1、目目 錄錄實驗一 系統(tǒng)認識實驗2實驗二 算術(shù)邏輯運算實驗9實驗三 進位控制實驗12實驗四 移位運算實驗14實驗五 靜態(tài)隨機存儲器實驗 16實驗六 總線控制器實驗19實驗七 微程序控制器實驗21歡迎下載2實驗一實驗一 系統(tǒng)認識實驗系統(tǒng)認識實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?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。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 1TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套。 2 PC 微機一臺。 三三、實驗原理實驗原理 1一臺簡單模型計算機的結(jié)構(gòu) 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(shè)計一個最基 本的模型計算機。根據(jù)前面

2、小節(jié)的知識，我們將算術(shù)邏輯運算器、控制器、寄存器、內(nèi)部總 線等部件搭接起來構(gòu)成一個 CPU，然后再加上存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備即構(gòu)成一臺完整的模型計算機。其邏輯框圖見圖 1.4-1。 其中 ALU 為運算器、DR1、DR2 為工作暫存器、R0 為通用寄存器、AR 為地址寄存器、 PC 為程序計數(shù)器、IR 為指令寄存器、TIME 為時序發(fā)生器、MEM 為程序存儲器、INPUT 為輸入設(shè)備、OUTPUT 為輸出設(shè)備、MC 為微程序控制器。 2 模型計算機的程序 本系統(tǒng)設(shè)計了四條指令，構(gòu)成了此模型計算機的指令系統(tǒng)，即： 歡迎下載3 應(yīng)用該指令系統(tǒng)可以編寫一段反映計算機操作的指令序列，它們就構(gòu)成了所

3、謂的計算機 程序，并將其以二進制存放在主存儲器的連續(xù)的單元中。計算機通過連續(xù)運行該段程序，就 可以解決各種復(fù)雜的計算或是控制問題。 3 微程序 Microprogram 為實現(xiàn)以上計算機程序的操作，控制器對應(yīng)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(yīng)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(gòu)成計算機的微程 序并且是以二進制數(shù)的形式存放在控制存儲器的存儲單元中。與以上機器指令對應(yīng)的微操作 內(nèi)容如表 1.4-1 所示。 歡迎下載4 四四、實驗步驟實驗步驟 1構(gòu)造一臺模型計算機 首先，參照圖 1.

4、4-2，在教學(xué)實驗系統(tǒng)中使用連接導(dǎo)線（排線）將模型計算機的各個部件連接在一起，構(gòu)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(dǎo)線的，而未標小圓圈的連線是系統(tǒng)已經(jīng)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(zhí)行的功能是： 1）由輸入設(shè)備向 CPU 的通用寄存器 R0 中輸入一個數(shù)。 2）將輸入的數(shù)值與程序中的一個立即數(shù)相加。 3）將運算結(jié)果輸出到輸出設(shè)備上進行顯示。 4）跳轉(zhuǎn)返回到執(zhí)行第一條指令的狀態(tài)和位置。 完成以上指令操作的程序內(nèi)容如表 1.4-2 所示。 歡迎下載5 3 模型機操作前的

5、準備工作 使用通訊電纜將實驗系統(tǒng)的串行接口與 PC 微機的串行接口相連接，并將實驗系統(tǒng)的電源線接到電源插座中。然后啟動 PC 微機，進入 Windows 系統(tǒng)，安裝本設(shè)備提供的應(yīng)用軟件 CMPP。 （安裝方法及軟件使用可見用戶手冊） 。 歡迎下載64模型計算機的運行操作 1）打開實驗系統(tǒng)的電源開關(guān)， 點擊圖標 CMPP，運行軟件。 若聯(lián)機正常后，將顯示如 圖 1.4-3 所示界面。 2）未聯(lián)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(qū)窗口中的數(shù)據(jù)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“

6、【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(tǒng)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(zhuǎn)儲】- 【轉(zhuǎn)載】 ” ，選擇系統(tǒng)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(shè)計的模型機要執(zhí)行的機器指令程序及定義該機器指令系統(tǒng)的微程序。可從“【文件】【打開】 ”來打開此文件，歡迎下載7可查看模型計算機操作的程序及其微程序。其內(nèi)容為： 機器指令： $P0000 $P0110 $P0208 $P0320 $P0430 $P0500 微指令： $M00018001

