1、計算機組成原理實驗指導書計算機組成原理（第四版·立體化教材）實驗指導書（第二版）寧波工程學院電子與信息工程學院二零零九年八月制訂第1章教學實驗系統認識一系統功能及特點計算機組成原理與系統結構教學實驗系統是西安唐都科教儀器公司推出的一套高效的、開放性的教學實驗系統，該系統可以通過對多種原理性計算機的設計、實現和調試來高效率地支持“計算機組成原理”和“計算機系統結構”等課程的開放式實驗教學，為高校各個教學層次的計算機原理教學提供了完善的解決方案。系統有如下功能特點： 1結構清晰的單元式實驗電路，可構造出不同結構及復雜程度的原理性計算機系統采用部件單元式結構，包括運算器及數據通路、存儲器、

2、控制器、信號及時序控制、內總線、外總線、外圍接口及輸入輸出設備、大規?？删幊踢壿嬈骷扔嬎銠C部件的單元電路，用戶可使用排線連接方式或計算機電子自動邏輯設計方式，根據自己所設計的模型計算機結構方案，來構造出不同結構及復雜程度的原理性計算機，使學生能夠對計算機組成結構有清楚的認識和理解。對實驗設計具有完全的開放性，增強學生綜合設計能力系統所具有的軟硬件結構對用戶的實驗設計具有完全的開放性，其數據線、地址線、控制線都由用戶來操作連接，系統中的運算器結構、控制器結構及微程序指令的格式及定義均可由用戶根據教學需要來做靈活改變或重新設計。這對于用戶自行設計各種結構及不同復雜程度的模型計算機提供了強大的軟硬

3、件操作平臺，從而避免了單純驗證性的實驗模式，極大提高了學生計算機系統的綜合設計能力。3通用邏輯器件和大規模可編程邏輯器件相結合，可面向不同層次的學生系統采用通用邏輯器件和大規?？删幊踢壿嬈骷⒂玫姆绞剑饶芙o熟練掌握復雜邏輯系統設計的學生提供高檔的實驗平臺，又能對不熟悉這些內容的學生提供易操作的實驗平臺。符合循序漸進、先基礎后提高的教學原則。4具有實時調試功能的圖形方式操作界面，也可用于多媒體輔助教學系統具有與PC 微機聯機實時調試的功能，提供了圖形方式的調試界面，在調試過程中可動態實時顯示模型計算機各部件之間的數據傳送以及各部件和總線上的所有信息。這種圖形調試界面也可用于多媒體輔助教學，從而

4、獲得極佳的教學效果。5多種輸入輸出方式及邏輯信號測量功能，實驗操作及觀察更容易系統提供多種輸入輸出方式。通過RS-232 串口與PC 微機聯機，可在PC 機上進行編程并向系統裝載實驗程序，在圖形界面下進行動態調試及運行。另外還具有兩路邏輯信號測量平臺，可在PC 機上看到信號測量波形；如單獨使用本系統，則可通過開關及LED 以二進制碼形式進行編程、顯示及調試運行。6實驗電路的實時在線檢測功能，便于檢查接線錯誤系統具有實驗電路檢測功能，通過人機交互方式可實時在線檢測各實驗單元電路的好壞以及模型機實驗線路連接是否正確。二系統與PC 聯機說明實驗系統安裝有一個標準的B 型針RS-232C 串口插座，使

5、用配套的串行通訊電纜分別插在實驗系統及PC 微機的串口，即可實現系統與PC 的聯機操作。系統配套的集成操作軟件具有專為聯機操而開發的圖形方式操作界面，其操作簡便、直觀且具有動態調試功能，可以完全根據實驗系統的數據通路圖來實時、動態的顯示用戶設計的實驗數據流的流向、數據值、控制線和各單元的內容。本系統軟件是通過PC 機串行口向實驗系統上的單片機控制單元發送指令，由實驗系統的單片機直接對程序存儲器、微程序控制器進行讀寫，控制單拍或單步微程序、單步機器指令和程序連續運行等操作，實時監測各數據流和控制流的情況，從而實現實時動態圖形方式下的系統跟蹤調式和運行。系統通訊電纜連接方式如圖1.3-1： 圖1.

6、3-1 PC 機和實驗系統用串行口連接方式三軟件的安裝與卸載軟件運行環境操作系統：中英文Windows 95/98/ 2000/ NT/ME 最低配置：CPU：奔騰133Mhz 內存：16MB 顯示卡：標準VGA，256 色顯示模式以上硬盤：15MB 以上驅動器：2X 倍速CD-ROM 以上其它設備：鼠標器建議配置：CPU：奔騰166 或更高內存：16MB 以上顯示卡：SVGA，16K 色以上顯示模式，分辨率800×600。其它設備同“最低配置”安裝軟件安裝操作如下：可以通過“資源管理器”，找到光盤驅動器本軟件安裝目錄下的Setup.EXE，雙擊執行它，按屏幕提示進行安裝操作?！癟D

