1、 實驗一 運算器組成實驗一、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)信息的表示方法，熟練掌握幾種四則運算方法。2、掌握運算器的工作原理及其組成結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)運算器的設(shè)計方法。3、熟悉簡單運算的數(shù)據(jù)傳送通路。4、驗證運算器功能發(fā)生器(74LS181)的組合功能。二、實驗設(shè)備TWL-PCC計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線若干；PC微機一臺（選配）。三、實驗原理本實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路圖如圖1.1所示。本通路圖中運算器單元由算術(shù)邏輯運算單元（ALU）、兩個字長的工作暫存器TR1和TR2及一個8位的輸出三態(tài)門組成。其中ALU是由兩片74LS181以并-串型構(gòu)成的8位字長的算術(shù)邏輯運算單元。兩個芯片的控制端S3、S2、

2、S1、S0、M相應(yīng)的控制信號相互并到一起由排針引出至外部。74LS181的功能表見表1-1。參與運算的兩數(shù)據(jù)暫存器TR1和TR2由鎖存器74LS273來實現(xiàn)。當(dāng)C_TR1或C_TR2為高電平時，此時來一個T4脈沖，內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)即被打入到相應(yīng)的暫存器中。運算器的運算結(jié)果數(shù)據(jù)輸出經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）連接到內(nèi)總線上，此三態(tài)門輸出由一個B_ALU控制信號控制，當(dāng)B_ALU為低電平（0）時，運算器的運算結(jié)果輸出至內(nèi)總線上，而為高電平（1）時，則輸出高阻態(tài)，不影響內(nèi)總線上的其他數(shù)據(jù)。圖1.1 運算器數(shù)據(jù)通路圖 “輸入設(shè)備單元”的8位數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）連接到內(nèi)總線上，該三

3、態(tài)門的輸出由B_SW和RD控制信號相或得出，當(dāng)或的結(jié)果為低電平（0）時，數(shù)據(jù)開關(guān)所置的數(shù)據(jù)輸出至內(nèi)總線上?！皵?shù)據(jù)總線”單元上的總線數(shù)據(jù)顯示燈已與內(nèi)總線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。運算器單元所須的T4脈沖信號連接至該單元的T4排針端。實驗時，微動開關(guān)KK2的輸出KK2+連接到該單元的T4排針端，按動一下微動開關(guān)，即可獲得一個單脈沖信號。此實驗中的其他S3、S2、S1、S0、M、CN、C_TR1、C_TR2、B_ALU、B_SW、RD等都為電平信號，將他們連接到“開關(guān)組單元”中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)上來模擬不同的電平狀態(tài)?！伴_關(guān)組單元”的SW1-SW17為相互獨立的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)，開關(guān)向上時為0，開關(guān)

4、向下時為1。表1.1 74LS181的邏輯功能表輸入為A和B，輸出為F，為正邏輯S3 S2 S1 S0M=0(算術(shù)運算)M=1(邏輯運算)Cn=1(無進(jìn)位)Cn=0(有進(jìn)位)0 0 0 0F=AF=A加1F=A0 0 0 1F=A+BF=(A+B)加1F=A+B0 0 1 0F=A+BF=(A+B)加1F=AB0 0 1 1F=0減1F=0F=00 1 0 0F=A加ABF=A加AB加1F=AB0 1 0 1F=AB加(A+B)F=AB加(A+B)加1F=B0 1 1 0F=A減B減1F=A減BF=AB0 1 1 1F=AB減1F=ABF=AB1 0 0 0F=A加ABF=A加AB加1F=A+

5、B1 0 0 1F=A加BF=A加B加1F=AB 1 0 1 0F=AB加(A+B)F=AB加(A+B)加1F=B 1 0 1 1F=AB減1F=ABF=AB1 1 0 0F=A加AF=A加A加1F=11 1 0 1F=A加(A+B)F=A加(A+B)加1F=A+B1 1 1 0F=A加(A+B)F=A加(A+B)加1F=A+B1 1 1 1F=A減1F=AF=A當(dāng)向TR1或TR2工作暫存器打入數(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)。本TWL-PCC計算機組成原理實驗系統(tǒng)中的所有LED指示燈均為亮?xí)r所示狀態(tài)為

