，內置3×8鍵盤、2×16LCD顯示，RS232串行口及USB接口，配備強大的集成開發軟件，擁有前后臺兩個操作環境。在它的管理下形成以下兩種工作狀態。1. 系統待令狀態（也稱為系統管理狀態）在待令態，原理計算機組件實際上就是單片機外設，管理CPU對它們擁有100%的操控權，預置初始化信息，注入機器指令代碼和微操作代碼，訪問指令部件，查尋和修改通用寄存器、I/O、SP指針，收集運算器及外設信息，根據用戶訴求定義和存儲當前控制模式與連接方式，按操作命令控制模型機的啟停。2. 目標機

18、運行態（也稱為實驗工作狀態）在目標機運行狀態，管理CPU實時跟蹤模型機運行軌跡，動態捕捉模型機現場信息，受理中斷請求，隨機變更微控制模式，監視和控制模型機的實時運行。遇暫停命令凍結模型機現場，向上位機及LCD顯示器傳遞模型機現場信息，返管理態待令。3. 模式字與連接字設置警告實驗裝置把用戶設置的模式字與連接字存儲在STC89C58RD+單片機內部FLASH空間，永久性保留用戶操作信息，即使“掉電”也不會丟失和失憶。上電時管理CPU在初始化操作中總是按原始模式進入系統的待令狀態，為實驗的銜接與延續提供了方便。模式字與連接字的存儲是以FLASH扇區擦除為前提的，從延緩FLASH壽命的角度出發，我們

19、提倡根據實驗進程正確設定模式字與連接字，不要隨意變更當前工作模式，我們的實驗指導書中所描述的方式設置，僅用于說明當前適用的實驗環境，在實際操作中若遇系統存在環境與實驗所需環境不符的情況下，才進入模式字與連接字的設置。在使用中同一課時應選擇一種方式進行。切記在方式設置中要堅持先判斷后設置，避免盲目設置，杜絕頻繁設置。STC89C58RD+內部FLASH擦寫可靠次數為100,000次，因此實驗中正常的模式設置是系統默認和許可的，一旦出現方式失憶，也可上電隨機設置，對于上機實驗來講增加了一個方式設置的環節。另外亦可把STC89C58RD+提交廠方重新定位內部FLASH扇區，恢復當前工作模式的永久性保

20、留與記憶的功能。第二章按鍵操作指南2.1鍵盤概述Dais-CMX16+系統自帶鍵盤（見下圖）與字符型LCD顯示，鍵的設置和命名以Dais 3×8按鍵操作為基礎，進一步簡化了命令鍵的操作。一鍵多用、設置靈活、使用方便，其操作平臺的智能化程度遠遠超越國內同類產品，是目前國內較為經典的按鍵式操作系統。012F478569ABE3CD存儲寄存減址增址運行宏單單步返回2.1.1鍵盤功能簡介1. 在24個按鍵中，左邊16個數字鍵0F，用于輸入存儲器地址、數據或機器碼等。2. 右邊8個功能鍵，其定義及作用分別是：按鍵定義待命狀態0待命狀態1存儲切換程序微程序存儲器標志根據提示符進入程序或微程序存諸

21、器讀寫操作寄存寄存器IM(內存)RM(數據)鍵入單數進入為寄存器讀寫，鍵入雙數進入為內存讀寫，鍵入三數進入為數據存儲器讀寫減址工作方式設置地址減1、方式確認或按鍵入數裝載程序/微程序增址斷點查找與斷點清除地址加1或方式選擇、把鍵入的串數設置為斷點運行以當前PC指針為起始全速運行程序鍵入數字后以該串數為起始地址全速運行程序宏單以當前PC為起始宏或單步機器指令鍵入數字后以該串數為起始址進入單步或宏運行單步以當前PC指針為起始單步微指令鍵入數字后以該串數為起始址進入微單步運行返回返回待命狀態02.1.2鍵盤監控工作狀態用戶可以通過其24個鍵向本系統發出各種操作命令，大多數鍵有2個以上功能，而沒有上下

