計算機組成原理與體系結(jié)構(gòu)實驗指導(dǎo)書2015

1、計算機組成原理A實驗指導(dǎo)書計算機科學(xué)與技術(shù)與學(xué)院計算機科學(xué)系目 錄實驗一 運算器1實驗二 移位器運算6實驗三 存儲器9實驗四 總線控制13實驗五 微程序控制器16實驗一 運算器【實驗?zāi)康呐c要求】1掌握運算器的組成、功能及工作原理；2驗證由74LS181組成的16位ALU的功能，進(jìn)一步驗證帶初始進(jìn)位的ALU的功能；3. 熟悉運算器執(zhí)行算術(shù)運算操作和邏輯運算操作的具體實現(xiàn)過程?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用 EL-JY-II型計算機組成原理實驗掛箱一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一實驗原理算術(shù)邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路74LS181是4位ALU，四片74LS181以串行方式構(gòu)成16位運算器。它可

2、以對兩個16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運算，74LS181 有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由ALU-G信號控制，ALU-G 為“0”時，三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G 為“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，此時其輸出呈高阻。四片74LS273作為兩個16數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為LDR1和LDR2，當(dāng)LDR1和LDR2 為高電平有效時，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。運算器的結(jié)構(gòu)見圖1-1：圖1-1 運算器實驗原理74LS181功能見表1-1，其中符號“”表示邏輯“

3、或”運算，符號“*”表示邏輯“與”運算，符號“/”表示邏輯“非”運算，漢字“加”表示算術(shù)加運算，漢字“減”表示算術(shù)減運算。 表1-1 74LS181功能表 選擇 M=1 邏輯操作 M=0 算術(shù)操作S3 S2 S1 S0Cn=1（無進(jìn)位）Cn=0（有進(jìn)位）0 0 0 0F=/A F=AF=A加10 0 0 1F=/(A+B)F=A+B0F=(A+B)加10 0 1 0F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10 0 1 1F=0F=1F=00 1 0 0F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10 1 0 1F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1

4、0F=(/A*B+A*/B) F=A減B減1F=A減B0 1 1 1F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1 0 0 0F=/A+BF=A加A*BF=A加A *B加1 1 0 0 1F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加1 1 0 1 0F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1 F=A*BF=A*B減1F=A*B 1 1 0 0F=1F=A加AF=A加A 加11 1 0 1F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加1 1 1 1 0F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11 1 1 1F=AF=A減1F=A74LS181的功能

5、控制條件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn決定。高電平方式的74LS181的管腳分配和引出端功能符號見圖1-2。 圖1-2 74LS181的管腳分配和引出端功能二實驗步驟1. 實驗連線按圖1-3接線圖接線，連線時應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。BD15 . BD8數(shù)據(jù)總線BD7 . BD0 DIJ1 DIJ-G DIJ2數(shù)據(jù)輸入電路C-G S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2控制開關(guān)電路 T+ fin f8脈沖及時序電路運算器接口S3S2S1S0MCn ALU-G AR

6、 LDR1 LDR2控制總線T4圖13 運算器實驗接線圖 2、通過數(shù)據(jù)輸入電路的開關(guān)向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)注意：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1”狀態(tài)（所對應(yīng)的指示燈亮）。本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 本實驗中ALU-G和C-G不能同時為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實驗時應(yīng)時刻保持只有一路與總線相通。（1）撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。置ALU-G1，關(guān)閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；（2） 向數(shù)據(jù)暫存器LT1（U3、U4）中置數(shù)

7、1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”為要輸入的數(shù)值；2）置LDR11：使數(shù)據(jù)暫存器LT1（U3、U4）的控制信號有效，置 LDR20：使 數(shù)據(jù)暫存器LT2（U5、U6）的控制信號無效；3）按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器LT1送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。（3）向數(shù)據(jù)暫存器LT2（U5、U6）中置數(shù)1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”為想要輸入的數(shù)值；2）置LDR10：數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置LDR21：使數(shù)據(jù)暫存器LT2的控制信號有效。3）按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT2送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT2中。 4）置

8、LDR10、LDR20，使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號無效。（4 ）檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確1）置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，打開ALU的三態(tài)門 ；2）置“S3S2S1S0M”為“11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù) ，表示往暫存器LT1置數(shù)正確；3）置“S3S2S1S0M”為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù) ，表示往暫存器LT2置數(shù)正確。 3驗證74LS181的算術(shù)和邏輯功能按實驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進(jìn)制數(shù)“X”和“Y”，在給定LT1和LT2的情況下，通過改變“S3