7、$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(fù)雜模型機】 ”可打開一個對應(yīng)的數(shù)據(jù)通路圖，如圖 1.4-4 所示： 5）在執(zhí)行指令之前，要將實驗系統(tǒng)右下角的 CLR 清零開關(guān)向上撥到 0 位再撥回 1 位，以將程序計數(shù)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(tǒng)運行一條微指令并在

8、界面中 顯示動態(tài)數(shù)據(jù)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(zhí)行一條機器指令。一條機器歡迎下載8指 令對應(yīng)一段微程序，每執(zhí)行一條微指令時，計算機同時顯示數(shù)據(jù)流，執(zhí)行完這條機器指令對 應(yīng)的所有微指令后則自動停止。此時可以再繼續(xù)單步執(zhí)行下一條機器指令。 當(dāng)模型計算機執(zhí)行完一條指令后，PC 微機則根據(jù)指令的執(zhí)行過程，在屏幕上顯示出其 數(shù)據(jù)流，圖中各部件的有效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(zhí)行過程。 “【運行】【單步微指令】 ”的功能是單步執(zhí)行一條微指令，同時顯

9、示其數(shù)據(jù)流。 “【運行】【連續(xù)運行】 ” ，則連續(xù)運行全部程序，同時連續(xù)顯示整個數(shù)據(jù)流。當(dāng)按動 “【運行】【停止】 ”時才會停止執(zhí)行，但不是立即停止，只有當(dāng)一條機器指令運行 完后才會停止。 7）單步執(zhí)行機器指令，并對照表 1.4-2，觀察對應(yīng)一條機器指令的一系列微操作的運行過程。 思考問題思考問題 1）單步執(zhí)行微指令，觀察應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)通路圖中各部件的有效控制信號 （高亮顯示） ， 歡迎下載9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，并思考它們是如何產(chǎn)生的，它們與微代碼的關(guān)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(zhí)行指令 ADD X,R0 ，觀察微操

10、作DR1+DR2 R0 執(zhí)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(shù)邏輯操作的作用。 歡迎下載10實驗二實驗二 算術(shù)邏輯運算實驗算術(shù)邏輯運算實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1了解運算器的組成結(jié)構(gòu)。 2 掌握運算器的工作原理。 3 學(xué)習(xí)運算器的設(shè)計方法。 4 掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。 5 驗證運算功能發(fā)生器 74LS181 的組合功能。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套。 三三、實驗原理實驗原理 實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖如圖 2.6-1。圖中所示的是由兩片 74LS181 芯片以并/ 串形式構(gòu)成的 8 位字長的

11、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(chǎn)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(shù)運算，運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個數(shù)據(jù)暫存器 DR1、DR2 （用鎖存器 74LS273 實現(xiàn)）來鎖存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)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(dāng) T4 脈沖來到的

12、時候，總線上的數(shù)據(jù)就被鎖存進 DR1 或 DR2 中了。 為控制運算器向內(nèi)總線上輸出運算結(jié)果，在其輸出端連接了一個三態(tài)門（用 74LS245 實現(xiàn)） 。若要將運算結(jié)果輸出到總線上，則要將三態(tài)門 74LS245 的控制端 ALU-B 置低電平。否則輸出高阻態(tài)。 數(shù)據(jù)輸入單元(實驗板上印有 INPUT DEVICE)用以給出參與運算的數(shù)據(jù)。其中，輸入開關(guān)經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）和內(nèi)總線相連，該三態(tài)門的控制信號為 SW-B，取低電平時，開關(guān)上的數(shù)據(jù)則通過三態(tài)門而送入內(nèi)總線中。 總線數(shù)據(jù)顯示燈（在 BUS UNIT 單元中）已與內(nèi)總線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。 控制信號中除 T4 為脈沖信

13、號，其它均為電平信號。 由于實驗電路中的時序信號均已連至“W/R UNIT”單元中的相應(yīng)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(guān) KK2 的輸出端。在進行實驗時，按動微動開關(guān)，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 “SWITCH UNIT”單元中的二進制數(shù)據(jù)開關(guān)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(shù)據(jù)通路，作實驗時就要分時控制總線，即當(dāng)向 DR1、DR2 工作