22、檔鍵之分，實驗系統到底進行什么操作，不僅與按什么鍵有關，也與當前實驗系統所處的工作狀態有關?！肮ぷ鳡顟B”在操作中是一個重要的概念，下面作有關介紹。2.1.3初始待命狀態上電或按復位后，系統進入待命狀態0，LCD顯示器根據設定的模式顯示如下畫面：Dais-CMX16+ kldKDais-CMX16+ mudMDais-CMX16+ pldP單元手動模式微程序模式組合邏輯模式第1行包含了產品型號和控制字，第2行的光標閃動位顯示提示符，表示實驗系統處于待命狀態0，可以對系統進行操作。2.2工作模式設置在用鍵盤設置工作模式的過程中，顯示器上經常會出現如下幾個名稱：l KLD手動模式，M23M0所對應的

23、“座”與“燈”由二進制開關K23K0控制l MUD微程序模式，M23M0所對應的24位微控制位由微程序存儲器CM控制l PLD組合邏輯模式，M23M0所對應的24位微控制位由PLD組合邏輯控制l LST連接字：Y（搭接）/ N（在線）Y：自由定義和搭接單元部件與關聯部件電路，建立源與目的部件的有效控制狀態。N：控制器與部件間已建立主從式控制關系，計算機組成部件處“在線”受控狀態。l I/O擴展字：Y（I/O擴展）/ N（微控制指示與引出端）Y：“M23M0”所對應的“座”和“燈”脫離了與微控制器之間的互通關系，在電路上受二進制開關“K23K0“控制，構成可擴展的二十四位雙向I/O口。N：“M2

24、3M0”所對應的“座”和“燈”與微控制器之間互通，其“座”適用于外設擴展，其“燈”可視為微控制器的狀態指示燈。此時“K23K0”與“M23M0”處高阻無效狀態。2.2.1設置為手動模式在待命狀態0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動模式按【增址】鍵，將光標移到“KLD”單元手動模式，按【減址】鍵確定后，詢問用戶是否使用搭接方式的選項：Dais-CMX16+ kld lst y/nDais-CMX16+ kld lst y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線按【增址】鍵移動光標，如使用搭接方式將光標移到“y”

25、；如使用在線方式將光標移到“n”，再按【減址】鍵確定設置，返回待命狀態0。Dais-CMX16+ kldK設置完畢，返回待命狀態2.2.2設置為微程序模式在待命狀態0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動模式按【增址】鍵，將光標移到“MUD”微程序模式，按【減址】鍵確定后，系統先詢問用戶是否使用搭接方式，按【增址】鍵選擇“y”（搭接）或“n”（在線），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在

26、線方式，零連線接著系統詢問用戶是否使用擴展I/O方式，按【增址】鍵選擇“y”（擴展I/O）或“n”（微控制器關聯），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ mud lst y/n I/O y/n是，擴展I/O方式否，選擇微控制器關聯方式確定設置后，系統返回待命狀態0。Dais-CMX16+ mudM設置完畢，返回待命狀態2.2.3設置為組合邏輯模式在待命狀態0下按【減址】鍵，LCD顯示器顯示工作模式選項：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動模式按【增址】鍵，將光標移到“PLD”組合邏輯模式，按【減址】鍵確

27、定后，系統先詢問用戶是否使用搭接方式，按【增址】鍵選擇“y”（搭接）或“n”（在線），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線接著系統詢問用戶是否使用擴展I/O方式，按【增址】鍵選擇“y”（擴展I/O）或“n”（微控制器關聯），按【減址】鍵確定：Dais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/nDais-CMX16+ pld lst y/n I/O y/n是，選擇I/O方式否，選擇MOB方式確定設置后，系統返回待命狀態0。Dais-C

28、MX16+ pldP設置完畢，返回待命狀態2.3寄存器讀寫操作寄存器代號用數字表示，其定義見下表：名稱CX, DXI/O, SPAX, BX代號012在待命狀態0輸入寄存器代號02后，進入待命狀態1，此時按【寄存】鍵進入寄存器讀寫操作，LCD第1行右側顯示光標處的寄存器名稱，第2行顯示寄存器的名稱、內容：Dais-CMX16+ R1CX FFFF DX FFFF進入寄存器讀寫狀態進入寄存器讀寫狀態后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵選擇代號為02的寄存器，在光標處按0F數字鍵修改該寄存器值，修改完后須按【運行】鍵以確定寫入，繼續按【增址】鍵或【減址】鍵選擇寄存器，按【返回】鍵退出寄存器讀寫操作，返