9、S2S1S0MCn”的值來改變運算器的功能設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F，填入表1-2中，參考表11的功能，分析輸出F值是否正確。分別將“AR”開關(guān)撥至“1”和“0”的狀態(tài)，觀察進(jìn)位指示燈“CY”的變化并分析原因。表1-2 實驗結(jié)果數(shù)據(jù)LT1LT2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運算）M=1（邏輯運算）Cn=1（無進(jìn)位）Cn= 0（有進(jìn)位）01100110 0 01100000 0 0 00 0 0 10 0 1 0F=00000000010011000 0 1 1F=0000000000000000F=00000000000000000 1 0 00 1 0 10 1 1 0

10、0 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1三. 實驗總結(jié) 對記錄的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，如何對實驗過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析及排除；總結(jié)本次實驗的收獲及感想。實驗二 移位器運算【實驗?zāi)康呐c要求】1 掌握移位寄存器的組成、功能及工作原理；2驗證移位寄存器的各種移位功能?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用 EL-JY-II型計算機組成原理實驗掛箱和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一實驗原理輸入數(shù)據(jù)，利用移位寄存器進(jìn)行移位操作，移位實驗電路如圖2-1所示： 圖2-1 移位實驗原理移位功能由控制信號S1、S0、M控制，具體功能見表2-1：

11、 表2-1 移位功能G-299S0S1MT4功 能000×保持0010循環(huán)右移0011帶進(jìn)位循環(huán)右移0100循環(huán)左移0101帶進(jìn)位循環(huán)左移111×置數(shù)(進(jìn)位保持)0110置數(shù)（進(jìn)位清零）0111置數(shù)（進(jìn)位置1）二實驗步驟1. 實驗連線按圖22接線，連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所對應(yīng)的指示燈亮。 C-G S3S2S1S0MCn 299-G控制開關(guān)電路BD15BD8數(shù)據(jù)總線BD7BD0 運算器電路 S3S2S1S0

12、MCn G-299T4 fin f/8脈沖源及時序電路DIJ1 DIJ-GDIJ2 數(shù)據(jù)輸入電路控制總線T4圖22 移位實驗接線圖2、將數(shù)據(jù)輸入到移位寄存器開始實驗前要把所有控制開關(guān)電路上的開關(guān)置為高電平“1”狀態(tài)。撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。置C-G1，299-G0，通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入要移位的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)“1”為例：置D15-D0= “0000000000000001”，然后置C-G0，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000000000001”，置S0=1，S1=1，M=1，參考移位功能表21可見，此時為置數(shù)狀態(tài)，按脈沖源及時序電路上的【單步】按鈕，置C-G=

13、1，完成置數(shù)的過程，進(jìn)位指示燈亮表示進(jìn)位“Z”已置位。3驗證移位寄存器的功能將任意一個16位數(shù)送人移位寄存器，驗證表21所列的移位運算的所有功能，記錄實驗結(jié)果。以下為左移舉例：（1）不帶進(jìn)位移位：置299-G0，S0=1，S1=0，M=0，參考移位功能表21，此時為循環(huán)左移狀態(tài)，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000000000001”， 按【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000000000010”， 再按一次【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示的數(shù)據(jù)向左移動一位。連續(xù)按【單步】，觀察不帶進(jìn)位移位的過程。如想進(jìn)行右移，參考表21，置S0=0，S11，再按【單步】即可實現(xiàn)右移操作。（2）帶進(jìn)位移位當(dāng)數(shù)據(jù)總線

14、顯示“0000000000000001”時，置299-G0，S0=1，S1=0，M=1，參考移位功能表21，此時為帶進(jìn)位循環(huán)左移狀態(tài)。按【單步】按鈕，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000000000011”，進(jìn)位指示燈滅，表示進(jìn)位“1”已經(jīng)進(jìn)入移位寄存器，同時“0”進(jìn)入進(jìn)位單元。連續(xù)按【單步】，觀察帶進(jìn)位移位的過程。如想進(jìn)行帶進(jìn)位右移，參考表21，置S0=0，S1，M=1,再按【單步】即可實現(xiàn)帶進(jìn)位右移操作。三. 實驗總結(jié) 對記錄的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，如何對實驗過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析及排除；總結(jié)本次實驗的收獲及感想。實驗三 存儲器 【實驗?zāi)康呐c要求】1掌握存儲器的組成、功能及工作原理。2驗證半導(dǎo)

