1、計算機組成原理實驗指導書（西安唐都科教儀器公司TDN-CM系統）梁海英 整編2013年8月TDN-CM系統構成1.控制信號發生單元（JT UNIT（TDN-CM）即W/R UNIT（TDN-CM+）用來轉換產生各單元電路所需的時序信號T1T4，以及外總線所需的讀/寫控制信號W/R。2.時序電路單元（STATE UNIT）其電路由四部分構成：消抖電路（KK2）、時序控制（TS1、TS2、TS3、TS4）、時鐘信號源（）、撥動二進制開關組（STOP、STEP）。用戶只需將信號與信號源的輸出插孔相連，然后按動START（KK1）微動開關，根據STOP及STEP的狀態，T1T4將輸出有規則的方波信號。

2、（1）單拍脈沖及消抖電路在實驗中KK2一般用來作為單拍脈沖信號發生器；START已將其輸出接入時序電路中的START處，作為時序電路的啟動開關。（2）時序控制電路、撥動開關組STEP（單步）、STOP（停機）分別是來自實驗臺上部的兩個二進制開關STEP、STOP的模擬信號。啟動是來自實驗臺“STATEUNIT”單元的一個微動開關START的按鍵信號。當STOP開關置為RUN狀態，STEP開關置為EXEC時，按下START，時序信號TS1TS4將周而復始的發送出去。若STEP開關置為STEP狀態時，按下START，機器處于單步運行狀態，即此時只發送一個CPU周期的時序信號就停機。利用單步方式，每

3、次只產生一條微指令，因而可以觀察微指令的代碼與當前微指令的執行結果。另外，當機器連續運行時，如果使STOP開關置STOP，也會使機器停機，或將CLR開關置為零，也可使時序清零。3.信號源單元“SIGNAL UNIT”可先調節W1，使H23端輸出用戶期望的某一頻率的波形信號，信號的頻率在30Hz-300Hz；然后，再調節W2使H23端輸出特定占空比的信號，供實驗時選擇使用。4.運算器單元（ALU UNIT）運算器單元由以下部分構成：兩片74LS181構成了并-串型8位ALU；兩個8位寄存器DR1和DR2作為暫存工作寄存器，保存參數或中間運算結果；ALU的輸出三態門74LS245通過排針連到數據總

4、線上；一片8位的移位寄存器74LS299可通過排針連到數據總線上；由GAL（general array logic，通用陣列邏輯）和74LS74鎖存器組成進位標志控制電路和為零標志控制電路；進位標志和為零標志指示燈。5.寄存器堆單元（REG UNIT）寄存器堆單元由三片8位寄存器R0、R1、R2組成，它們用來保存操作數及中間運算結果等，三個寄存器的輸入已連至BUS總線，輸出共用一個RJ1引出，待用排線連至總線。6.總線單元（BUS UNIT）包括6組排針，它們是橫向對應連通的。排針下方是和總線對應的8位數據顯示燈，以顯示總線上的二進制數值，將引出的排針與總線單元用8孔排線連好，就可構成相應的實

5、驗電路的數據通路。7.主存貯器單元（PRAM UNIT）用于存貯實驗中的機器指令。8.微控器電路單元（MICRO-CONTROLLER UNIT）本系統的微控器單元主要由編程部分和核心微控器部分組成。編程部分是通過編程開關的相應狀態選擇及由CLK、CLK0引入的節拍脈沖的控制來完成將預先定義好的機器指令對應的微代碼程序寫入到2816控制存貯器中，并可以對控制存貯器中的機器代碼程序進行校驗。該系統具有本機現場直接編程功能，且由于選用2816E2PROM芯片為控制存貯器，所以具備掉電保護功能。核心微控器主要完成接收機器指令譯碼器送來的代碼，使控制轉向相應機器指令對應的首條微代碼程序，對該條機器指令

6、的功能進行解釋或執行的工作。更具體地講，就是通過接收CPU指令譯碼器發來的信號，找到本條機器指令對應的首條微代碼的微地址入口，再通過由CLK引入的時序節拍脈沖的控制，逐條讀出微代碼。實驗板上的微控器單元中的24位顯示燈（MD1MD24）顯示的狀態即為讀出的微指令。然后，其中幾位再經過譯碼，一并產生實驗板所需的相應控制信號，將它們加到數據通路中相應的控制位，可對該條機器指令的功能進行解釋和執行。指令解釋到最后，再繼續接收下一條微代碼對應的微地址入口，這樣周而復始，即可實現機器指令程序的運行。核心微控器同樣是根據24位顯示燈所顯示的相應控制位，再經部分譯碼產生的二進制信號來實現機器指令程序順序、分