6、高電平（1），燈不亮?xí)r所示其狀態(tài)為低電平（0）。四、實驗步驟1、連接實驗線路。參考實驗連線圖見圖1.2。仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。圖1.2 運算器組成實驗接線圖2、先置相關(guān)的控制信號為初始態(tài)，即使運算器和輸入設(shè)備的輸出都為高阻態(tài)（B_ALU=1、B_SW=1）,“輸入設(shè)備單元”中的RD信號可以一直為低電平（RD=0）,暫存器TR1和TR2的門控信號都為低電平（C_TR1=0、C_TR2=0）。3、通過“輸入設(shè)備單元”的數(shù)據(jù)開關(guān)向暫存器TR1中置數(shù)。 撥動8位數(shù)據(jù)開關(guān)形成一個8位二進(jìn)制數(shù)。（如01100010）。 數(shù)據(jù)開關(guān)上的數(shù)據(jù)輸出至總線（B_SW=0）,打開暫存器TR1的門控信號（C_TR1

7、=1）。 按動微動開關(guān)KK2，產(chǎn)生一個T4脈沖，將數(shù)據(jù)開關(guān)上的數(shù)據(jù)（01100010）打入到TR1中。然后關(guān)掉暫存器TR1的門控信號（C_TR1=0）。4、通過“輸入設(shè)備單元”的數(shù)據(jù)開關(guān)向暫存器TR2中置數(shù)。 撥動8位數(shù)據(jù)開關(guān)形成一個8位二進(jìn)制數(shù)。（如10101101）。 數(shù)據(jù)開關(guān)上的數(shù)據(jù)輸出至總線（B_SW=0）,打開暫存器TR2的門控信號（C_TR2=1）。 按動微動開關(guān)KK2，產(chǎn)生一個T4脈沖，將數(shù)據(jù)開關(guān)上的數(shù)據(jù)（10101101）打入到TR2中。然后關(guān)掉暫存器TR2的門控信號（C_TR2=0）。5、關(guān)掉數(shù)據(jù)開關(guān)的輸出三態(tài)門（B_SW=1），打開運算器的數(shù)據(jù)輸出三態(tài)門（B_ALU=0）,

8、使運算器輸出至總線上。此時，改變運算器的控制信號S3、S2、S1、S0、M及CN的狀態(tài)，就可獲得不同的運算結(jié)果。參照表1.1其邏輯功能表。如：先檢驗TR1和TR2中打入的數(shù)是否正確，可將S3、S2、S1、S0及M分別置為1、1、1、1、1時總線上顯示的為TR1中的數(shù)；置成1、0、1、0、1時則顯示的為TR2中的數(shù)。五、實驗要求1、做好預(yù)習(xí)，掌握ALU的功能特性，并熟悉本實驗中所用的控制開關(guān)的作用和使用方法。2、置數(shù)TR1=62H，TR2=ADH，改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的輸出，記錄到下表1.2中，并進(jìn)行理論分析，得出結(jié)論。表1.2DR1DR2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運算）M=1（邏

9、輯運算）Cn=1無進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位理論值實驗值理論值實驗值理論值實驗值62HADH0 0 0 0F=62HF=F=63HF=F=9DHF=62HADH0 0 0 1F=EFHF=F=F0HF=F=10HF=62HADH0 0 1 0F=72HF=F=73HF=F=8DHF=62HADH0 0 1 1F=F=F=F=F=F=62HADH0 1 0 0F=F=F=F=F=F=62HADH0 1 0 1F=F=F=F=F=F=62HADH0 1 1 0F=F=F=F=F=F=62HADH0 1 1 1F=F=F=F=F=F=62HADH1 0 0 0F=F=F=F=F=F=62HADH1 0 0

10、1F=F=F=F=F=F=62HADH1 0 1 0F=F=F=F=F=F=62HADH1 0 1 1F=F=F=F=F=F=62HADH1 1 0 0F=F=F=F=F=F=62HADH1 1 0 1F=F=F=F=F=F=62HADH1 1 1 0F=F=F=F=F=F=62HADH1 1 1 1F=F=F=F=F=F=實驗二 靜態(tài)存儲器實驗一、實驗?zāi)康?1、掌握靜態(tài)隨機存儲器RAM的工作特性及使用方法。2、了解半導(dǎo)體存儲器存儲和讀出數(shù)據(jù)的方法。二、實驗設(shè)備TWL-PCC計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線若干；PC微機一臺（選配）。三、實驗原理 SRAM通路圖見圖2.1，由一片6116構(gòu)

