【導(dǎo)讀】部件進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)、連線及測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)各部件的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行邏。進(jìn)行正確性測(cè)試。操作和寄存器、存儲(chǔ)器、外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送通路等內(nèi)容。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中給出設(shè)。課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的目的是幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)中的運(yùn)算器、寄存。知識(shí)融會(huì)貫通的目的。行維護(hù)等多方面的技能，同時(shí)訓(xùn)練一定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。分析問題和解決問題的訓(xùn)練，制定了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。DVCC系列計(jì)算機(jī)組成原理系統(tǒng)是江蘇啟動(dòng)計(jì)算機(jī)公司研制的。行，同時(shí)顯示運(yùn)行的結(jié)果。組成產(chǎn)生，頻率范圍為330HZ～580HZ。在手動(dòng)方式下完成全部部件實(shí)驗(yàn)和整機(jī)組成實(shí)驗(yàn)。

　　

【正文】 存儲(chǔ)器RAM 數(shù)碼管顯示 R0 寄存器 32 實(shí)驗(yàn)步驟 ① 連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源。 ② 初始狀態(tài)設(shè)為：關(guān)閉所有三態(tài)門（ SWB=1， CE=1， R0B=1， LEDB=1），其它控制信號(hào)為 LDAR=0， LDR0=0， WE=0， OUTWR=1。 ③ 送數(shù)據(jù) 63 到寄存器 R0，數(shù)據(jù) 20 送地址寄存器，然后將 R0 寄存器內(nèi)的數(shù)送入存儲(chǔ)器，最后將存儲(chǔ)器的內(nèi)容輸出到 LED 上顯示，具體操作步驟如下： （ 為正脈沖，用開關(guān)設(shè)置：初始為“ 0”然后置“ 1”再置“ 0” ） ④ 自定數(shù)據(jù)，按以上步驟操作驗(yàn)證 。 三 、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 畫出實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)通路 。 記錄數(shù)據(jù)的傳輸過程 。 四 、 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通路中的傳輸過程 。 33 五 、 思考題 實(shí)驗(yàn)步驟③中輸入的兩個(gè)數(shù)據(jù)分別表示什么？有什么不同？ 若不采用輸出到數(shù)碼管上顯示，有否方法可驗(yàn)證寫入存儲(chǔ)器單元的內(nèi)容是否正確。 34 實(shí)驗(yàn) 七 微控制器實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握時(shí)序信號(hào)發(fā)生電路組成原理 。 掌握微程序控制器的設(shè)計(jì)思想和組成原理。 通過微程序的編制、寫入 ，觀察微程序的運(yùn)行。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路原理如圖 所示，可產(chǎn)生 4 個(gè)等間隔的時(shí)序信號(hào) TS1～TS4，其中 SP 為時(shí)鐘信號(hào)，由實(shí)驗(yàn)機(jī)上時(shí)鐘源提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號(hào)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求自行選擇方波信號(hào)的頻率及脈寬。為了便于控制程序的運(yùn)行，時(shí)序電路發(fā)生器設(shè)計(jì)了一個(gè)啟停控制觸發(fā)器 UN1B，使 TS1～ TS4 信號(hào)輸出可控。圖中“運(yùn)行方式”、“運(yùn)行控制”、“啟動(dòng)運(yùn)行”三個(gè)信號(hào)分別是來自實(shí)驗(yàn)機(jī)上三個(gè)開關(guān)。當(dāng)“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”時(shí)，一旦按下“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，運(yùn)行觸發(fā)器 UN1B 的輸 出 QT 一直處于“ 1”狀態(tài)，因此時(shí)序信號(hào) TS1～ TS4 將周而復(fù)始地發(fā)送出去；當(dāng)“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”時(shí)，一旦按下“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè) CPU 周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。