7、N-CM+1.03(W)”安裝成功后，在“開始”的“程序”里將出現“CMPP”程序組，點擊“CMPP”即可執行程序。啟動軟件軟件的啟動方式有三種: 用戶可以在【開始】/【程序】菜單中單擊“CMPP”的程序組啟動。用戶也可以在【開始】/【程序】/【啟動】菜單中啟動“CMPP”。用戶在安裝“TDN-CM+1.03(W)”以后桌面上自動出現“CMPP”快捷鍵，用戶直接在桌面上雙擊快捷鍵就可以啟動該程序組。卸載軟件聯機軟件提供了自卸載功能，使您可以方便地刪除“TDN-CM+1.03(W) ”的所有文件、程序組或快捷方式。單擊【開始】/【程序】打開“CMPP”的程序組，然后運行“卸載”項，就可執行卸載功

8、能，按照屏幕提示操作即可以安全、快速地刪除“TDN-CM+1.03(W)”。四功能介紹（一）界面窗口介紹主界面主要分為三部分：指令區、輸出區和圖形區，下面分別加以介紹。指令區：分為兩部分，即機器指令區和微指令區，在指令區的下方有兩個Tab 按鈕，您可以通過按鈕在兩者之間來回切換。機器指令區：分為兩列，第一列為下位機主存地址（00FF，共256 個單元），第二列為每一地址中所對應的數值。如果串口通訊正常且系統不忙（即串口沒有被占用），您可以直接修改指定單元的內容，方法是用鼠標單擊要修改單元的數據，此單元格會變成一個編輯框，等待您輸入，該編輯框只接收兩位合法的16 進制數（請注意：非16 進制數不

9、認），如果輸入正確，您可以按回車鍵確認，或用鼠標點擊別的區域，這樣就完成了修改工作。如果想要結束修改，您可以按下ESC 鍵，編輯框就會自動消失,恢復顯示原來的值。一旦編輯框出現，您可以通過上下鍵讓編輯框上下移動，從而選中需要修改的地址單元。如果輸入不正確，如輸入少于2 個字符，則不進行修改。微指令區：分為兩列，第一列為下位機微控器地址（003F，共64 個單元），第二列為 每一地址中所對應的微指令，共6 字節，對應微控器的微指令24 位。如果串口通訊正常且系統不忙（即串口沒有被占用），您可以直接修改指定單元的內容，方法是用鼠標單擊要修改單元的數據，此單元格會變成一個編輯框，等待您輸入，該編輯框

10、只接收6 位合法的16 進制數（請注意：非16 進制數不認），如果輸入正確，您可以按回車鍵確認，或用鼠標點擊別的區域，這樣就完成了修改工作。如果想要結束修改，您可以按下ESC 鍵，編輯框就會自動消失。一旦編輯框出現，您可以通過上下鍵讓編輯框上下移動，從而選中需要修改的地址單元。如果輸入不正確，如輸入少于6 個字符，則不進行修改。輸出區：分為三頁：輸出頁、測試頁和結果頁。輸出頁：在打開復雜模型機數據通路圖或重疊模型機數據通路圖，并運行程序時用來顯示下條將要執行的24 位微碼及其微地址，這是和下位機一起實時變動的。測試頁：在您進行復雜模型機系統測試時為您提供信息。顯示當前下位機正在測試的單元及測試

11、結果。結果頁：基本上是一個公共區域，用來顯示一些提示信息或一些錯誤信息，如RISC 模型機中，如果上位機檢測到下位機運行有誤，就會在這一區域加以顯示，為您提供信息。保存或裝載程序時也會在這一區域為您提供一些提示信息。圖形區：這一區域是您操作的主要區域，您可以在此區域編輯相應的指令，可以顯示各個模型機的數據通路圖，可以打開示波器界面等。（二）功能菜單介紹1文件菜單項：文件菜單提供了以下命令：新建建立一個新文檔。打開打開一個現存文檔。關閉關閉一個打開的文檔。保存用同樣的文件名保存一個打開的文檔。另存為用指定的文件名保存一個打開的文檔。打印打印一個文檔。打印預覽在屏幕上按被打印出的格式顯示文檔。打印

12、設置選擇一個打印機以及打印機連接。退出退出CMPP。新建（N）： 用此命令在CMPP 中建立一個新文檔。在文件新建對話框中選擇您所要建立的新文件的類型。打開（O） 用此命令在一個新的窗口中打開一個現存的文檔。您可同時打開多個文檔。您可用窗口菜單在多個打開的文檔中切換。關閉（C） 用此命令來關閉包含活動文檔的所有窗口。CMPP 會建議您在關閉文檔之前保存對您的文檔所做的改動。如果您沒有保存而關閉了一個文檔，您將會失去自從您最后一次保存以來所做的所有改動。在關閉一無標題的文檔之前，CMPP 會顯示另存為對話框，建議您命名和保存文檔。保存（S） 用此命令將活動文檔保存到它的當前的文件名和目錄下。當您

13、第一次保存文檔時，CMPP 顯示另存為對話框以便您命名您的文檔。如果在保存之前，您想改變當前文檔的文件名和目錄，您可選用另存為命令。另存為（A） 用此命令來保存并命名活動文檔。CMPP 會顯示另存為對話框以便您命名您的文檔。打印（P） 用此命令來打印一個文檔。在此命令提供的打印對話框中，您可以指明要打印的頁數范圍、副本數、目標打印機，以及其它打印機設置選項。打印預覽（V） 用此命令按要打印的格式顯示活動文檔。當您選擇此命令時，主窗口就會被一個打印預覽窗口所取代。這個窗口可以按它們被打印時的格式顯示一頁或兩頁。打印預覽工具欄提供選項使您可選擇一次查看一頁或兩頁，在文檔中前后移動，放大和縮小頁面，