11、成，其容量為20488位。6116的A10-A8腳接地，只有A7-A0地址使用，實際使用存儲容量為256字節(jié)。存儲器的地址線A7-A0、數(shù)據(jù)線D7-D0、控制線片選線CS、寫線WE及輸出使能線OE均由排針引出，供用戶接線。6116功能表見表2.1所示。表2.1 6116功能表狀態(tài)CSOEWED7D0未選中1XX高阻抗禁止011高阻抗讀出001數(shù)據(jù)讀出寫入010數(shù)據(jù)寫入寫入000數(shù)據(jù)寫入存儲器的地址由“地址寄存器單元”給出。地址寄存器的輸入和存儲器的數(shù)據(jù)都接到內(nèi)總線上，由“輸入設(shè)備單元”的數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)三態(tài)門連接到總線上分時給出地址和數(shù)據(jù)。地址寄存器的打入時鐘是由C_AR和T3脈沖相與得到。圖2.1

12、 靜態(tài)存儲器通路圖四、實驗步驟 1、連接實驗線路。參考實驗連線圖如圖2.2所示。仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。2、連續(xù)寫存儲器。給00H、01H、02H、03H、04H地址單元分別寫入數(shù)據(jù)AAH、BBH、CCH、DDH、EEH。 寫地址。關(guān)存儲器的片選線（CS=1），CLR=1,WE=1、OE=1，打開數(shù)據(jù)開關(guān)的輸出三態(tài)門（B_SW=0、RD=0）,此時數(shù)據(jù)開關(guān)中的數(shù)輸出占領(lǐng)總線，將數(shù)據(jù)開關(guān)的數(shù)置為00H（00000000），打開地址寄存器打入門控信號（C_AR=1），然后按動微動開關(guān)KK2產(chǎn)生T3脈沖，即將00H打入到地址寄存器中，同時地址總線指示燈顯示。 寫數(shù)據(jù)。關(guān)掉地址寄存器的門控信號（C_

13、AR=0）,將數(shù)據(jù)開關(guān)置為AAH（10101010），打開存儲器的片選線（CS=0），將寫線WE進(jìn)行101操作，此時數(shù)據(jù)開關(guān)中的數(shù)AAH以被寫到存儲器的00H地址單元中。 重復(fù)，分別在01H、02H、O3H、O4H地址單元中寫入數(shù)據(jù)BBH、CCH、DDH、EEH。3、連續(xù)讀存儲器。將存儲器00H、01H、02H、03H、04H地址單元中的數(shù)分別讀出，觀察讀出的結(jié)果與寫入結(jié)果是否一致。 寫地址。CS=1，CLR=1,WE=1、OE=1，打開數(shù)據(jù)開關(guān)的三態(tài)門（B_SW=0、RD=0）,此時數(shù)據(jù)開關(guān)中的數(shù)輸出占領(lǐng)總線，將數(shù)據(jù)開關(guān)的數(shù)置為00H（00000000），打開地址寄存器打入門控信號（C_AR

14、=1），然后按動微動開關(guān)KK2產(chǎn)生T3脈沖，即將00H打入到地址寄存器中，同時地址總線指示燈顯示。 讀數(shù)據(jù)。B_SW=1, CS=0，置讀線有效OE=0，總線顯示的即為從存儲器00H地址單元讀出的數(shù)據(jù)AAH。 重復(fù)，分別讀出01H、02H、O3H、O4H地址單元中的數(shù)據(jù)，觀察與寫入的數(shù)據(jù)是否一致。圖2.2 靜態(tài)存儲器實驗接線圖4完成下表數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出00H0000 00001111 1111FFH01H0000 00011111 1110FEH02H0000 00101111 1101FDH03H0000 00111111 1100FCH04H0000 01001111 1011FBH05H

15、0000 01011111 1010FAH06H0000 01101111 1001F9H07H0000 01111111 1000F8H08H0000 10001111 0111F7H09H0000 10011111 0110F6H0AH0000 10101111 0101F5H0BH0000 10111111 0100F4H0CH0000 11001111 0011F3H0DH0000 11011111 0010F2H0EH0000 11101111 0001F1H0FH0000 11111111 0000F0H實驗三 時序發(fā)生器及啟停電路實驗一、實驗?zāi)康?1、掌握時序發(fā)生器的組成原理。