利用單步方式，每次只運(yùn)行一條微指令，停機(jī)后可以觀察微指令的代碼和當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果“運(yùn)行方式”開關(guān)置“單步”位置，也會(huì)使實(shí)驗(yàn)機(jī)停機(jī)。 微程序控制電路與微指令格式 （ 1） 微程序控制電路 微程序控制器的組成 如 圖 所示 ，其中控制存儲(chǔ)器采用 3 片 E2PROM 2816 芯片，具有掉電保護(hù)功能，微命令寄存器 18 位，用兩片 8D 觸發(fā)器 74LS273（ U2U24）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(yù)置端。在不進(jìn)行判別測(cè)試的情況下， T2 時(shí)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(shí)刻進(jìn)行測(cè)試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā) 35 器置為“ 1”狀態(tài)，完成地址修改。 在本實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有一個(gè)編程開關(guān)，它具有三種狀態(tài)：寫入、讀出 、運(yùn)行。當(dāng)處于“寫”狀態(tài)時(shí)，學(xué)生可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器 2816 中。當(dāng)處于“讀”時(shí)，可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而可判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運(yùn)行”狀態(tài)時(shí)，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(dòng)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(qū)動(dòng)微地址顯示燈。 （ 2） 微指令格式 微指令長(zhǎng)共 24 位，其控制位順序如 表 所示。 表 微指令控制位順序 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 S3 S2 S1 S0 M CN WE B1 B0 A B C UA5 UA4 UA3 UA2 UA1 UA0 其中 UA5～ UA0 為 6 位的后續(xù)微地址， A、 B、 C 三個(gè)譯碼字段，分別由三組譯碼控制電路譯碼產(chǎn)生各控制信號(hào)。 C 字段中的 P（ 1）～ P（ 4）是四個(gè)測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)行譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，其原理如圖 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(qiáng)置端輸出。AR 為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)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(hào)、目的寄存器選通信號(hào)及變址寄存器選通信號(hào)，15 14 13 選擇 0 0 0 0 0 1 LDRi 0 1 0 LDDR1 0 1 1 LDDR2 1 0 0 LDIR 1 0 1 LOAD 1 1 0 LDAR 12 11 10 選擇 0 0 0 0 0 1 RSB 0 1 0 RDB 0 1 1 RIB 1 0 0 299B 1 0 1 ALUB 1 1 0 PCB 9 8 7 選擇 0 0 0 0 0 1 P(1) 0 1 0 P(2) 0 1 1 P(3) 1 0 0 P(4) 1 0 1 AR 1 1 0 LDPC A 字段 B 字段 C 字段 36 其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)行三個(gè)工作寄存器 R0、 R1 及 R2 的選通譯碼，其原理如圖 所示 ，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(hào)的譯碼器使能控制位。 （ 3）機(jī)器指令的微程序設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 如下 五條機(jī)器指令： ? 外設(shè)輸入指令 ： IN ? 二進(jìn)制加法指令 ： ADD [ADDR] ? 存數(shù)指令 ： STA [ADDR] ? 輸出到外設(shè)指令 ： OUT [ADDR] ? 無條件轉(zhuǎn)移指令 ： JMP [ADDR] ① 根據(jù)機(jī)器指令畫出對(duì)應(yīng)的微程序流程圖，如圖 所示 。 圖 微程序流程圖 37 ② 根據(jù)微程序流程圖設(shè)計(jì)微指令，并按微指令格式轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，如表 所示。 實(shí)驗(yàn)步驟 ① 實(shí)驗(yàn)接線 ? 跳線器 J J21 連上短路片； ? 跳線器 J16 上 SP 連 H23； ? UJ1 連 UJ2。 ② 仔細(xì)查線無誤后接通電源 ③ 寫微程序 A．“編程開關(guān)”置為“寫入”狀態(tài)。 B．“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C．用二進(jìn)制模擬開關(guān) UA0～ UA5 置 6 位微地址， UA0～ UA5 的電平由 LK0～表 二進(jìn)制 微代碼表 38 LK5 顯示，高電平點(diǎn)亮，低電平熄滅。 