14、以及開始一個打印作業。打印設置（R） 用此命令來選擇一臺打印機和一個打印機連接。在此命令提供的打印設置對話框中，您可以指定打印機及其連接。最近使用文件 您可以通過此列表，直接打開最近打開過的文件，共四個。退出（X） 用此命令來結束您CMPP 的運行階段。您也可使用在應用程序控制菜單上的關閉命令。2輯菜單項：編輯菜單提供了以下命令：撤消撤消先前的編輯操作。剪切從文檔中刪除數據并將其移到剪貼板上。復制從文檔中將數據復制到剪貼板上。粘貼從剪貼板上將數據粘貼到文檔中。撤消（U） 如果可能的話，可用此命令來撤消上一步編輯操作。該命令名會根據您所執行的上一步操作而變化。如果您無法撤消上一步操作，菜單上的撤

15、消命令會變成無法撤消。剪切（T） 用此命令將當前被選取的數據從文檔中刪除并放置于剪貼板上。如當前沒有數據被選取時，此命令則不可用。復制（C） 用此命令將被選取的數據復制到剪切板上。如當前無數據被選取時，此命令則不可用。粘貼（P） 用此命令將剪貼板上內容的一個副本插入到插入點處。如剪貼板是空的，此命令則不可用。3查看菜單項：查看菜單提供了以下命令：工具欄顯示或隱藏工具欄。狀態欄顯示或隱藏狀態欄。工具欄（T） a標準工具欄（T） 用此命令可顯示和隱藏標準工具欄。標準工具欄包括了CMPP 中一些最普通命令的按鈕，如文件打開。在工具欄被顯示時，一個打勾記號出現在該菜單項目的旁邊。b指令區（W）用此命令

16、可顯示和隱藏指令區。c輸出區（O）用此命令可顯示和隱藏輸出區。d自定義（C）見自定義項。狀態欄（S）此命令可用來顯示和隱藏狀態欄。狀態欄描述了被選取的菜單項目或被按下的工具欄按鈕，以及鍵盤的鎖定狀態將要執行的操作。當狀態欄被顯示時，在菜單項目的旁邊會出現一個打勾記號。4端口菜單項：端口菜單提供了以下命令：端口1 選擇1 號串口進行聯機。端口2 選擇2 號串口進行聯機。端口測試對當前選擇的串口進行聯機測試。端口1（1） 此命令用來選擇串口1 進行聯機通訊，該命令會對串口1 進行初始化操作，并進行聯機測試，報告測試結果，如果聯機成功，則會將指令區初始化。端口2（2） 此命令用來選擇串口2 進行聯機

17、通訊，該命令會對串口2 進行初始化操作，并進行聯機測試，報告測試結果，如果聯機成功，則會將指令區初始化。端口測試此命令用來對當前選擇的串口進行聯機通訊測試，并報告測試結果，只測一次，如果聯機成功，則會將指令區初始化。5轉儲菜單項：轉儲菜單提供了以下命令：保存將下位機中指令數據保存到上位機。裝載將上位機中指令數據裝載到下位機。 保存（S） 此命令將下位機中（主存，微控器）的數據保存到上位機中，您選擇該命令會彈出一個保存對話框，如下圖：可以選擇保存機器指令，此時首尾地址輸入框將會變亮，否則首尾地址輸入框將會變灰，在允許輸入的情況下您可以指定需要保存的首尾地址，微指令也是如此。保存的數據以固定格式存

18、入*.TXT 格式的文件中，文件的路徑由您指定。機器指令格式為：$P00FF,“$”為標記號，“P”代表機器指令，“00”為機器指令的地址，“FF”為該地址中的數據。微指令格式為：$M00AA77FF,“$”為標記號，“M”代表微指令，“00”為機器指令的地址，“AA77FF” 為該地址中的數據。裝載（L） 此命令將上位機指定文件中的數據裝載到下位機中，您選擇該命令會彈出一個打開文件對話框，如下圖：可以打開任意路徑下的*.TXT 文件，如果是合法的指令文件，系統將把這些指令裝載到下位機中，裝載指令時，系統提供了一定的檢錯功能，如果指令文件中有錯誤的指令，將會導致系統退出裝載，并提示錯誤的指令行

19、。6運行菜單項：運行菜單提供了以下命令：通路圖選擇適當的數據通路圖。單節拍單節拍調試。單周期單周期調試。單步微指令單步微指令調試。單步機器指令單步機器指令調試。連續連續運行。停止停止運行。退出單節拍退出單節拍運行模式。流動速度對數據通路圖中數據的流動速度進行調節。通路圖此命令用于選擇需要的數據通路圖，您選擇該命令會彈出一個數據通路圖選擇對話框，如下圖：系統為您提供了四個數據通路圖，以滿足不同的實驗的需要，但是每次只允許打開一個數據通路圖（因為數據通路圖需要占用串口）。單節拍（P） 此命令用于向下位機發送單節拍命令，每發一次下位機將會完成一個節拍的工作。單周期（T） 此命令用于向下位機發送單周期