14、暫存器打入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門打開，這時應(yīng)保證運算器輸出三態(tài)門關(guān)閉；同樣，當(dāng)運算器輸出結(jié)果至總線時也應(yīng)保證數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門是在關(guān)閉狀態(tài)。 歡迎下載11四四、實驗步驟實驗步驟 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(guān)。 3 用輸入開關(guān)向暫存器 DR1 置數(shù)。 撥動輸入開關(guān)形成二進制數(shù) 01100101（或其它數(shù)值） 。 （數(shù)據(jù)顯示燈亮為 0，滅為 1） 。 使 SWITCH UNIT 單元中的開關(guān) SW-B=0（打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門） 、ALU-B=1 （關(guān)閉 ALU 輸出三態(tài)門） 、LDDR1=1、LDDR

15、2=0。 按動微動開關(guān) KK2 ，則將二進制數(shù) 01100101 置入 DR1 中。 4 用輸入開關(guān)向暫存器 DR2 置數(shù)。 撥動輸入開關(guān)形成二進制數(shù) 10100111（或其它數(shù)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(guān) KK2 ，則將二進制數(shù) 10100111 置入 DR2 中。 5 檢驗 DR1 和 DR2 中存的數(shù)是否正確。 關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW-B=1） ，打開 ALU 輸出三態(tài)門（ALU-B=0） ，并使 LDDR1=0、 LDDR2=0 ，關(guān)閉寄存器。 置 S3、S2、S1、S0、M 為 1

16、 1 1 1 1，總線顯示燈則顯示 DR1 中的數(shù)。 置 S3、S2、S1、S0、M 為 1 0 1 0 1，總線顯示燈則顯示 DR2 中的數(shù)。 6 改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的輸出。 歡迎下載12 SW-B=1、ALU-B=0 保持不變。 按表 2-2 置 S3、S2、S1、S0 、M、Cn 的數(shù)值，并觀察總線顯示燈顯示的結(jié)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(shù)運算和邏輯運算功能（采用正邏輯） 在給定 DR

17、1=65、DR2=A7 的情況下，改變運算器的功能設(shè)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。 歡迎下載13 實驗三實驗三 進位控制實驗進位控制實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1了解帶進位控制的運算器的組成結(jié)構(gòu)。 2 驗證帶進位控制的運算器的功能。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一套。 三三、實驗原理實驗原理圖 2.7-1 所示為進位鎖存及其顯示電路。運算器最高位進位輸出 Cn+4 連接到一個鎖存器（用 74LS74 實現(xiàn)）的輸入端 D,鎖存器控制端的控制信號 AR 必須置為低電平，當(dāng) T4 脈沖來到時，進位結(jié)果就被鎖存到進位鎖存器中了，

18、發(fā)光二極管這時顯示為“滅” 。同時也將本次的進位輸出結(jié)果帶進了下次的運算中，作為下次運算的進位輸入。 歡迎下載14四四、實驗步驟實驗步驟 1按圖 2.7-3 連接實驗電路并檢查無誤。 2 打開電源開關(guān)。 3 用輸入開關(guān)向暫存器 DR1 和 DR2 置數(shù),方法同前。 4 關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（SW-B=1） ，打開 ALU 輸出三態(tài)門 （ALU-B=0） ，并使 LDDR1=0、 LDDR2=0 ，關(guān)閉寄存器打入控制門。 5 對進位標志清零。 實驗板上“SWITCH UNIT”單元中的 CLR 開關(guān)為標志 CY、ZI 的清零開關(guān)，它為零狀態(tài)時是清零狀態(tài)，所以將此開關(guān)做 101 操作，即可使標志位清

19、零。 注意：進位標志指示燈 CY 亮?xí)r表示進位標志為“” ，無進位；標志指示燈 CY 滅時表示進位為“” ，有進位。 6 驗證帶進位運算及進位鎖存功能。 使 Cn=1，AR=0,進行帶進位算術(shù)運算。 例如做加法運算，使 ALU-B=0 ，S3 S2 S1 S0 M 狀態(tài)為 1 0 0 1 0，此時數(shù)據(jù)總線上歡迎下載15顯示的數(shù)據(jù)為 DR1 加 DR2 加當(dāng)前進位標志的和，但這時的進位狀態(tài)位還沒有打入進位鎖存器中，它是要靠 T4 節(jié)拍來打入的。這個結(jié)果是否有進位產(chǎn)生，則要按動微動開關(guān) KK2 ，若進位標燈亮，則無進位，反之則有進位。因做加法運算時數(shù)據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)為 DR1+DR2+CY ，