D．用二進(jìn)制模擬開關(guān) 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。 E．按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行” 開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，即可將微代碼寫入到 E2PROM 2816的相應(yīng)地址單元中。 F．重復(fù) C－ E 步驟，將表 的微代碼全部寫入 E2PROM 2816 中 。 ④ 讀微程序 A. 將“編程開關(guān)”設(shè)置為“讀”狀態(tài)。 B. “運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式 ”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C. 用二進(jìn)制模擬開關(guān) UA0～ UA5 置 6 位微地址。 D. 按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行” 開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)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(guān)”置為“寫入”狀態(tài)。重新執(zhí)行寫微程序即可。 ⑤ 單步運(yùn)行 A．“編程開關(guān)”置于“運(yùn)行”狀態(tài)。 B．“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“單步”狀態(tài)。 C． 系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥 0→ 1。使微地址寄存器 U14～ U16 清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為 000000（ 二進(jìn)制）。 D．按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，則每按動(dòng)一次，讀出一條微指令后停機(jī)，此時(shí)實(shí)驗(yàn)機(jī)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(dāng)前條件下，可將 6 芯排座“ JSE1”和“ UJ2”相連，可通過強(qiáng)置端SE1～ SE6 人為設(shè)置微地址，從而改變下一條微指令的地址。設(shè)置方法如下：先將微地址開關(guān)置“ 1”，再將 UJ1 上的排線換插到“ JSE1”，然后將某個(gè)或幾個(gè)二進(jìn)制開關(guān)置為“ 0”，相應(yīng)的微地址位即被強(qiáng)置為“ 1”，從而改變下一條微指令的地址。 ⑥ 連續(xù)運(yùn)行 A．將“編程開關(guān)”置為“運(yùn)行”狀態(tài)。 B．“運(yùn)行控制”開關(guān)置為“運(yùn)行”，“運(yùn)行方式”開關(guān)置為“連續(xù)”狀態(tài)。 C．系統(tǒng)總清，即“總清”開關(guān)撥 0→ 1。使微地址寄存器 U14～ U16 清零，從而明確本機(jī)的運(yùn)行入口微地址為 000000（二進(jìn)制）。 D．按動(dòng)“啟動(dòng)運(yùn)行”開關(guān)，啟動(dòng)時(shí)序電路，則可連續(xù)讀出微指令。 三 、實(shí)驗(yàn)電路圖 39 圖7. 1 時(shí)序電路圖 40 圖 7. 2 微程序控制器組成圖 41 圖 邏輯譯碼電路 圖 邏輯譯碼電路 42 四、 根據(jù)圖 的微程序控制器組成圖，分析其工作原理。 五、 寫出外設(shè)輸入指令、 二進(jìn)制加法指令、存數(shù)指令、 輸出到外設(shè)指令和無條件轉(zhuǎn)移指令五條指令的微程序。 六、 給出 讀寫微程序過程和驗(yàn)證結(jié)果 七、思考題 根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所設(shè)計(jì)的 微指令格式，指出哪幾位是操作控制字段和順序控制字段？微指令采用的是什么編碼方式和 什么 后繼地址形成方法？ 根據(jù)微程序流程圖，寫出這 5 條機(jī)器指令實(shí)現(xiàn)的功能。 分析加法指令的微程序。 根據(jù)微指令格式設(shè)計(jì)一段 減法指令 SUB [ADDR] 的微程序，減法指令的功能是 R0 — [ADDR] → R0 43 附 1 ： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式 實(shí)驗(yàn) 報(bào)告封面 實(shí)驗(yàn)科目 計(jì)算機(jī)組成原理 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 實(shí)驗(yàn)一 8 位算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn) 姓名 王 博 班級(jí) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 0801 學(xué)號(hào) 220211202 同組人 實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 01 實(shí)驗(yàn)日期 20211108 實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 三、 主要儀器設(shè)備 四、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)