20、命令，每發一次下位機將會完成一個周期的工作。單步微指令（C） 此命令用于向下位機發送單步微指令命令，每發一次下位機將運行完一條微指令。 單步機器指令（M） 此命令用于向下位機發送單步機器指令命令，每發一次下位機將會運行完一條機器指令。連續（R） 此命令用于向下位機發送連續運行命令，一旦發下該命令，下位機將會進入連續運行狀態，直到您發送停止命令。停止（S） 如果您已經發送了連續運行命令，使得下位機進入連續運行狀態，那么此命令可以使得下位機停止運行，每次都得將當前指令周期運行完成后才能停止運行。退出單節拍（E） 此命令項用于退出單節拍運行模式，如果程序運行在單節拍模式下，是不允許用戶直接修改機器指

21、令和微指令的，只有在其退出單節拍運行模式后才能直接修改。其實退出單節拍模式就是將本周期運行完畢，當用戶選擇單步機器指令或是連續運行時將會自動退出單節拍運行模式。流動速度（L） 此命令用于指定數據通路圖中數據的流動速度，您選擇該命令會彈出一個流動速度設置對話框，如下圖：可以通過設置滑動塊的位置來調節數據的流動速度，按下恢復按鈕將會設置成默認值。7波形菜單項：波形菜單提供了以下命令：啟動啟動示波器。放大放大波形?？s小縮小波形。暫停暫停波形數據采集。繼續繼續采集波形數據。左移使游標左移一個單位。右移使游標右移一個單位?？焖僮笠剖褂螛俗笠莆鍌€單位?？焖儆乙剖褂螛擞乙莆鍌€單位。啟動（R）用此命令用來啟動

22、CM+雙蹤邏輯示波器，下位機已啟動示波器，該命令項變灰。放大（M）用此命令用來放大波形的顯示?？s小（L）用此命令用來縮小波形的顯示。暫停（S）用此命令用來暫停波形數據的采集，穩定波形的顯示，并顯示游標。繼續（C）用此命令用來繼續采集波形數據，并使游標消失，實時顯示波形。左移（N）在波形暫停狀態下此命令用來左移游標，每發一次該命令，游標左移一個單位。右移（M） 在波形暫停狀態下此命令用來右移游標，每發一次該命令，游標右移一個單位。快速左移在波形暫停狀態下此命令用來快速左移游標，每發一次命令，游標左移五個單位。快速右移在波形暫停狀態下此命令用來快速右移游標，每發一次命令，游標右移五個單位。8測試菜

23、單項：測試菜單提供了以下命令。開始：開始啟動系統測試。停止：停止系統測試。開始（S） 如果您啟動的是復雜模型機的數據通路圖，此命令可以啟動系統測試，系統測試將會逐單元地測試復雜模型機系統，并報告測試結果。停止（E） 如果您已啟動了系統測試功能，用此命令可以停止系統測試。9窗口菜單項：窗口菜單提供了以下命令。這些命令使您能在應用程序窗口中安排多個文檔的多個視圖：新建窗口：建立一個查看同樣文檔的新窗口。層疊：按重疊方式安排窗口。平鋪：按互不重疊平鋪方式安排窗口。安排圖標：安排已關閉窗口的圖標。轉到指定的窗口。新建窗口（N） 用此命令來打開一個具有與活動的窗口相同內容的新窗口。您可同時打開數個文檔窗

24、口以顯示文檔的不同部分或視圖。如果您對一個窗口的內容做了改動，所有其它包含同一文檔的窗口也會反映出這些改動。當您打開一個新的窗口，這個新窗口就成了活動的窗口并顯示于所有其它打開窗口之上。層疊（C） 用此命令按相互重疊形式來安排多個打開的窗口。平鋪（T） 用此命令按互不重疊形式來安排多個打開的窗口。排列圖標（A） 用此命令在主窗口的底部安排被最小化的窗口的圖標。如果在主窗口的底部有一個打開的窗口，則有可能會看不見某些或全部圖標，因為它們在這個文檔窗口的下面。窗口選擇CMPP 在窗口菜單的底部顯示出當前打開的文檔窗口的清單。有一個打勾記號出現在活動的窗口的文檔名前。從該清單中挑選一個文檔可使其窗口

25、成為活動窗口。10幫助菜單項：幫助菜單提供以下的命令，為您提供使用這個應用程序的幫助：幫助主題提供您可從其得到幫助的主題索引。關于顯示這個應用程序的版本號。幫助主題（H） 用此命令來顯示幫助的開場屏幕。從此開場屏幕，您可跳到關于使用CMPP 的一步指令以及各種不同類型參考資料。關于（A）CMPP用此命令來顯示您的CMPP 版本的版權通告和版本號碼。11關于自定義功能介紹系統為您提供了方便的快捷鍵設置方式，您可以通過自定義的方法定做自己的操作界面。自定義設置是一個對話框，此對話框上有幾個屬性頁，分別為：命令、工具欄、鍵盤、菜單、選項，下面分別加以介紹。命令屬性頁：其頁面如下：該屬性頁主要三項：類