7、支、循環運行的，所以，有效地定義24位微代碼對系統的設計至關重要。（1）核心微控器單元通過編程開關的不同狀態,可進行微代碼的編程、校驗、運行在單元電路原理圖中：微地址顯示燈顯示的是后續微地址，而24位顯示燈顯示的是后續地址的二進制控制位。CLK0為微地址鎖存器（U24）的時鐘信號，實驗板中已接至“JT UNIT”單元中的T1中。2816單元的片選信號（CS）在手動狀態下一直為“0”，而在和PC聯機狀態下，受89C51控制。MK1MK24為微控器的微代碼輸入二進制開關。MJ19為微地址輸入端，微控器實驗中在編程和校驗狀態時，我們可通過它來人為的確定微地址單元并完成讀、寫操作。CLK為微代碼輸出鎖

8、存器（U30、U31、U32）及后續的微地址輸出鎖存器的信號引出端，實驗板中已將CLK接至“JT UNIT”單元中的T2。CLR為清零信號的引出端，實驗板中已接至“SWITCH UNIT”單元中最右邊的CLR開關上，所以此二進制開關為CLR專用。SE1SE6端掛接到CPU的指令譯碼器的輸出端，通過譯碼器確定相應機器指令的微代碼入口處，也可人為手動模擬CPU的指令譯碼器的輸出，達到同一目的。（2）編程器單元在該實驗電路中設有一編程開關，它具有三種狀態：PROM（編程）、READ（校驗）、RUN（運行）。處于編程狀態時，微地址鎖存器（U24）讀有效，微代碼輸入三態門（U18、U19、U20）打開，

9、后續微地址三態門（U29）關閉，同時2816寫有效，讀無效。此時若啟動時序電路，即可將微代碼寫入相應的微地址中，并在相應的顯示燈上顯示處于校驗狀態時，微地址鎖存器讀有效，微代碼輸入三態門關閉，后續微地址三態門關閉，同時2816讀有效，寫無效。此時若啟動時序電路，即可將相應的微地址中的微代碼讀出，并在顯示燈上顯示。處于運行狀態時，微地址鎖存器關閉，微代碼輸入三態門關閉，后續微地址三態門打開，同時2816讀有效，寫無效。此時若啟動時序電路，即從微地址顯示燈顯示的地址向下運行。9.指令寄存器單元（INS UNIT）指令寄存器單元中指令寄存器的輸出以排針形式引出，構成模型機時用它作為指令譯碼電路的輸入

10、，實現程序跳轉控制。10.邏輯譯碼單元（LOG UNIT）本單元主要功能是根據機器指令及相應的微代碼進行譯碼使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現微程序的順序、分支、循環運行，及三個工作寄存器R0、R1、R2的選通譯碼，它們共由兩片GAL構成。11.輸入設備單元（DATA UNIT（TDN-CM）即INPUT DEVICE（TDN-CM+）使用8個撥動開關作為輸入設備。12.開關單元（SWITCH UNIT）單元中的開關都可作為通用電路使用，為防止實驗時接至二進制開關產生混亂，二進制開關下方均有絲印字，所以實驗連線時可將實驗中的各電平控制模擬信號接至相應二進制開關。連線時應注意： 表示兩個引腳

11、是導通的，指同一個信號； 表示兩個引腳沒有導通，指兩個不同的信號(以后均不再說明) 。實驗一 算術邏輯運算實驗運算器主要由算術邏輯運算部件ALU、累加器、暫存器、通用寄存器堆、移位器、進位控制電路及其結果判斷電路等組成。實驗一至實驗三均為運算器實驗。一、 實驗目的1了解運算器的組成結構、工作原理、設計方法。2掌握簡單運算器的數據傳送通路。3驗證運算功能發生器74LS181 的組合功能。二、實驗設備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1-1。圖中所示的是由兩片74LS181 芯片以并/串形式構成的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

12、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。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，總線上的數據就被鎖存進DR1 或DR2 中。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74L

13、S245 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。數據輸入單元(DATA UNIT)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送入內總線中。將“JT 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。總線數據顯示燈（在BUS UNIT 單元中）已與內總線相連，用來顯示內總線上的數據。控制信號中除T4 為脈沖信號，其它均為電平信號。S3、S2、 S1