20、所以當(dāng)有進位輸入到進位鎖存器后，總線顯示的數(shù)據(jù)將為加上當(dāng)前進位鎖存器中鎖存的進位位的結(jié)果。 實驗四實驗四 移位運算實驗移位運算實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1了解移位發(fā)生器 74LS299 的功能。 2 驗證移位控制電路的組合功能。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺。 三三、實驗原理實驗原理 圖 2.8-1 所示為移位器及其控制電路。其中使用了一片 74LS299 作為移位發(fā)生器，其八位輸入輸出端可連接至內(nèi)總線。74LS299 移位器的片選控制信號為 299-B ，低電平有效。 T4 為其控制脈沖信號，由“W/R UNIT”單元中的 T4 接至“STATE

21、 UNIT”單元中的單脈沖發(fā)生器 KK2 上而產(chǎn)生， 。S0、S1、M 作為移位控制信號，此移位控制邏輯功歡迎下載16能如表 2.8-1 所示。 四四、實驗步驟實驗步驟 1按圖 2.8-2 連接實驗電路并檢查無誤。 2 打開電源開關(guān)。 3 向移位寄存器置數(shù)。 歡迎下載17 撥動輸入開關(guān)形成二進制數(shù) 01101011（或其它數(shù)值） 。 使 SWITCH UNIT 單元中的開關(guān) SW-B=0，打開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門。 使 S0=1、S1=1，并按動微動開關(guān) KK2 ，則將二進制數(shù) 01101011 置入了移位寄存器。 使 SW-B=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門。 4 移位運算操作。 參照表 2.8-1 中的

22、內(nèi)容，先將 S1、S0 置為 0、0，檢查移位寄存器單元裝入的數(shù)是否正確， 然后通過改變 S0、S1、M、299-B 的狀態(tài)，并按動微動開關(guān) KK2 ，觀察移位結(jié)果。 實驗五實驗五 靜態(tài)隨機存儲器實驗靜態(tài)隨機存儲器實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?掌握靜態(tài)隨機存儲器 RAM 工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫方法。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 1TDN-CM+或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺。 2 PC 微機（或示波器）一臺。 三三、實驗原理實驗原理 實驗所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器電路原理如圖 3.6-1 所示，實驗中的靜態(tài)存儲器由一片 6116（2K 8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址線由地址鎖存器（74LS273

23、）給出。地址燈 AD0AD7 與地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一個三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時給出地址和數(shù)據(jù)。 因地址寄存器為 8 位，所以接入 6116 的地址為 A7A0 ，而高三位 A8A10 接地，所以其實際容量為 256 字節(jié)。6116 有三個控制線：CE （片選線） 、OE（讀線） 、WE（寫線） 。 當(dāng)片選有效（CE=0）時，OE=0 時進行讀操作，歡迎下載18WE=0 時進行寫操作。本實驗中將 OE 常接地，在此情況下，當(dāng) 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

24、時序電路模塊的 TS3 相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其它電平控制信號由“SWITCH UNIT”單元的二進制開關(guān)模擬，其中 SW-B 為低電平有效，LDAR 為高電平有效。 四四、實驗步驟實驗步驟 (1) 形成時鐘脈沖信號 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(diào)節(jié)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(guān)“STOP”和“STEP” 。將“STOP”開關(guān)置為 “RU

25、N”狀態(tài)、 “STEP”開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)時，按動微動開關(guān) START，則 TS3 端即輸出為連續(xù)的方波信號，此時調(diào)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。當(dāng) “STOP”開關(guān)置為 “RUN”狀態(tài)、 “STEP”開關(guān)置為 “STEP”狀態(tài)時，每按動一次微動開關(guān) START，則 T3 輸出一個單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。若用 PC 聯(lián)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。 歡迎下載19 (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(shù)據(jù) 11、1

26、2、13、14、15。 由上面的存儲器實驗原理圖看出，由于數(shù)據(jù)和地址全由一個數(shù)據(jù)開關(guān)來給出，這就要分 時地給出。下面的寫存儲器要分兩個步驟，第一步寫地址，先關(guān)掉存儲器的片選（CE=1） ， 打開地址鎖存器門控信號（LDAR=1） ，打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=0） ，由開關(guān)給出要寫存儲單元的地址，按動 START 產(chǎn)生 T3 脈沖將地址打入到地址鎖存器，第二步寫數(shù)據(jù)，關(guān)掉地址鎖存器門控信號（LDAR=0） ，打開存儲器片選，使處于寫狀態(tài)（CE=0，WE=1） ，由開關(guān)給出此單元要寫入的數(shù)據(jù)，按動 START 產(chǎn)生 T3 脈沖將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前的地址單元中。寫其它單元依次循環(huán)上述步驟。 寫存儲器