26、別、命令、說明。類別：列出了應用程序所有的菜單項。 命令：列出了選中的菜單項中所對應的菜單命令。如上圖中選中的是“文件”菜單項，則在“命令”欄中列出了“文件”項所對應的菜單命令。說明：如果選中了一個菜單命令，則在說明欄中注明該菜單命令的作用。工具欄屬性頁：其頁面如下：這一屬性頁用來設置工具欄，系統提供了三個工具欄，您可以在此控制其顯示或隱藏。并且，如果選中某一工具欄，可以勾上右下角的“顯示文件本（S）”，使每一按鈕下都顯示該按鈕的名稱。鍵盤屬性頁：其頁面如下：該屬性頁用來設置菜單命令的快捷鍵。方法是：在“類別”欄選擇菜單項，然后在“命令”欄選擇需設置快捷鍵的菜單命令，此時說明欄會列出該菜單命令

27、的作用，如果該菜單命令已設置了快捷鍵，則在“快捷鍵”欄會顯示已設置的快捷鍵。如要設置新的快捷鍵，則可在“請按新快捷鍵”欄中鍵入新的快捷鍵，然后按下指定按鈕即可。如要刪除已有的快捷鍵，只要在“快捷鍵”欄中選中需刪除的快捷鍵，然后按下刪除按鈕即可。菜單屬性頁：其頁面如下：在該屬性頁中，您可以設置程序運行時主框架的菜單，但建議用默認值，也可以設置菜單展開時的動畫，以及是否產生菜單陰影。選項屬性頁：其頁面如下：該屬性頁用來設置工具欄的一些特性，如果勾上“顯示關于工具欄的提示（T）”，使鼠標在某一按鈕上停留片刻，則會顯示該按鈕的作用提示條。如果勾上“在屏幕提示中顯示快捷方式（K）”，則在顯示按鈕作用提示

28、條時還會顯示該按鈕的快捷鍵。大圖標：使工具欄按鈕顯示為大圖標。 五實驗程序清單在安裝程序后，系統會將實驗指導書中的實驗程序對應的存盤文件拷貝到安裝目錄下CMPPSample 目錄中，其對應文件分別為：EX.TXT 計算機系統認識實驗機器指令及微指令存盤文件EX1.TXT 簡單模型機實驗機器指令及微指令存盤文件EX2.TXT 帶進位移位模型機實驗機器指令及微指令存盤文件EX3.TXT 復雜模型機實驗機器指令及微指令存盤文件8255.TXT 擴展8255 實驗機器指令及微指令存盤文件8253.TXT 擴展8253 實驗機器指令及微指令存盤文件8259.TXT 具有中斷處理功能模型機實驗機器指令及微

29、指令存盤文件RISC.TXT 基于RISC 處理器構成的模型機機器指令存盤文件CHD.TXT 基于重疊技術構成的模型機實驗機器指令及微指令存盤文件LSH.TXT 基于流水技術構成的模型機實驗機器指令存盤文件對于實驗中的所有CPLD 應用實驗的源程序也都安裝于CMPPCPLD 目錄中，其對應文件目錄分別為：ALU_ABL 以ABEL 語言描述的并行加法器實驗ALU_P 以原理圖描述的并行加法器設計實驗MULTIPLY 乘法器實驗1032FIFO FIFO 實驗COM_LOC 硬布線控制器實驗BUS_CTR 總線控制實驗MICROP 用CPLD 實現模型計算機的設計實驗 8259 8259 實驗R

30、ISC RISC 實驗CHD1032 重疊實驗 LSH1032 流水實驗 六注意問題在使用的過程中可能會碰到一些常見問題，現列出來須加以注意：1啟動應用程序時報告串口初始化失敗。這說明當前串口已經被別的應用程序占用，或該串口不存在，您可以關閉占用串口的程序或換一個串口試試，如果提示問題依舊，請重新啟動計算機再運行程序。2程序啟動時報告串口通訊失敗。這說明當前程序已完成對串口的初始化工作，但是上位機和下位機的連接不正常，請確認下位機電源已經打開，串口線兩端接觸良好，上位機串口連接在軟件設定的串口號上，一切沒問題后再進行一次串口測試，可以得到測試報告。3測試功能不能使用。因為系統測試功能只針對復雜

31、模型機數據通路圖而言，所以只有在您打開復雜模型機數據通路圖后才可以進行系統測試，系統測試應在下位機按實驗要求將實驗連線連好后才進行。4示波器游標不能快速移動。實際上您可以通過鼠標將游標拽動任何合法的位置，當您將鼠標光標移動到游標附近時光標會變成拽取狀，此時按下鼠標左鍵就可以拖動游標了。5輸出區和指令區不能相互重疊。在拖動輸出時按下Ctrl 鍵，就可以將兩個區域重疊起來了。6單節拍運行程序之后不能修改機器指令或微指令。在單節拍運行模式下是不允許您修改機器指令或微指令的，只有在退出單節拍模式后才能修改，退出單節拍模式就是將當前指令周期執行完。7在連續運行程序時按下停止時沒有立即停止運行。在復雜模型