16、2、了解時序信號對計算機的作用。二、實驗設(shè)備1、TWL-PCC計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線若干。2、PC微機或示波器一臺（選配）。三、實驗原理計算機的工作需要一個時序發(fā)生器來產(chǎn)生周期節(jié)拍、時標(biāo)脈沖等時序信號的部件。時序部件包括有時鐘源、環(huán)形脈沖發(fā)生器和啟/?？刂齐娐?。時鐘源為計算機提供基準(zhǔn)的時鐘信號。環(huán)形脈沖發(fā)生器對主頻進(jìn)行分頻，產(chǎn)生一組有序的間隔相等或不等的脈沖序列，來產(chǎn)生節(jié)拍電位和時鐘脈沖信號。啟/?？刂齐娐房刂葡蛴嬎銠C發(fā)送主振脈沖信號。信號源由實驗板上“信號源單元”提供，電路原理圖見圖3.1。實驗中用一個555震蕩電路來產(chǎn)生主振脈沖信號源，其中還有一個可調(diào)電阻來調(diào)節(jié)輸出頻率，本信

17、號源的輸出頻率大概在50Hz300Hz之間。時序發(fā)生器電路原理圖如圖3.2所示。啟?？刂齐娐酚梢粋€啟?？刂朴|發(fā)器Cr和一些門電路構(gòu)成，使輸出的時序信號OT1、OT2、OT3和OT4可控。其中為時鐘信號源。啟動按扭START是由單脈沖觸發(fā)器構(gòu)成，由實驗臺“時序發(fā)生器單元”中的KK1微動開關(guān)獲得，還有一個二進(jìn)制開關(guān)來控制單步運行和連續(xù)運行。接上信號源，將二進(jìn)制開關(guān)撥至“連續(xù)”（0）狀態(tài)，一旦按動啟動按扭START，運行觸發(fā)器Cr就一個處于“1”狀態(tài)，因而時序信號OT1OT4將周而復(fù)始地發(fā)送出去，其波形圖如圖3.3所示。當(dāng)二進(jìn)制開關(guān)為“單步”（1）狀態(tài)時，一旦按動啟動按扭START，機器便處于單步運

18、行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期時序信號就停機。圖3.1 信號源原理圖圖3.2 時序發(fā)生器電路原理圖圖3.3 時序波形圖 時序信號輸出連至“時序發(fā)生器單元”中的OT1OT4的排針端上，教學(xué)計算機系統(tǒng)中各實驗單元所須的時序節(jié)拍信號均由“總線單元”中的T1T4取得，做實驗時將各實驗單元用到的時序信號相應(yīng)的由OT1OT4連至T1T4即可。四、實驗步驟1、實驗連線。將“信號源單元”的時鐘輸出信號SY連接至“時序發(fā)生器”單元中的端上，接通電源。2、將“時序發(fā)生器單元”中的二進(jìn)制開關(guān)撥至“單步”或“連續(xù)”狀態(tài)上，然后按動啟動按扭START，用示波器或本系統(tǒng)配套的聯(lián)機軟件的示波器窗口觀察測量OT1OT4的

19、輸出波形。五、實驗要求 1、分析時序發(fā)生器的組成原理。2、將“時序發(fā)生器單元”中的二進(jìn)制開關(guān)撥至“連續(xù)”狀態(tài)，按動啟動鍵START，用示波器或聯(lián)機軟件觀察OT1OT4的波形，畫出他們的波形圖，比較它們的相互關(guān)系，并標(biāo)注測量所得的脈沖寬度。3、同樣將時序狀態(tài)置為“連續(xù)”狀態(tài)，信號源本單元的KK2輸出的手動給出，按動啟動鍵START，然后連續(xù)按動KK2，觀察時序信號的輸出情況。實驗四 總線及數(shù)據(jù)通路組成實驗一、實驗?zāi)康?、理解總線的概念、作用和特性。2、掌握用總線控制數(shù)據(jù)傳送的方法。3、進(jìn)一步熟悉教學(xué)計算機的數(shù)據(jù)通路。4、掌握數(shù)字邏輯電路中故障的一般規(guī)律，以及排除故障的一般原則和方法。5、鍛煉分析