27、流程如下：（以向 00 號單元寫入 11 為例） 歡迎下載20 (4) 讀存儲器 依次讀出第 00、01、02、03、04 號單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。同寫操作類似，讀每個單元也需要兩步，第一步寫地址，先關(guān)掉存儲器的片選（CE=1） ，打開地址鎖存器門控信號（LDAR=1） ，打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=0） ，由開關(guān)給出要寫存儲單元的地址，按動 START 產(chǎn)生 T3 脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步讀存儲器，關(guān)掉地址鎖存器門控信號（LDAR=0） ，關(guān)掉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=1） ，片選存儲器，使它處于讀狀態(tài)（CE=0 ，WE=0） ，此時數(shù)據(jù)總線上

28、顯示的數(shù)據(jù)即為從存儲器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。讀其它單元依次循環(huán)上述步驟。 讀存儲器操作流程如下：（以從 00 號單元讀出 11 數(shù)據(jù)為例） 實驗六實驗六 總線控制器實驗總線控制器實驗一 實驗?zāi)康臍g迎下載21(1) 理解總線的概念及其特性。(2) 掌握總線傳輸控制特性。二 實驗設(shè)備TDNCM計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一 ，排線若干。三 實驗內(nèi)容 1) 總線的基本概念 總線是多個系統(tǒng)部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計算機系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計算機在系統(tǒng)各部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，所謂總線就是指能為多個功能部件服務(wù)的一組公用信息線。 2) 實驗原理 實驗所用總

29、線傳輸實驗框圖如圖 17 所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序的控制它們，就可進行總線信息傳輸。 3) 實驗要求 根據(jù)掛在總線上的幾個基本部件，設(shè)計一個簡單的流程： (1) 輸入設(shè)備將一個數(shù)打入 R0 寄存器。 (2) 輸入設(shè)備將另一個數(shù)打入地址寄存器。 (3) 將 R0 寄存器中的數(shù)寫入到當(dāng)前地址的存儲器中。 (4) 將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)用 LED 數(shù)碼管顯示。 四 實驗步驟(1) 按照圖 18 實驗接線圖進行連線。數(shù)據(jù)輸入開關(guān)地址寄存器 AR存儲器RAM數(shù)碼管顯示 LEDR0 寄存 器圖 17 總線

30、實驗原理圖LED-BLEARCSW/R LED-BW/RR0-BLDR0總線BUS UNITD7D0INPUT UNITD7D0SW-BD7D0LDR0D7D0D7D0OUTPUT DEVICEAD7 AD0SW-BD7D0LDARSW-BR0-BREG UNITADDRESS UNITEXT UNITA7 A0MAIN MEMW/RW/RCSLED-B圖 18 總線實驗原理圖SWITCH UNITLDPCPC-BS3299-BWECELDAR歡迎下載22(2) 具體操作步驟圖示如下：初始狀態(tài)應(yīng)設(shè)為：關(guān)閉所有三態(tài)門(SW-B=1，CS=1，R0-B=1，LED-B=1)，其他控制信號為 LDA

31、R=0，LDR0=0，WR(RAM)=1，WR(LED)=1。數(shù)據(jù)開關(guān)(01100011)三態(tài)門SW-B=0打入寄存器 R0LDR0=數(shù)據(jù)開關(guān)(00100000)打入寄存器 ARLDAR=三態(tài)門SW-B=1R0-B=0R0 寫入存儲器W/R(RAM)=0CS=0三態(tài)門R0-B=0CS=1存儲器打入 LEDW/R(RAM)=1CS=0LED-B=0W/R(LED)=歡迎下載23實驗七實驗七 微程序控制器實驗微程序控制器實驗一一、實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?1 掌握時序發(fā)生器的組成原理。 2 掌握微程序控制器的組成原理。 3 掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。 二二、實驗設(shè)備實驗設(shè)備 TDN-CM+