29、回待命狀態0。需要指出的是，I/O寄存器為準雙向輸入輸出端口，在對其進行寫操作前須將其置為全1，即將S15S10對應的開關撥至上方。2.4存儲器讀寫操作2.4.1程序與微程序讀寫選擇操作在待命狀態0，按【存儲】鍵，命令提示符可在“M”和“U”之間不斷切換?！癕”提示符表示當前【存儲】命令鍵指向程序存儲器讀寫操作；“U”提示符表示當前【存儲】命令鍵指向微程序存儲器讀寫操作。2.4.2程序存儲器ROM讀寫操作在“M”提示符下輸入程序存儲器地址（0007FFh范圍）進入待命狀態1，此時按【存儲】鍵進入ROM讀寫操作，LCD第2行左側顯示地址，右側為該地址單元的內容：Dais-CMX16+ rom00

30、0 758107E590C3進入ROM讀寫狀態進入ROM讀寫狀態后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按0F數字鍵修改ROM單元內容，修改完每屏數據后須按【運行】鍵以確定寫入，繼續按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按【返回】鍵退出ROM讀寫操作，返回待命狀態0。2.4.3微程序存儲器uM讀寫操作在“U”提示符下，輸入微程序存儲器地址（0007FFh范圍）進入待命狀態1，此時按【存儲】鍵進入uom讀寫操作，LCD第2行左側顯示微地址，右側為該微地址單元的內容：Dais-CMX16+ uom00F F8013EF60D進入uM讀寫狀態進入uom讀寫狀態，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變

31、當前地址，按0F數字鍵修改uom單元，修改完后按【運行】鍵以確定寫入，按【返回】鍵退出uom讀寫操作，返回待命狀態0。微程序存儲器uom與ROM、RAM、IM相比，是一個特殊的存儲器，以上圖為例，該微地址單元的數據格式如下：F8 01 3E F6 0D24位微程序內容隱含的后續微地址，屏蔽高5位。若為全1時執行微地址加1，否則為微地址轉移。上圖中的后續微地址為001h。2.4.4數據存儲器RAM讀寫操作在待命狀態0，按數字鍵輸入三位有效地址（0007FFh），進入待命狀態1。此時按【寄存】鍵即可進入RAM讀寫操作，LCD第2行左側顯示地址，右側為該地址單元的內容：Dais-CMX16+ ram

32、000 FFDDE6FAFFE8進入RAM讀寫狀態進入RAM讀寫狀態后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按0F數字鍵修改RAM單元，修改完每屏數據后須按【運行】鍵以確定寫入，繼續按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按【返回】鍵退出RAM讀寫操作，返回待命狀態0。您也許已經發現了，RAM讀寫操作與ROM讀寫操作有許多相似之處！2.4.5內部存儲器IM讀寫操作在待命狀態0，按數字鍵輸入二位有效地址（00FFh），進入待命狀態1，此時按【寄存】鍵即可進入IM讀寫操作，LCD第2行左側顯示地址，右側為該地址單元的內容：Dais-CMX16+ iam00 FFFFFFFFFB7B進入iRAM

33、讀寫狀態進入IM讀寫狀態后，可以按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按0F數字鍵修改IM單元，修改完每屏數據后須按【運行】鍵以確定寫入，繼續按【增址】鍵或【減址】鍵改變當前地址，按【返回】鍵退出IM讀寫操作，返回待命狀態0。通過學習對ROM、RAM、IM的讀寫操作，相信您已經掌握了它們的使用方法了。第三章手動控制實驗所謂手動控制，就是用二進制撥動開關模擬微控制信號，以手動方式設置相互關聯的邏輯控制電位，建立“源與目”的有效狀態，實現和完成實驗制定的控制仼務。手動控制是原理計算機的基礎，我們從部件單元電路入手，圍饒單元部件、關聯部件及微控制器由淺入深地逐一展開，為原理模型機的設計與實現奠定基礎