20、問題與解決問題的能力，在出現(xiàn)故障的情況下，獨立分析故障現(xiàn)象，并排除故障。二、實驗設(shè)備TWL-PCC計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線若干；PC微機一臺（選配）。三、實驗原理總線用來連接各個功能部件，本實驗的數(shù)據(jù)通路圖如圖4.1。各個部件都有自己的輸入輸出控制信號。各個部件的控制信號都需要是連接到“開關(guān)組單元”的各個獨立的二進(jìn)制開關(guān)上來手動控制。連接到總線上的地址寄存器只有輸入線，其輸出直接連接到存儲器的地址，用于鎖存需讀寫的存儲器的地址。本實驗中時序信號用到了T3和T4信號，可將“信號源單元”的時鐘輸出SY接到“時序發(fā)生器單元”的上，將OT3和OT4分別連接到“總線單元”中相應(yīng)的T3和T4端

21、上，二進(jìn)制開關(guān)撥至“單步”狀態(tài)，然后每按動一次啟動鍵START，就會順序產(chǎn)生一個T3、T4時序信號。根據(jù)掛接在總線上的幾個部件，設(shè)定實驗要求：將存儲器10H地址存入數(shù)據(jù)93H，然后將存儲器10H地址單元中存儲的數(shù)據(jù)送輸出單元顯示，同時也存入到R0寄存器中。圖4.1 總線實驗數(shù)據(jù)通路圖四、實驗步驟 1本實驗有兩種連線方式：各個單元的控制信號分別由不同的開關(guān)獨立控制，連線參考圖見圖4.2。同后邊模型機實驗相同，存儲器、I/O設(shè)備有各自的片選線，但是共用一根讀線和一根寫線。2、由于有不同的連線圖就有不同的執(zhí)行流程，按照第一種連線方式，完成實驗任務(wù)須有以下幾步操作： 數(shù)據(jù)輸入開關(guān)置10H打入到地址寄存

22、器。 數(shù)據(jù)輸入開關(guān)置數(shù)據(jù)93H打入到存儲器。 存儲器輸出數(shù)據(jù)到輸出設(shè)備同時打入到R0寄存器。 3、連接實驗線路。參考實驗連線圖如圖4.2所示。仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。4、置所有控制信號為初始態(tài)：輸入設(shè)備（B_SW=0,RD=0）、地址寄存器（C_AR=0）、存儲器（CS=1、OE=1、WE=1）、輸出設(shè)備（CS=1、WR=1）、通用寄存器R0（B_R0=1、C_R0=0）,CLR=1。5、“時序發(fā)生器單元”中的二進(jìn)制開關(guān)撥至“單步”狀態(tài)。 數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)10H，B_SW=1、RD=0, C_AR=1，按動時序啟動鍵START，產(chǎn)生的T3節(jié)拍脈沖將總線上的數(shù)據(jù)打入到地址寄存器中。關(guān)掉地址寄存器打

23、入門控信號(C_AR=0)。 數(shù)據(jù)開關(guān)置93H，CS=0、OE=1、WE=101,此時將總線上的數(shù)據(jù)93H寫入到存儲器當(dāng)前地址單元中。關(guān)掉輸入設(shè)備三態(tài)門（B_SW=1），關(guān)掉存儲器片選線（CS=1）。 存儲器片選有效讀有效（CS=0、WE=1、OE=0），輸出設(shè)備片選有效寫有效（CS=0、WR=101），此時存儲器中的數(shù)打入到輸出設(shè)備的數(shù)碼管中顯示，同時，打開通用寄存器RO的打入門控信號（C_R0=1）,按動時序啟動鍵START，產(chǎn)生的T4節(jié)拍脈沖將總線上的數(shù)據(jù)打入到通用寄存器R0中。然后關(guān)存儲器（CS=1）,關(guān)通用寄存器打入門控信號（C_R0=0）。五、實驗要求 1、在數(shù)據(jù)傳送過程中，發(fā)現(xiàn)了

24、什么故障？記錄故障現(xiàn)象,排除故障的分析思路,故障定位及故障的性質(zhì)。2、以第二種實驗接線方法實現(xiàn)本實驗要求，即存儲器、I/O設(shè)備（包括輸入設(shè)備和輸出設(shè)備）有各自的片選線，但是共用一根讀線和一根寫線的方式連接實驗線路，分析有什么區(qū)別，編寫執(zhí)行流程，寫出詳細(xì)的實驗步驟,記錄實驗數(shù)據(jù)。圖4.2 總線實驗接線圖實驗五 控制器實驗一、實驗?zāi)康?、掌握計算機控制器的功能、組成及其不同的結(jié)構(gòu)。2、掌握微程序控制器的組成、工作原理。3、學(xué)習(xí)微程序控制器的設(shè)計與實現(xiàn)。4、掌握設(shè)計指令的執(zhí)行流程。5、熟悉本教學(xué)計算機微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。二、實驗設(shè)備TWL-PCC計算機組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺，排線