32、機通路圖中連續運行是以單步機器為單位的，所以即使按下停止運行按鈕，系統也不會立即停止，而是要將當前機器指令執行完。在其他的通路圖中，連續運行是以指令周期為單位的，因按下停止運行按鈕后，系統會將當前指令周期執行完后才停止。8示波器測量波形時顯示不穩定。在這種情況下您可以通過放大或縮小波形來加以調節，當然最好的辦法就是暫停波形顯示，這樣顯示的波形就不會閃動。9做基于流水技術構成模型計算機的實驗時注意問題在做基于流水技術構成模型計算機的實驗時，由于本實驗不需要微程序，當每次選擇流水數據通路圖時系統先將微程序的的00H、01H 兩個單元的內容改為所需要的值。而實驗中對于這兩個單元中的微程序不能隨意改變

33、，軟件需要使用。 第2章實驗內容實驗1 系統認識實驗一實驗目的1搭建并操作一個最基本的模型計算機。2建立對計算機組成及其原理的基本認識。二實驗設備1TDN-CM+或TDN-CM+教學實驗系統一套。2PC 微機一臺。三實驗原理1一臺簡單模型計算機的結構為了更好地理解計算機的各組成部件是如何相互配合進行工作的，我們將設計一個最基本的模型計算機。根據前面小節的知識，我們將算術邏輯運算器、控制器、寄存器、內部總線等部件搭接起來構成一個CPU，然后再加上存儲器、輸入設備、輸出設備即構成一臺完整的模型計算機。其邏輯框圖見圖1.4-1。圖1.4-1 模型機邏輯框圖其中ALU 為運算器、DR1、DR2 為工作

34、暫存器、R0 為通用寄存器、AR 為地址寄存器、PC 為程序計數器、IR 為指令寄存器、TIME 為時序發生器、MEM 為程序存儲器、INPUT 為輸入設備、OUTPUT 為輸出設備、MC 為微程序控制器。2模型計算機的程序本系統設計了四條指令，構成了此模型計算機的指令系統，即：助記符 機器指令碼 說 明IN 0000 0000 INPUTR0ADD addr 0001 0000 ××××××××R0+addrR0OUT 0010 0000 R0LEDJMP addr0011 0000 ××&#

35、215;×××××addrPC應用該指令系統可以編寫一段反映計算機操作的指令序列，它們就構成了所謂的計算機程序，并將其以二進制存放在主存儲器的連續的單元中。計算機通過連續運行該段程序，就可以解決各種復雜的計算或是控制問題。3微程序Microprogram為實現以上計算機程序的操作，控制器對應于每一條機器指令都需要進行一系列的微操作來完成該機器指令的操作。一個微操作則對應一條微指令。如果控制器采用最普遍使用的微程序控制器，則一條機器指令的操作就需要一系列微指令來完成。它們構成計算機的微程序并且是以二進制數的形式存放在控制存儲器的存儲單元中。與以上

36、機器指令對應的微操作內容如表1.4-1 所示。表1.4-1 機器指令對應的微操作機器指令助記符微操作說明 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取指IN R0 RAMÆBUS，BUSÆIR 取指 INPUTÆR0 向R0 中輸入一個數 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取指 RAMÆBUS，BUSÆIR 取指ADD X,R0 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取數據 RAMÆBUS，BUSÆDR2 取數據送入DR2 R0ÆDR1 將R0 中的數送入DR1 DR1+D

37、R2 ÆR0 兩數相加，結果送入R0 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取指OUT R0 RAMÆBUS，BUSÆIR 取指 R0ÆOUTPUT 將結果輸出顯示 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取指JMP 00 RAMÆBUS，BUSÆIR 取指 PCÆAR，PC+1ÆPC 預備取數據 RAMÆBUS，BUS ÆPC 取數據送入PC 四實驗步驟1構造一臺模型計算機首先，參照圖1.4-2，在教學實驗系統中使用連接導線（排線）將模型計算機的各個部件連接在一起，構

38、成一臺完整的模型計算機。連接圖中凡是標有小圓圈的連線都是需要連接導線的，而未標小圓圈的連線是系統已經連接好的。連接完成后，請仔細檢查，以保證連接的正確性。2我們來編寫一段簡單程序操作的例子來說明計算機工作的過程。這個程序要執行的功能是：1）由輸入設備向CPU 的通用寄存器R0 中輸入一個數。2）將輸入的數值與程序中的一個立即數相加。3）將運算結果輸出到輸出設備上進行顯示。4）跳轉返回到執行第一條指令的狀態和位置。完成以上指令操作的程序內容如表1.4-2 所示。表1.4-2 計算機操作程序地址指令碼指令助記符說明00 00000000 IN R0 INPUTÆR0 01 02 0001

39、0000 X ADD X,R0 R0+XÆR0 X 為立即操作數，存放在02 單元中03 00100000 OUT R0 R0ÆOUTPUT 04 05 00110000 00000000 JMP 00 00ÆPC 3模型機操作前的準備工作使用通訊電纜將實驗系統的串行接口與PC 微機的串行接口相連接，并將實驗系統的電源線接到電源插座中。然后啟動PC 微機，進入Windows 系統，安裝本設備提供的應用軟件CMPP。（安裝方法及軟件使用可見用戶手冊）。圖1.4-2 系統認識實驗接線圖4模型計算機的運行操作1）打開實驗系統的電源開關， 點擊圖標CMPP，運行軟件。 若