34、。本系統手控態提供“在線”與“搭接”兩種實驗方式。“在線”態按微控制器設計規范定義和命名控制信號，實驗時必須遵循，不得愈越，否則有誤。在“搭接”態可忽略微控制器組成環節，自行設計和構造原理計算機部件，自由定義和搭接單元部件與關聯部件電路，力求提高學生的動手能力，亦為課程設計與超越創新實驗的展開預留一個靈活而又便捷的可實施平臺3.1 手動實驗環境的建立1) 初始待令狀態上電或按復位，系統無條件進入初始待令狀態，LCD顯示器按原設定的摸式顯示如下畫面：Dais-CMX16+ kldKDais-CMX16+ mudMDais-CMX16+ pldP單元手動模式微控制器模式組合邏輯模式第1行包含了產品

35、型號和控制字，第2行的光標閃動位顯示提示符，表示實驗系統處于初始待令狀態，可以進入系統按鍵命令所定義的操作。2) 工作摸式設置在初始待令狀態下，按【減址】鍵，LCD顯示器提示工作模式選項：按【增址】鍵，將光標移到“KLD”單元手動模式，按【減址】鍵確定后，詢問用戶是否使用搭接方式的選項：Dais-CMX16+ XXX KLD MUD PLD選擇手動模式Dais-CMX16+ kld lst y/nDais-CMX16+ kld lst y/n是，選擇搭接方式，須連線否，選擇在線方式，零連線按【增址】鍵，將光標移到“y”選擇搭接方式、或將光標移到“n”選擇在線方式，按【減址】鍵確定設置，返回待命

36、狀態。Dais-CMX16+ kldK設置完畢，返回待命狀態設置工作狀態亦可借助PC系統在達愛思集成開發環境下進行，使用方法可參閱第六章。3.2手控實驗提示1) 初始化操作一旦進入手控狀態，首先應把實驗系統左下方“二進制開關單元”的24位微控制開關撥至下方（即低電平信號“0”），使24位微控制狀態指示燈熄滅，關閉全部控制信號，完成微控制器的初始化操作。2) 控制信號的建立有效狀態的特征：本系統支持“負邏輯”控制電路，通常情況下把高電平“1”定義為有效狀態，以點亮綠色發光二極管為標志。有效狀態的建立：結合實驗項目，按實驗要求把相關的二進制開關撥向上方，點亮對應的發光二極管。有效狀態的控制源操作：

37、為了避免總線的沖突與競爭，保證其唯一性，系統以編碼方式定義總線來源，實驗時必須按照源編碼表的要求選擇當前總線源。例如：IN AX,I/O 源編碼開關X2、X1、X0對應二進制開關設為“011”，再把“XP”、“W”對應的二進制開關撥向上方，此時I/O口單元右上方的奇偶綠色指示燈點亮，然后按動I/O口單元的數據開關，總線單元的顯示器及二進制發光管應隨之變化。目的操作：首先應把與控制目的操作部件相對應的二進制開關撥向上方，即O2、O1、O0對應二進制開關設為“011”，再把“OP”撥向上方，建立目的尋址的有效狀態，其特征是該部件單元周邊的黃色指示燈“亮”，然后按動【單拍】按鈕向目的部件提供寫脈沖，

38、把數據打入黃色指示燈處“亮”旁邊的部件中。例如：IN AX,I/O在源狀態已建立的基礎上，首先令I/O口單元的數據開關為“00010010 00110100”，以AX部件處黃色指示燈“亮”為條件按動【單拍】按鈕，把I/O的內容打入AX，該部件單元顯示器顯示“1234H”。源與目的編碼表2.2 源與目的尋址編碼表總線源編碼在線態目的編碼M10M9M8功能M19M18M17功能X2X1X0O2O1O0000禁止000禁止001ALU001MAR010SP010BX011IOR011AX100MRD100SP101XRD101IOW110RRD110XWR111PC111RWR上表中源編碼無“在線”