25、若干；PC微機一臺（選配）。三、實驗原理1控制器原理微程序控制器的基本思想可以概括為兩點：將控制器所需要的微命令，以微代碼的形式編成微指令，存入一個控制存儲器中，這個控制存儲器由只讀存儲器ROM構(gòu)成。在計算機運行時，從控存中取出微指令，用其所包含的微命令來控制有關(guān)部件的操作。 將每種機器指令分解為若干條微操作序列，用若干條微指令來解釋一條機器指令。再根據(jù)整個指令系統(tǒng)的需要，編制出一套完整的微程序，預(yù)先存入控存中。微程序控制器的工作原理是將一條微指令分成兩部分：控制命令字段和下址字段，用微指令的控制命令字段來提供一條機器指令的一個執(zhí)行步驟所需要的控制信號，用這條微指令的下址字段來指明下一條微指令

26、在控制存儲器中的地址，用于從控制存儲器中讀出下一條微指令。微程序控制器的組成結(jié)構(gòu)包括：控制存儲器（CM）、微指令寄存器（IR）、微地址寄存器（AR）及后續(xù)微地址形成電路。2單元電路組成微程序控制器組成原理圖如圖5.1，其邏輯框圖則如圖5.2所示。該單元主要由以下部件組成：（1）控制存儲器（CM） 控制存儲器（CM）由4片2816（2K8位）E2PROM組成，具有掉電保護(hù)功能，用于存放32位微指令。將4片2816并聯(lián)起來，就構(gòu)成了容量為25632位控制存儲器，即可以存放256條微指令?！拔⒖仄鲉卧庇幸粋€三檔撥動開關(guān)，用來選擇控制器處于編程/校驗/運行狀態(tài)?！熬幊獭睜顟B(tài)即手動給控存寫數(shù)據(jù)，“校驗

27、”狀態(tài)即手動校驗控存給定地址中的數(shù)據(jù)。教學(xué)計算機運行時須撥在“運行”狀態(tài)?？卮娴?片2816的片選信號CS分別由單片機控制單元的P3.2、P3.3、P3.4、P3.5控制。平時都為有效狀態(tài)，只有聯(lián)機操作時上位機對控存進(jìn)行讀寫時，會關(guān)掉所有片選，然后依次打開每片進(jìn)行讀寫操作。而4片2816的輸出使能OE、寫信號WE均由編程單元電路根據(jù)編程開關(guān)的狀態(tài)及聯(lián)機的情況控制產(chǎn)生并輸出，在“編程”狀態(tài)時全為寫有效，在“校驗”狀態(tài)時全為讀有效，在“運行”狀態(tài)時全為讀有效，但當(dāng)聯(lián)機操作時上位機也會控制讀寫狀態(tài)。4片2816的存儲器的地址A7A0分別并聯(lián)到一起。它們在手動編程/校驗時（“編程”狀態(tài)或“校驗”狀態(tài)）

28、由手動微地址鎖存器（74LS374）提供，它由排針MCJ1的MA7MA0輸入在T1時刻打入鎖存；運行時（“運行”狀態(tài)下）由微地址寄存器（AR）提供；或聯(lián)機情況下由單片機控制單元來給出。8個指示UA7UA0等用來實時顯示微地址?？卮娴臄?shù)據(jù)輸入/輸出作為32位微指令寄存器（IR）的輸入端，或由32位微代碼輸入開關(guān)MK31MK0經(jīng)三態(tài)門（74LS245）作為輸入，三態(tài)門由編程開關(guān)電路控制， 圖5.1 微程序控制器原理圖圖5.2 微程序控制器邏輯框圖編程開關(guān)處于“編程”狀態(tài)時三態(tài)門打開，其他狀態(tài)都關(guān)閉。同時，有32位指示燈MD31MD0顯示控存32位數(shù)據(jù)線。在聯(lián)機狀態(tài)下可由PC機控制單片機單元讀寫數(shù)據(jù)