40、聯機正常后，將顯示如圖1.4-3 所示界面。圖1.4-3 聯機操作軟件主界面2）未聯機正常，也可以進入軟件界面，但是所有的菜單里的功能全是灰色不可用（除“文件”及“端口”菜單），且指令區窗口中的數據也全以星號顯示。本軟件的默認串口為1號串口，若通訊電纜連接到2 號串口上，可進入“【端口】”菜單，選擇2 號串口，然后進行“【端口】-【端口測試】”，若還不正常，請確保打開系統電源及檢查通訊電纜的連接。具體排除故障見使用手冊。3）進入“【轉儲】-【轉載】”，選擇系統軟件安裝時在CMPPSAMPLE 目錄下的一個例程EX.TXT,點擊“打開”后即進行裝載。此文件包含有上述設計的模型機要執行的機器指令程

41、序及定義該機器指令系統的微程序?？蓮摹啊疚募俊敬蜷_】”來打開此文件，可查看模型計算機操作的程序及其微程序。其內容為：機器指令：$P0000$P0110$P0208$P0320$P0430$P0500微指令：$M00018001$M0101ED82$M0200C048$M0300B004$M0401A205$M05959A01$M0600D181$M08001001$M0901ED83$M0A070201$M0B01ED86機器指令及微指令的描述格式為：4）裝載完成后，選擇“【運行】-【通路圖】-【復雜模型機】”可打開一個對應的數據通路圖，如圖1.4-4 所示：5）在執行指令之前，要將實驗系統

42、右下角的CLR 清零開關向上撥到0 位再撥回1 位，以將程序計數器和微地址寄存器清為零，使得程序可從零地址開始運行。選擇“【運行】【單步微指令】”功能，每按動一次，系統運行一條微指令并在界面中顯示動態數據流及微地址等的變化，仔細觀察運行過程，則可了解并掌握計算機的工作過程。6）每按動一次“【運行】【單步機器指令】”，則單步執行一條機器指令。一條機器指令對應一段微程序，每執行一條微指令時，計算機同時顯示數據流，執行完這條機器指令對應的所有微指令后則自動停止。此時可以再繼續單步執行下一條機器指令。當模型計算機執行完一條指令后，PC 微機則根據指令的執行過程，在屏幕上顯示出其數據流，圖中各部件的有效

43、控制信號則用高亮顯示，并將下一條微指令代碼顯示在下方。這樣就可以形象地看到一條指令的執行過程?！啊具\行】【單步微指令】”的功能是單步執行一條微指令，同時顯示其數據流?！啊具\行】【連續運行】”，則連續運行全部程序，同時連續顯示整個數據流。當按動“【運行】【停止】”時才會停止執行，但不是立即停止，只有當一條機器指令運行完后才會停止。圖1.4-47）單步執行機器指令，并對照表1.4-2，觀察對應一條機器指令的一系列微操作的運行過程。思考問題1） 單步執行微指令，觀察應用軟件的數據通路圖中各部件的有效控制信號（高亮顯示），思考這些控制信號的作用。并對照圖1-2，找到這些控制信號的來源，并思考它們是如何

44、產生的，它們與微代碼的關系。思考微程序控制器在整個模型計算機運行中的作用。2） 單步執行指令ADD X,R0，觀察微操作DR1+DR2 􀃆R0 執行時，運算器ALU 的有效控制信號S0-S3、M、CN，思考它們對運算器算術邏輯操作的作用。實驗2 算術邏輯運算實驗一實驗目的1了解運算器的組成結構。2掌握運算器的工作原理。3學習運算器的設計方法。4掌握簡單運算器的數據傳送通路。5驗證運算功能發生器74LS181 的組合功能。二實驗設備TDN-CM+或TDN-CM+教學實驗系統一套。三實驗原理實驗中所用的運算器數據通路圖如圖2.6-1。圖中所示的是由兩片74LS181 芯片以并/串

45、形式構成的8 位字長的運算器。右方為低4 位運算芯片，左方為高4 位運算芯片。低位芯片的進位輸出端Cn+4 與高位芯片的進位輸入端Cn 相連，使低4 位運算產生的進位送進高4位運算中。低位芯片的進位輸入端Cn 可與外來進位相連，高位芯片的進位輸出引至外部。兩個芯片的控制端S0S3 和M 各自相連，其控制電平按表2.6-1。為進行雙操作數運算，運算器的兩個數據輸入端分別由兩個數據暫存器DR1、DR2（用鎖存器74LS273 實現）來鎖存數據。要將內總線上的數據鎖存到DR1 或DR2 中，則鎖存器74LS273 的控制端LDDR1 或LDDR2 須為高電平。當T4 脈沖來到的時候，總線上的數據就被

46、鎖存進DR1 或DR2 中了。為控制運算器向內總線上輸出運算結果，在其輸出端連接了一個三態門（用74LS245 實現）。若要將運算結果輸出到總線上，則要將三態門74LS245 的控制端ALU-B 置低電平。否則輸出高阻態。圖2.6-1 運算器通路圖數據輸入單元(實驗板上印有INPUT DEVICE)用以給出參與運算的數據。其中，輸入開關經過一個三態門（74LS245）和內總線相連，該三態門的控制信號為SW-B，取低電平時，開關上的數據則通過三態門而送入內總線中?？偩€數據顯示燈（在BUS UNIT 單元中）已與內總線相連，用來顯示內總線上的數據?？刂菩盘栔谐齌4 為脈沖信號，其它均為電平信號。由