39、與“搭接”之分，八中選一屬必須遵守的規則；之于目的編碼表的定義僅適用于“在線”方式；在“搭接”方式，由實驗者自行定義。3）設計與連接環節提示(1) 實驗方式設置規定由于“在線”方式下，控制器與部件之間已建立了“主從式”控制關系，也就是說控制器已進入載體工作狀態，此時若出現對控制器已定義部件的“實驗搭接”，從控制角度稱謂“重疊定義”，造成總線混亂；從電路的層面講稱謂超負荷加載，危及器件安全。因此“在線”方式下對于控制器已定義部件的“實驗電路連接”是不允許的，屬非法操作。在實驗方式選擇與相互轉換中應做到：由“搭接”方式轉向“在線”方式時，首先卸去所有的實驗連接，然后才能進入在線方式的設置操作。在進

40、入“實驗電路連接”操作之前，必須判斷當前的實驗環境是否處“搭接”狀態，若否請首先設置搭接實驗方式，然后才能進入“實驗電路的搭接”。(2) “搭接”態并行性設計制約二進制模擬控制開關K23K0的負載能力為四個TTL電平，在構造并行輸岀控制信號時它的受控部件通常以三個以下為宜。為了延緩模擬控制電路的使用壽命，對于三個以上TTL電平的控制應通過追加隔離驅動電路的途徑來實現。(3) 連接與拆除環節的注意事項 實驗連接環節實驗連接環節的失誤輕者影響實驗結果導致實驗失敗，重者危及設備受損延誤實驗進程，為此我們提倡“開電源”操作，在設備上電的環境下，首先判斷當前的實驗環境是否處“搭接”狀態，若否先設置搭接實

41、驗方式，然后才能進入“實驗電路的搭接”。完成實驗電路的連接。 實驗拆除環節在實驗連線拆除過程中，實驗連線頭與頭之間的單邊碰撞不可避免，容易引發短路危及設備安全。因此切斷電源，堅持無源拆除是唯一的選擇。另外為了延緩雙頭實驗導線的使用壽命，在拆除過程中應做到抓頭不拉線，只拔不拉，垂直發力，杜絕橫向硬拆。4） 手控態按鍵命名【減址】：模式選擇命令，主要用于更改“控制字”與“連接字”?！痉祷亍浚合到y復位命令，主要用于帶預置或清零控制部件的復位。涉及的清零器件為PC、mPC、AR、A、B寄存器及CY與零標志；涉及置位操作的是十六位I/O。3.3手動“搭接”實驗示例在手動“搭接”態可忽略微控制器組成環節，

42、自行設計和構造原理計算機部件，自由定義和搭接單元部件與關聯部件電路，力求提高學生的動手能力。所謂手控“搭接”實驗是以自行定義和連接單元部件與關聯部件電路為前提，在進入“實驗電路連接”操作之前，必須判斷當前的實驗環境是否處“手動”、“搭接”狀態，若否首先按照本實驗指導書P7頁提供的操作方法，把實驗箱工作狀態設置為“手動”、“搭接”，然后才能進入“實驗電路的搭接”。實驗一總線控制實驗一、實驗目旳1. 熟悉和了解地址總線的組成結構、地址來源及集合原理。2. 掌握程序段與數據段的尋址規則及地址部件的運用技巧。二、實驗要求通過地址形成部件實驗，建立“段”概念，學會“段”運用。三、實驗原理地址總線的作用是

43、傳遞地址信息，輸出當前數據總線上發送信息的源地址或接收信息的目的地址。如下圖所示本系統設有內存與外設兩條地址總線，通過PC計數器提供內存（程序存儲器）地址，并由地址寄存器AR傳遞內存（數據存儲器）地址與外設地址。另外堆棧寄存器SP亦可視為地址寄存器，它的堆頂指向數據與程序指針存取地址。圖2-3-6地址總線組成通路1. 11位程序地址如圖2-3-6所示，本系統從提高信息存取效率的角度設計主內存地址通路，按現代計算機體系結構中最為典型的分段存取理念合成主存及外設地址總線addr，在指令操作“時段”（取操作碼與取操作數），以當前程序指針PC為址，遇主存數據傳遞“時段”以當前數據指針AR為址。addr