29、線。 （2）微指令寄存器（IR）微指令寄存器（IR）為32位，分為24位的微命令寄存器和8位的微地址寄存器（AR）合起來構(gòu)成。24位微命令寄存器由三片鎖存器（74LS273）組成。8位微地址寄存器由4片2D觸發(fā)器（74LS74）組成。這些鎖存器的打入時鐘為T2時鐘鎖存，清零端全接至開關(guān)組單元的總清CLR開關(guān)上。所以，當(dāng)總清開關(guān)清零后，微命令寄存器及微地址鎖存器都被清零。 位微地址寄存器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）連接到控存的地址線上。微指令的編碼采用直接表示法和分段譯碼表示法相結(jié)合，微指令第M31M17位為直接輸出的控制信號，M16M14、M13M11、M108分別用一個74LS13

30、8譯出多個控制信號。微指令格式詳細(xì)說明見后。 （3）指令譯碼及后續(xù)微地址形成電路本實驗微程序控制器的后續(xù)微地址形成方法采用功能分支轉(zhuǎn)移，后續(xù)微地址直接包含在當(dāng)前微指令的代碼中，即32位微指令寄存器的后8位M7M0，然后根據(jù)取來的機器指令的操作碼（鎖存于指令寄存器IR中）及M10M8的狀態(tài)條件進(jìn)行地址轉(zhuǎn)移邏輯判斷，從而找到該條指令執(zhí)行過程的一段微程序的入口地址，從而實現(xiàn)分支轉(zhuǎn)移。根據(jù)以上分析，可將微程序的后繼微地址的控制原理總結(jié)如下：當(dāng)條件測試字TW0有效（TW0=0）時，根據(jù)機器指令的操作碼（OP）I7I4進(jìn)行分支轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生該條指令的微程序入口地址。當(dāng)I7 I6 I5 I4=0 0 0 0時，

31、SE3 SE2 SE1 SE0=1 1 1 1，對后續(xù)微地址的后四位不會產(chǎn)生強制，原來的后續(xù)微地址的值不變。當(dāng)I7 I6 I5 I4中一個或一個以上位為1時，則SE3SE0對應(yīng)位為0，同時就會對后續(xù)微地址相應(yīng)位強制為1，從而使后續(xù)微地址發(fā)生改變。例如：取完指令之后，根據(jù)TW0發(fā)生分支轉(zhuǎn)移，假設(shè)后續(xù)微地址為10H。操作碼OP（I7I4）為0000時，指令的微程序入口地址為10H；操作碼OP（I7I4）為0001時，指令的微程序入口地址為11H；操作碼OP（I7I4）為0101時，指令的微程序入口地址為15H；操作碼OP（I7I4）為1011時，指令的微程序入口地址為1BH。當(dāng)條件測試字TW1有效

32、（TW1=0）時，根據(jù)機器指令碼I1 I0進(jìn)行譯碼，轉(zhuǎn)移至相應(yīng)指令的微程序段，主要應(yīng)用于含尋址方式碼（MOD）的機器指令，在這些指令中，I5I4為尋址方式碼（MOD），I7I6和I1I0為操作碼OP。當(dāng)條件測試字TW2有效（TW2=0）時，根據(jù)進(jìn)位標(biāo)志進(jìn)行轉(zhuǎn)移，主要應(yīng)用于條件轉(zhuǎn)移指令JC。當(dāng)條件測試字TW3有效（TW3=0）時，根據(jù)SWB、SWA狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，主要應(yīng)用于控制臺操作指令。當(dāng)條件判斷ICF有效（ICF=0）時，根據(jù)INT是否有效，確定轉(zhuǎn)移到中斷響應(yīng)微程序入口地址?，F(xiàn)在介紹編程開關(guān)及控制電路?！拔⒖仄鲉卧痹O(shè)有一個編程開關(guān)，它有三種狀態(tài)：編程、校驗、運行。當(dāng)編程開關(guān)處于“編程”狀態(tài)時

33、，可以實現(xiàn)手動輸入微碼，此時，控存執(zhí)行寫操作，控存（2816）寫有效（片選CS=0，寫使能WE=0，輸出使能OE=1），后續(xù)微地址輸出三態(tài)門（245）關(guān)閉（使能信號G=1），控存的地址由手動微地址鎖存器（374）提供，該鎖存器輸出有效（輸出使能信號OE=0），控存的數(shù)據(jù)則由32位的微代碼輸入開關(guān)輸入，微代碼輸入開關(guān)的三態(tài)門（245）打開（使能信號G=0）。 當(dāng)編程開關(guān)處于“校驗”狀態(tài)時，可以實現(xiàn)手動校驗微代碼，此時，控存執(zhí)行讀操作，控存（2816）讀有效（片選CS=0，輸出使能OE=0，寫使能WE=1），后續(xù)微地址輸出三態(tài)門（245）關(guān)閉（使能信號G=1），控存的地址由手動微地址鎖存器（374