15、體靜態(tài)隨機存儲器RAM的讀寫過程?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用 EL-JY-II型計算機組成原理實驗掛箱和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一實驗原理實驗中的靜態(tài)存儲器由2片SRAM 6116（2K×8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線D0D15接到數(shù)據(jù)總線，地址線A0A7由地址鎖存器74LS273(集成于EP1K10內(nèi))給出。黃色地址顯示燈A7-A0與地址總線相連，顯示地址總線的內(nèi)容。綠色數(shù)據(jù)顯示燈與數(shù)據(jù)總線相連，顯示數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。因地址寄存器為8位，接入SRAM 6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其實際容量為28256字節(jié)。6116有三個控制線，/CE（片選）、/R（讀）、/W（寫）

16、。其寫時間與T3脈沖寬度一致。當(dāng)LARI為高時，T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄存器。當(dāng)WEI為高時，T3的上升沿使6116進(jìn)入寫狀態(tài)。存儲器電路見圖3-1，SRAM 6116的管腳分配和功能見圖3-2。二實驗步驟注意：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。圖3-1 存儲器電路3-2（a） SRAM 6116管腳分配 圖3-2（b

17、） SRAM 6116功能 1. 實驗連線按圖33接線圖接線，撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮滅亮。2. 往存儲器寫數(shù)據(jù)：以往存儲器的（FF） 地址單元寫入數(shù)據(jù)“AABB”為例，操作過程如圖3-4所示： 圖3-3 存儲器實驗接線圖（操作） （顯示） （操作） （顯示） （操作） 1.C G=1 2.置數(shù)據(jù)輸入電路D15D0 “0000000011111111”3.CE=14.C-G=0綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “000000001111 1111”1.LAR=12.T3=1（按【單步】脈沖） 地址寄存器電路黃色地址顯示燈顯示 “11111111”1.C-G=12.置數(shù)據(jù)輸入電路D15D

18、0 “”3. LAR=04. C-G=0 （顯示） (操作) 綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “”1.WE=1 2.CE=03.T3=1 (按【單步】)4.WE=0圖3-4 存儲器寫入數(shù)據(jù)示意圖按圖3-4步驟在任意單元地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)（地址和數(shù)據(jù)任意，例如表3-1）。表31 寫入數(shù)據(jù)記錄地址（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)（二進(jìn)制） 00000000 01110001 01000010 01011010 10100011 11001111 11111000 11100110 3從存儲器里讀數(shù)據(jù)以從存儲器的（FF） 地址單元讀出數(shù)據(jù)“AABB”為例，操作過程如圖3-5所示： (操作) (顯示) (操作) (顯示) (操

19、作) (顯示) 1.C-G=1 2. 置數(shù)據(jù)輸入電路D15D0"0000000011111111” 3.CE=14.C-G=0綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “0000000011111111”1.LAR=12.T3=1 (按【單步】)MAR電路黃色地址顯示燈顯示 “11111111”1. C-G=12. LAR=0 3. WE=04.CE=0綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “”圖3-5 存儲器讀出數(shù)據(jù)示意圖按圖3-5步驟從寫入數(shù)據(jù)的單元讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，驗證其正確性。三. 實驗總結(jié) 對記錄的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，如何對實驗過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析及排除；總結(jié)本次實驗的收獲及感想。實驗四總線控制【實驗?zāi)康?/p>

20、與要求】1. 掌握總線的組成、功能及工作原理；2. 驗證利用總線實現(xiàn)運算器和存儲器的協(xié)同工作。【實驗設(shè)備和環(huán)境】本實驗使用 EL-JY-II型計算機組成原理實驗掛箱中的運算器電路和存儲器電路部分和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一實驗原理總線是多個系統(tǒng)部件之間進(jìn)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。在本實驗中，掛接在數(shù)據(jù)總線上的有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器和加法器。為了使它們的輸出互不干擾，就需要這些設(shè)備都有三態(tài)輸出控制，且任意兩個輸出控制信號不能同時有效。實驗原理