44、地址的合成通路見圖2-3-6。其尋址范圍為07FFh。2. 16位數據地址如圖2-3-6所示，本系統數據指針由地址鎖存器AR直接提供，當LDAR=1時，在DRCK下降沿把數據總線打入AR。其尋址范圍為0FFFFh，可達64KB。四、地址部件電路圖2-3-7地址部件控制電路五、實驗內容1. 程序計數器實驗表2.3.7PC程序計數器目標編碼目標部件定義按鈕功能說明E/MIPDRCKDRCK下降沿打入00XPC保持01PC加111PC裝載說明：“”表示下降沿有效圖2-3-7所示的PC框由3片161構成按字方式尋址的11位PC計數器，計數器的輸入端與總線相連構成置數通路，計數器的輸出端途經三態門緩沖分

45、離為兩條通路，其一與總線相連構成可讀通路，其二與地址寄存器（數據）集合組成主存EM地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控，上電時PC計數器自動淸零，實驗中按復位鈕亦可實現計數器的手動淸零。手控狀態，本實驗由表2.6.1定義的目的編碼控制PC計數器的預置與加1操作，并以準雙向I/O部件的S10S0為計數器預置源。當IP=1時按單拍按鈕，遇E/M=1在脈沖下降沿把S10S0的內容裝入PC計數器；遇E/M=0在脈沖下降沿PC計數器加1。PC計數器的讀出操作由表2.3.7所列的源編碼表定義。1）實驗連線連線信號孔接入孔作用有效電平1DRCKCLOCK單元手動實驗狀態的時鐘來源下降沿打入2WK6(M6

46、)總線字長：1=16位字操作，0=8位字節操作3XPK7(M7)源奇偶位：1=偶尋址，0=奇尋址4OPK16(M16)目的奇偶位：1=偶尋址，0=奇尋址5X2K10(M10)源部件定義譯碼端X2三八譯碼八中選一6X1K9(M9)源部件定義譯碼端X17X0K8(M8)源部件定義譯碼端X08LDPCK22(M22)PC程序計數器刷新位高電平有效9E/MK23(M23)當IP有效時，E/M：1=PC裝載，0=PC加110SPWK20(M20)SP堆棧指針寫使能高電平有效11LDARK19(M19)AR地址寄存器寫使能高電平有效2）程序計數器PC的寫入、讀出與加1(1) PC程序計數器的寫入 通過“I

47、/O單元”開關向程序計數器PC置數，操作步驟如下：(2) PC程序計數器的讀出在PC置數操作完成后，按上流程中后兩步的要求，關閉PC寫使能（K23、K22=00），打開PC輸出三態門（K10K6=11111），數據總線單元應顯示的PC指針為0100h。(3) PC程序計數器加1在保持PC置數與讀出流程的狀態下，令K22=1，按【單拍】按鈕，在DRCK節拍的下降沿PC計數器加1并送數據總線，PC程序計數器和數據總線單元的顯示器應顯示0101h。繼續按【單拍】按鈕，觀察PC與數據總線的內容。2、地址寄存器實驗圖2-3-7所示的AR框由2片74LS574鎖存器構成按字方式尋址的16位數據指針，鎖存器

48、的輸入端與總線相連構成置數通路，鎖存器的輸出端途經三態門緩沖分離與PC計數器集合組成主存地址總線。它的清零端由中央外理器單元直控,上電時鎖存器自動淸零，手動實驗中按【返回】鍵亦可實現鎖存器的手動淸零。按通用計算機設計規范的要求，把數據指針AR定義為字寫入寄存器，運用中局限于字寫，字節寫會引發數據指針的錯誤侵入，因此在數據指針AR的操作過程中并非不支持而是不允字節寫。地址寄存器AR打入在手控/搭接態，數據指針AR由W、LDAR及DRCK（CP脈沖）三信號組合控制地址的置數操作。本實驗以總線上準雙向I/O部件的S15S0為置數源。當W=1、LDAR=1時按【單拍】鈕，在脈沖下降沿把S15S0的內容

49、裝入地址鎖存器AR。操作步驟如下：3、堆棧寄存器實驗圖2-3-7所示的SP框由2片74LS574鎖存器構成16位堆棧指針，鎖存器的輸入端與總線相連構成存數通路，鎖存器的輸出端途經三態門隔離與總線相連構成取數通路。它按先進后出的原則存放需要保留的數據信息與地址信息，在調用中斷等突發事件處理中SP指針以間址方式把當前程序指針存入SP-2單元，遇返回指令SP又把棧項所指單元的內容裝入程序計數器，然后SP+2退至原始位置。在手控/搭接態,堆棧指針SP由W、SPW及DRCK（CP脈沖）三信號組合控制棧指針的置數操作。本實驗以總線上準雙向I/O部件的S15S0為置數源。當W=1、SPW=1時按單柏鈕，在脈