47、于實驗電路中的時序信號均已連至“W/R UNIT”單元中的相應時序信號引出端，因此，需要將“W/R UNIT”單元中的T4 接至“STATE UNIT”單元中的微動開關KK2 的輸出端。在進行實驗時，按動微動開關，即可獲得實驗所需的單脈沖。S3、S2、 S1、S0 、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各電平控制信號則使用“SWITCHUNIT”單元中的二進制數據開關來模擬，其中Cn、ALU-B、SW-B 為低電平有效，LDDR1、LDDR2 為高電平有效。對于單總線數據通路，作實驗時就要分時控制總線，即當向DR1、DR2 工作暫存器打入數據時，數據開關三態門打開，這時應保

48、證運算器輸出三態門關閉；同樣，當運算器輸出結果至總線時也應保證數據輸入三態門是在關閉狀態。四實驗步驟1按圖2.6-2 連接實驗電路并檢查無誤。圖中將用戶需要連接的信號線用小圓圈標明（其它實驗相同，不再說明）。2開電源開關。3用輸入開關向暫存器DR1 置數。撥動輸入開關形成二進制數01100101（或其它數值）。（數據顯示燈亮為0，滅為1）。使SWITCH UNIT 單元中的開關SW-B=0（打開數據輸入三態門）、ALU-B=1（關閉ALU 輸出三態門）、LDDR1=1、LDDR2=0。按動微動開關KK2，則將二進制數01100101 置入DR1 中。4用輸入開關向暫存器DR2 置數。撥動輸入開

49、關形成二進制數10100111（或其它數值）。SW-B=0、ALU-B=1 保持不變，改變LDDR1、LDDR2，使LDDR1=0、LDDR2=1。按動微動開關KK2，則將二進制數10100111 置入DR2 中。5檢驗DR1 和DR2 中存的數是否正確。關閉數據輸入三態門（SW-B=1），打開ALU 輸出三態門（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，關閉寄存器。置S3、S2、 S1、S0 、M 為1 1 1 1 1，總線顯示燈則顯示DR1 中的數。置S3、S2、 S1、S0 、M 為1 0 1 0 1，總線顯示燈則顯示DR2 中的數。6改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出。

50、SW-B=1、ALU-B=0 保持不變。按表2-2 置S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 的數值，并觀察總線顯示燈顯示的結果。例如：置S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 為1 0 0 1 0 1，運算器作加法運算。置S3、S2、 S1、S0 、M、Cn 為0 1 1 0 0 0，運算器作減法運算。7驗證74LS181 的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）在給定DR1=65、DR2=A7 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。圖2.6-2 算術邏輯實驗接線圖表2.6-1DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0（算術運算）M=1 （邏輯運算

51、）Cn=1 無進位Cn=0 有進位65 65 65 A7 A7 A7 F=（65） F=（E7） F=（7D） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（66） F=（E8） F=（7E） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ）F=（9A） F=（18） F=（82） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ）

52、 F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） F=（ ） 實驗3 靜態隨機存儲器實驗一實驗目的掌握靜態隨機存儲器RAM 工作特性及數據的讀寫方法。二實驗設備1TDN-CM+或TDN-CM+教學實驗系統一臺。2PC 微機（或示波器）一臺。三實驗原理實驗所用的半導體靜態存儲器電路原理如圖3.6-1 所示，實驗中的靜態存儲器由一片6116（2K×8）構成，其數據線接至數據總線，地址線由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈AD0AD7 與地址線相連，顯示地址線內容。數據開關經一個三態門（74LS245）連至數據總線，分時給出地址和數據。因地址寄存器為8 位，所以接入6116 的地址為

53、A7A0，而高三位A8A10 接地，所以其實際容量為256 字節。6116 有三個控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、WE（寫線）。當片選有效（CE=0）時，OE=0 時進行讀操作，WE=0 時進行寫操作。本實驗中將OE 常接地，在此情況下，當CE=0、WE=0 時進行讀操作，CE=0、WE=1 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SW-B 為低電平有效，LDAR 為高電平有效。圖3.6-1 存儲器實驗原理圖四實驗步驟(1) 形成時鐘脈

54、沖信號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H23，調節電位器W1 及W2 ，使H23 端輸出實驗所期望的頻率及占空比的方波。 將時序電路模塊（STATE UNIT）單元中的和信號源單元（SIGNAL UNIT）中的H23 排針相連。 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“RUN”狀態、“STEP”開關置為“EXEC”狀態時，按動微動開關START，則TS3端即輸出為連續的方波信號，此時調節電位器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、“STEP”開關置為“STEP”狀態時，每按動一次微動開關START，則T3 輸出一個單脈沖，其脈沖寬度與連續方式相同。若用PC 聯機軟件中的示波器功能也能看到波形，可以代替真實示波器。(2) 按圖3.6-2 連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。圖3.6-2 靜態隨機存儲器實驗接線圖(3) 寫存儲器給存儲器的00、01、02、03、04 地址單元中分別寫入數據11、12、13、14、15。由上面的存儲