21、如圖4-1所示： 圖4-1 總線實驗原理圖其中，數(shù)據(jù)輸入電路和加法器電路結(jié)構(gòu)見圖1-1，存儲器電路見圖3-1。數(shù)碼管顯示電路用可編程邏輯芯片ATF16V8B進(jìn)行譯碼和驅(qū)動，D-G為使能信號，W/R為寫信號。當(dāng)D-G為低電平時，W/R的下降沿將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)打入顯示緩沖區(qū)，并譯碼顯示。二實驗步驟1. 實驗的流程（1）從輸入設(shè)備將一個數(shù)打入LT1寄存器。（2）從輸入設(shè)備將一個數(shù)打入LT2寄存器。（3）LT1與LT2寄存器中的數(shù)運算。（4）從輸入設(shè)備將另一個數(shù)打入地址寄存器。（5）將兩數(shù)的運算結(jié)果寫入當(dāng)前地址指明的存儲器中。（6）將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)用數(shù)碼管顯示出來。2. 實驗連線本實驗連線見圖

22、4-2。連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 圖4-2 總線控制實驗接線圖3. 總線初始化關(guān)閉所有三態(tài)門置控制開關(guān)ALU-G=1（加法器控制信號），CA1=1（顯示輸出），CA2=1（數(shù)據(jù)輸入），CE=1（存儲器片選）。其它控制信號為LOAD=0，AR=0，LPC=0，C=1，WE=1，A=1，B=1。4. 輸入兩個數(shù)（任意）到運算器運算（1）將D15D0撥至“”，置CA2=0，LOAD=1，然后置LOAD=0，將“1234H”打入LT1寄存器。（2）將D15D0撥至“”，置AR=1，然后置AR=0，將

23、“5678H”打入LT2寄存器。（3）斷開開關(guān)數(shù)據(jù)輸入，打開ALU輸出，將S3S2S1S0MCN撥至“100101”，計算兩數(shù)之和（或其他運算功能）。5. 運算結(jié)果寫到存儲器（1）關(guān)閉ALU輸出，打開開關(guān)數(shù)據(jù)輸入，將D7D0撥至“00000001”，置LPC=1，然后置LPC=0，將“01H”打入地址寄存器。（2）置CA2=1，ALU-G=0，WE=0，CE=0，將上述計算結(jié)果寫入當(dāng)前地址的存儲器中。然后置CE=1，WE=1。6. 讀出運算結(jié)果輸出置ALU-G=1，CE=0，CA1=0，C=0，將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)輸出至數(shù)碼管，然后置C=1，CE=1，CA1=1。三. 實驗總結(jié) 對記錄的實

24、驗結(jié)果進(jìn)行分析，如何對實驗過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析及排除；總結(jié)本次實驗的收獲及感想。實驗五 微程序控制器原理【目的與要求】1. 掌握微程序控制器的組成及工作原理；2. 驗證微程序的寫入、讀出和運行，學(xué)會設(shè)計簡單的微程序?！緦嶒炘O(shè)備與環(huán)境】本實驗使用 EL-JY-II型計算機組成原理實驗掛箱和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一實驗原理微程序控制器的原理圖見圖5-1(a)、5-1(b)、5-1(c)。在電路中使用一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器74LS374、三片EEPROM2816和一片三態(tài)門74LS245，其余邏輯控制電路均集成于EP1K10內(nèi)部。28C16、74LS374、74LS245芯片的技術(shù)資料分別見圖

25、5-2至圖5-4。圖5-1（a） 控制存儲器電路圖5-1（b） 微地址形成電路圖5-1（c） 微指令譯碼電路 圖5-2（a）28C16引腳 圖5-2（b） 28C16引腳說明工作方式/CE /OE /WE輸入/輸出讀后 備字 節(jié) 寫字節(jié)擦除寫 禁 止寫 禁 止輸出禁止L L HH × ×L H LL 12V L× × H× L ×× H ×數(shù)據(jù)輸出 高 阻 數(shù)據(jù)輸入 高 阻 高 阻 高 阻 高 阻圖5-2（c）28C16工作方式選擇圖5-3（a）74LS374引腳 圖5-3（b）74LS374功能圖5-4（a）74