34、）提供，該鎖存器輸出有效（輸出使能信號OE=0），32位微代碼輸入開關(guān)的輸出三態(tài)門（245）關(guān)閉（使能信號G=1），控存的數(shù)據(jù)則由32位的微代碼顯示燈顯示輸出。當(dāng)編程開關(guān)處于“運行”狀態(tài)時，可以實現(xiàn)運行微程序，此時，控存執(zhí)行的是讀操作，控存（2816）讀有效（片選CS=0，輸出使能OE=0，寫使能WE=1）?？卮娴牡刂肥怯珊罄^微地址修改邏輯提供，后續(xù)微地址三態(tài)門（245）打開（使能信號G=0），手動微地址鎖存器（374）輸出關(guān)閉（輸出使能信號OE=1），32位微代碼輸入開關(guān)的三態(tài)門（245）關(guān)閉（使能信號G=1）。 3微指令格式微指令字長共32位，其定義及控制順序如表5.1所示。表5.1 微指

35、令格式各控制位作用解釋如下： M31M25位，被定義為控制信號S3、S2、S1、S0、M、CN、CP。 M24M22位，被定義為控制信號IO/M、WE、RD。 M21位，被定義為控制信號C_PC。 M20位，被定義為控制信號C_SP。 M19位，被定義為控制信號U/D。 M18位，被定義為控制信號IA。它作為中斷控制單元的開中斷控制，高電平有效。 M17位，被定義為控制信號ICF。它作為一條機器指令的結(jié)束標(biāo)志，低電平有效。 M16M14位：經(jīng)過一個3：8譯碼器譯出7位控制部件總線輸出信號。 M13M11位：經(jīng)過一個3：8譯碼器并反向后譯出6位控制部件輸入門控信號。 M10M8位：經(jīng)譯碼器譯出5

36、位條件測試字信號及PC與堆棧指針寄存器的裝載控制信號。 M7M0位，被定義為微地址uA7uA0。四、實驗步驟（1）圖5.5為一個設(shè)計好的簡單指令系統(tǒng)所對應(yīng)的微程序流程圖。其所對應(yīng)的微程序入口地址影射表見表5.5所示。按照微指令流程圖將全部微程序按微指令格式翻譯成二進(jìn)制代碼，將得到如表5.6所示的本指令系統(tǒng)的微程序清單。圖5.5 微程序流程圖表5.5 微程序入口地址影射表序號指 令編碼入口地址123456IN R0OUT ROADD R0，ADRNOT R0STA ADR，R0JMP ADR0000 00000001 00000010 00000011 00000100 00000101 000

37、020H21H22H23H24H25H表5.6 基本指令的微程序清單微址S3 S2 S1 S0 M CN CP IO/M WE RD C_PC C_SP U/D IA ICF ABC 下址操作功能000 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 100000000100010000空操作010 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000000010PC-AR,PC+1020 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100010010000100000RAM-IR030 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100010100

38、000001101RAM-AR040 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100010100000001110RAM-AR050 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100010100000000110RAM-AR060 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100001000000000111RAM-TR2070 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 110000100000001000RO-TR1081 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 100101100000000001ALU-R0090 0 0 0 1 0

39、1 1 1 1 0 0 0 0 100101100000000001ALU-R00A0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100010100000001011RAM-AR0B0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 110000000000000001RO-RAM0C0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 100000010100000001RAM-PC0D0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 100001100000000001SW-R00E0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 110000000000000

40、001R0-LED100 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000010010PC-AR,PC+1110 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000010101PC-AR,PC+1120 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 100000100000010100SW-TR1130 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 100000000000000001空操作141 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 0 100100000000010000ALU-RAM150 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 100000100000010110RAM-TR1161 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 100100000000010001ALU-LED200 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000000011 PC-AR,PC+1210 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000000100PC-AR,PC+1220 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 111010100000000101PC-AR,PC+1230 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0