50、沖下降沿把S15S0的內容裝入SP。堆棧指針SP的讀出操作由P8頁表2.2所列的源編碼表定義。1）堆棧指針SP打入撥動“I/O輸入輸出單元”開關向堆棧指針SP置數，具體操作步驟如下：2）堆棧指針SP讀出關閉SP寫使能，令SPW=1 按下流程完成SP送總線。實驗一總線控制實驗（數據總線）一、實驗目旳1. 熟悉和了解總線的數據通路、雙向互遞原理及尋址方式與運用規則。2. 掌握十六位數據總線中“字”與“字節”操作方法及源與目的奇偶效應。二、實驗要求通過總線的數據傳遞實驗，建立“奇偶”概念，領會字尋址中對字節操作的動態定義。三、實驗原理系統數據總線作為計算機傳遞信息的通道是連接各個功能部件的紐帶，在計

51、算機中起著至關重要的作用。模型機的工作過程就是計算機各個功能部件之間的信息，通過數據總線不斷有序流動的過程。圖2-3-8 系統體系結構圖1. 字與字節體系本系統總線寬度為十六位，設有字長控位“W”，當W=1，由源尋址的奇偶性決定當前總線寬度，遇源址為偶時其字長寬度為十六位；當源址為奇或W=0時，字長寬度為八位，形成圖2-3-9所示的奇（八位）與偶（八位）互通的字節總線。圖2-3-9 奇偶互通字節總線體系結構圖2. 源奇偶的運用圖2-3-9所示，我們按原理計算機的設計規范，以字節為基準把十六位數據總線劃分奇與偶倆路八位總線，其中“D15D8”稱為“奇總線”，“D7D0”稱為“偶總線”；在字節傳遞

52、中由于總線的互通，形成“奇送偶”或“偶送奇”的八位字節總線，其使能端定義為低電平選通，邏輯表達式為： G（偶字節）= !W（字長）# XP（源奇偶） G（奇字節）= !XP（源奇偶）從上倆式可知，圖2-3-9所示的奇偶總線由字長“W”和源奇偶“XP”動態呈現以下三狀態：1 在W=1時遇XP=1，由于G（偶字節）與G（奇字節）處隔離態“1”，形成“D15D0”十六位字總線源。2 在W=0時遇XP=1，由于G（偶字節）為“0”，G（奇字節）“1”，形成“偶送奇的八位字節總線源。3 在XP=0時，由于G（奇字節）為“0”，G（偶字節）為“1”，無條件形成“奇送偶”的八位字節總線源。3. 目的奇偶的運

53、用在目的尋址中亦由字長控位“W”與目的地址的奇偶性動態定義當前目的字長。在W=0又遇目的址為偶時，其目的傳遞為字操作，否則均為字節傳遞，其邏輯表達式為： !O（偶字節）= !OP（目的奇偶） !O（奇字節）= !W（字長）# OP（目的奇偶）上述倆式表明，由字長“W”和目的址奇偶“OP”動態產生以下三種目的尋址操作1 在W=1時遇OP=1，由于O（偶字節）與O（奇字節）均為“0”，執行以當前目的偶址為目標的字傳遞。2 在W=0時遇OP=1，由于O（偶字節）=“0”、O（奇字節）=“1”,執行以當前目的偶址為目標的字節傳遞。3 在OP=0時，由于O（奇字節）=“0”、O（偶字節）=“1”，無條件執行以當前目的奇址為目標的字節傳遞。4. 數據傳遞規則系統在十六位原理計算機的字操作中動態地融入了字節操作的過程，其源奇偶映射總線寬度，而目的奇偶則制約傳遞長度。系統在十六位原理計算機的字節操作中運用總線互聯機制，以源址的奇偶性形成“奇遞偶”或“偶遞奇”兩者互通的八位字節總線。表2.3.7十六位總線傳遞規則總線規則功能說明WXPOP111