26、LS245引腳 圖5-4（b）74LS245功能1. 寫入微指令在寫入狀態(tài)下，圖5-1（a）中K2須為高電平狀態(tài)，K3須接至脈沖/T1端，否則無法寫入。MS1MS24為24位寫入微代碼，由24位微代碼開關(guān)提供。uA5uA0為寫入微地址，由微地址開關(guān)提供。K1須接低電平使74LS374有效，在脈沖T1時刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址（如圖5-1（b）所示），同時寫脈沖將24位微代碼寫入當(dāng)前微地址中（如圖5-1（a）所示）。2. 讀出微指令在讀出狀態(tài)下，圖5-1（a）中K2須為低電平狀態(tài)，K3須接至高電平。K1須接低電平使74LS374有效，在脈沖T1時刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址uA5

27、uA0（如圖5 -1（b）所示），同時將當(dāng)前微地址的24位微代碼由MS1MS24輸出。3. 運行微指令在運行狀態(tài)下，K2接低電平，K3接高電平，K1接高電平。使控制存儲器2816處于讀出狀態(tài)，74LS374無效，因而微地址由微程序內(nèi)部產(chǎn)生。在脈沖T1時刻，當(dāng)前地址的微代碼由MS1MS24輸出；T2時刻將MS24MS7打入18位寄存器中，然后譯碼輸出各種控制信號（如圖5-1（c）所示）；在同一時刻MS6MS1被鎖存，然后在T3時刻，由指令譯碼器輸出的SA5SA0將其中某幾個觸發(fā)器的輸出端強制置位，從而形成新的微地址uA5uA0，這就是將要運行的下一條微代碼的地址。當(dāng)下一個脈沖T1來到時，又重新進(jìn)

28、行上述操作。4、脈沖源和時序在開關(guān)方式下，用脈沖源和時序電路中“脈沖源輸出”作為時鐘信號，f的頻率為1MHz，f/2的頻率為500KHz，f/4的頻率為250KHz，f/8的頻率為125KHz，可根據(jù)實驗自行選擇一種頻率的方波信號。每次實驗時，只需將“脈沖源輸出”的四個方波信號任選一種接至“信號輸入”的“fin”， 時序電路即可產(chǎn)生4種相同頻率的等間隔的時序信號T1T4。電路提供了四個按鈕開關(guān)，以供對時序信號進(jìn)行控制。工作時，如按一下“單步” 按鈕，機器處于單步運行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期的時序信號就停機，波形見圖5-5。利用單步運行方式，每次只讀一條微指令，可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前

29、微指令的執(zhí)行結(jié)果。如按一下“啟動” 按鈕，機器連續(xù)運行，時序電路連續(xù)產(chǎn)生如圖5-6的波形。此時，按一下“停止” 按鈕，機器停機。圖5-5 單步運行波形圖 圖5-6 全速運行波形圖按動“單脈沖”按鈕，“ T+”和“T-”輸出圖5-7的波形： T+ T- 圖5-7 單脈沖輸出波形各個實驗電路所需的時序信號端均已分別連至“控制總線”的“T1、T2、T3、T4”，實驗時只需將“脈沖源及時序電路”模塊的“T1、T2、T3、T4” 端與“控制總線”的“T1、T2、T3、T4” 端相連，即可給電路提供時序信號。二實驗步驟實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 為了避

30、免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。1實驗連線按圖5-8接線圖接線：微程序控制器電路UAJ1UA5UA0控制開關(guān)電路控制總線T1T2T3T4T1T2T3T4脈沖源及時序電路fin f/4圖5-8 微程序控制器實驗接線圖2寫入微代碼 以寫表5-1的微代碼為例 ，首先將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到寫入狀態(tài)，即K1 off、K2 on、K3 off，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到on狀態(tài)。置控制開關(guān)UA

31、5 到UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 置24位微代碼開關(guān)MS24-MS1為：“00000000 00000000 00000001”，按脈沖源及時序電路的【單步】，黃色微地址燈顯示“000 000”，表明已寫入微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，寫入表5-1的所有微代碼。表5-1 實驗用微代碼表微地址（二進(jìn)制）微代碼（十六進(jìn)制）000000000001000001000002000010000003000011015FC4000100012FC8001000018E09001001005B50010000005B5501010106F3D8011000FF73D901