32、或 TDN-CM+教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺。 三三、實驗原理實驗原理 微程序控制器的基本任務(wù)是完成當(dāng)前指令的翻譯和執(zhí)行，即將當(dāng)前指令的功能轉(zhuǎn)換成可 以控制硬件邏輯部件工作的微命令序列，完成數(shù)據(jù)傳送和各種處理操作。它的執(zhí)行方法就是 將控制各部件動作的微命令的集合進行編碼，即將微命令的集合仿照機器指令一樣，用數(shù)字 代碼的形式表示，這種表示稱為微指令。這樣就可以用一個微指令序列表示一條機器指令， 這種微指令序列成為微程序。微程序存儲在一種專用的存儲器中，稱為控制存儲器。 實驗所用的時序控制電路框圖如圖 4.4-1 所示，可產(chǎn)生個等間隔的時序信號 TS1TS4 ，其中 為時鐘信號，由實驗臺左上方的方波信號源提

33、供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號。 學(xué)生可根據(jù)實驗自行選擇方波信號的頻率及脈寬。圖中 STEP（單步）是來自實驗板上方中部的一個二進制開關(guān) STEP 的模擬信號。START 鍵是來自實驗板上方左部的一個微動開關(guān) START 的按鍵信號。當(dāng) STEP 開關(guān)為時 （EXEC） ，一旦按下 START 啟動鍵，時序信號 TS1 TS4 將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng) STEP 為（STEP）時，一旦按下 SATRT 啟動鍵，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)機器連續(xù)運行時，如果 S

34、TEP 開關(guān)置“” （STEP） ，也會使機器停機，或使 CLR 開關(guān)執(zhí)行 101 操作也可以使時序清零。時序狀態(tài)圖見圖 4.4-7。 由于時序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所以只需將時序電路與方波信號源連接，即將時序 電路的時鐘脈沖輸入端 接至方波信號發(fā)生器輸出端 H23 上，按動啟動鍵 START 后，就可產(chǎn)生時序信號 TS1TS4。時序電路的 CLR 已接至實驗板右下方的 CLR 模擬開關(guān)上。 歡迎下載24微程序控制電路與微指令格式 微程序控制電路 微程序控制器的組成見圖 4.4-2 ，其中控制存儲器采用片 2816 的 E2PROM,具有掉電保護功能，微命令寄存器 18 位，用兩片 8D 觸

35、發(fā)器（273）和一片 4D （175）觸發(fā)器組成。微地址寄存器 6 位，用三片正沿觸發(fā)的雙 D 觸發(fā)器（74）組成，它們帶有清“”端和預(yù)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(nèi)容即為下一條微指令地址。當(dāng) T4 時 刻進行測試判別時，轉(zhuǎn)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“” 狀態(tài)，完成地址修改。 在該實驗電路中設(shè)有一個編程開關(guān)（位于實驗板右上方） ，它具有三種狀態(tài)：PROM （編程） 、READ（校驗） 、RUN（運行） 。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時，學(xué)生可根據(jù)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(dāng)處于“校驗狀態(tài)”時，可以對寫入控

36、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(dāng)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(jù)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，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動微地址顯示燈。 微指令格式 微指令字長共 24 位，其控制位順序如表 4.4-1 ： 歡迎下載25 其中 UA5UA0 為 6 位的后續(xù)微地址，A、B、C 為三個譯碼字段，分別由三個控歡迎下載26制位譯碼出多位。C 字段中的 P（1）P （4）是四個測試字位。其功能是根據(jù)機器指令及相應(yīng)微代碼進行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實現(xiàn)微程序的順序、

37、分支、循環(huán)運行，其原理如圖 4.4-3 所示，圖中 I7I2 為指令寄存器的第 72 位輸出，SE5SE1 為微控器單元微地址鎖存器的強置端輸出。AR 為算術(shù)運算是否影響進位及判零標志控制位，其為零有效。B 字段中的 RS-B、R0-B、RI-B 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(jù)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 4.4-4 ，圖中 I0I4 為指令寄存器的第 04 位，LDRi 為打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。 歡迎下載27四四、實驗步驟實驗步驟 （1）圖 4.4-5 為所設(shè)計的幾條機器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖，將全部微程序按微指令格式變成二進制代碼，可得到表 4.4-2 的二進制代碼表。 上圖中一個矩形方框表示一條微指令，方框中的內(nèi)容為該指令執(zhí)行的微操作，右上角的數(shù)字是該條指令的微地址，為表示方便，所有微地址是用 8 進制表示。向下的箭頭指出了下一條要執(zhí)行的指令。P（1） 、P（4）為測試字，根據(jù)條件使微程序產(chǎn)生分支。 歡迎下載28 （2）按圖