32、1001017E003. 讀微代碼并驗證結(jié)果將微程序控制電路上的開關(guān)K1K2K3撥到讀出狀態(tài)，即K1 off、K2 off、K3 on，然后將24位微代碼輸入及顯示電路上的開關(guān)K4撥到off狀態(tài)。置控制開關(guān)UA5 到UA0=“000000”，輸入微地址“000000”， 按脈沖源及時序電路的【單步】，黃色微地址燈顯示“000 000”，24位微代碼顯示“00000000 00000000 00000001”，即第一條微代碼。保持K1K2K3K4狀態(tài)不變，改變UA5到 UA0微地址的值，讀出相應(yīng)的微代碼，并和表5-1的微代碼比較，驗證是否正確。4. 運行微程序（1）微指令格式微程序設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)

33、之一是處理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進(jìn)行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址。圖5-9為斷定方式微程序控制部件示意圖。其中“微地址形成電路”對應(yīng)于圖5-1（b）；“控存CM”對應(yīng)于圖5-1（a）；“微指令寄存器及控制、地址場”對應(yīng)于圖5-1（c）。 微操作控制信號微地址形成電路 控存CM控制場 下地址場微指令寄存器MIR 微指令微指令 狀態(tài)條件微地址 指令操作碼 圖5-9 斷定方式微程序控制部件示意圖 每條微指令由24位組成，其控制位順序如表5-2所示：表5-2 微指令格式24232221201918171615 14 1312 11 109 8

34、7654321S3S2S1S0MCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0微指令譯碼電路如圖5-10，圖5-10中MS24MS16對應(yīng)于微指令的第2416位，S3S2S1S0MCn為運算器的方式控制，詳見實驗一和實驗二；WE為外部器件的讀寫信號，1表示寫，0表示讀；1A、1B用于選通外部器件，通常接至底板IO控制電路的1A1B端，四個輸出Y0Y1Y2Y3接外部器件的片選端。 圖510中MS15MS13對應(yīng)于微指令中的F1，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：LRi、LDR1、LDR2、LDIR、LOAD、LAR。其中LDR1、LDR2為運算器的兩個鎖存控制（見實驗一）；LDIR

35、為指令寄存器的鎖存控制；LRi為寄存器堆的寫控制，它與指令寄存器的第0位和第1位共同決定對哪個寄存器進(jìn)行寫操作；LOAD為程序計數(shù)器的置數(shù)控制，LAR為地址寄存器的鎖存控制。以上6個輸出信號均為1有效。 圖5-10 微指令譯碼電路圖5-10中MS12MS10對應(yīng)于微指令中的F2，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：RAG、RBG、RCG、299-G、ALU-G、PC-G。其中RAG、RBG、RCG分別為寄存器Ax、Bx、Cx的輸出控制；299-G為移位寄存器的輸出控制（見實驗二）；ALU-G為運算器的輸出控制（見實驗一）；PC-G為程序計數(shù)器的輸出控制。以上信號均為0有效。圖5-10中MS9- MS

36、7對應(yīng)于微指令中的F3，經(jīng)鎖存譯碼后產(chǎn)生6個輸出信號：P1、P2、P3、P4、AR、LPC。其中P1、P2、P3、P4位測試字，其功能是對機器指令進(jìn)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、分支和循環(huán)運行（見圖5-1（b）和圖5-11）；AR為運算器的進(jìn)位輸出控制（見實驗一）；LPC為程序計數(shù)器的時鐘控制。以上信號均為1有效。微指令中的uA5-uA0為6位的后續(xù)微地址（見微地址形成電路圖5-1（b）。F1、F2、F3三個字段的編碼方案如表5-3所示： 圖5-11為機器指令譯碼器電路。表5-3 F1、F2、F3三個字段的編碼方案F1字段F2字段F3字段15 14 13選擇12 11 10選擇9 8 7選擇0 0 0LDRi0 0 0RAG0 0 0P10 0 1LOAD0 0 1ALU-G0 0 1AR0 1 0LDR20 1 0RCG0 1 0P30 1 1自定義0 1 1自定義0 1 1自定義1 0 0LDR11 0 0RBG1 0 0P21 0 1LAR1 0 1PC-G1 0 1LPC1 1 0LDIR1 1 0299-G1 1 0P 41 1 1無操作1 1 1無操作1 1 1無操作 圖5-11 指令譯碼器電路（2）編制微程序 編寫幾條可以連續(xù)運行的微指令，熟悉本實驗系統(tǒng)的微指令設(shè)計方式。表5-4（將