14、、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。圖1-1 運算器通路圖 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，保證數據開關三態門打開，運算器輸出三態門關閉；當運算器輸出結果至總線時，也應保證關閉數據輸入三態門。四、實驗步驟1.按圖1-2 連接實驗電路并檢查無誤后打開電源開關。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.用輸入開關向暫存器DR1和

15、DR2 置數（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）。（2）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）；置LDDR1=1、LDDR2=0；按動微動開關KK2，則將二進制數01100101 置入DR1 中。（3）撥動輸入開關形成二進制數10100111（或其它數值）；使LDDR1=0、LDDR2=1；按動微動開關KK2，則將二進制數10100111 置入DR2 中。圖1-2 算術邏輯實驗連線圖3.檢驗DR1 和DR2 中存的數是否正確。（1）關閉數據輸入三態門（SW-B=1

16、），打開ALU 輸出三態門（ALU-B=0），并使LDDR1=0、LDDR2=0，關閉寄存器。（2）置S3 S2 S1 S0 M 為1 1 1 1 1，總線顯示燈則顯示DR1 中的數。（3）置S3 S2 S1 S0 M 為1 0 1 0 1，總線顯示燈則顯示DR2 中的數。4.驗證74LS181 的算術運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）表1-1給出的74LS181的功能表。表中“A”和“B”分別表示參與運算的兩個數，“+”表示邏輯或，“加”表示算術求和。（1）SW-B=1、ALU-B=0 保持不變。（2）可以通過改變S3 S2 S1 S0 M CN的組合來實現不同的功能，通過總線顯示燈觀察運算器

17、的輸出，填入表1-2中，和理論分析進行比較、驗證。五、記錄實驗結果，完成實驗報告表1-1 74LS181功能表S3S2S1S0M=0（算術運算）M=1邏輯運算CN=1無進位CN=0有進位0000F=F=A加1F=0001F=F=（）加1F=0010F=F=（）加1F=0011F=0減1F=0F=0100F=加F=加加1F=0101F=（）加F=（）加加1F=0110F=減減1F=減F=0111F=減1F=F=1000F=加F=加加1F=1001F=加F=加加1F=1010F=（）加F=（）加加1F=1011F=減1F=F=1100F=加F=加加1F=11101F=（）加F=（）加加1F=111

18、0F=（）加F=（）加加1F=1111F=減1F=F=表1-2 ALU功能表DR1DR2S3S2S1S0M=0（算術運算）M=1（邏輯運算）CN=1無進位CN=0有進位65HA7H0000F=( 65 )F=( 66 )F=( 9A )0001F=( E7 )F=( E8 )F=( 18 )0010F=( 7D )F=( 7E )F=( 82 )0011F=( )F=( )F=( )0100F=( )F=( )F=( )0101F=( )F=( )F=( )0110F=( )F=( )F=( )0111F=( )F=( )F=( )1000F=( )F=( )F=( )1001F=( )F=(

19、 )F=( )1010F=( )F=( )F=( )1011F=( )F=( )F=( )1100F=( )F=( )F=( )1101F=( )F=( )F=( )1110F=( )F=( )F=( )1111F=( )F=( )F=( )實驗二 進位控制實驗一、 實驗目的1驗證帶進位控制的算術運算功能發生器的功能。2按指定數據完成幾種指定的算術運算。二、實驗設備TDN-CM教學實驗系統一套。三、實驗原理進位控制運算器的實驗原理如圖2-1所示，在圖1-1基礎上增加進位控制部分，其中181的進位進入一個74鎖存器，其寫入是由T4和AR信號控制，T4是脈沖信號，實驗時將T4連至STATE UNI

20、T的微動開關KK2上。AR是電平控制信號（低電平有效），可用于實現帶進位控制實驗，而T4脈沖是將本次運算的進位結果鎖存到進位鎖存器中。四、實驗步驟1.按圖2-2連接實驗電路并檢查無誤后打開電源開關。2.用輸入開關向暫存器DR1和DR2 置數（方法同前, SW-B=0, ALU-B=1）（1）將二進制數01010101 置入DR1 中（LDDR1=1、LDDR2=0）。（2）將二進制數10101010 置入DR2 中（LDDR1=0、LDDR2=1）。3.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，關閉寄存器輸入控制門。4.檢

21、驗DR1 和DR2 中存的數是否正確。（方法同前）5.對進位標志清零。實驗系統上“SWITCH UNIT”單元中的CLR開關為標志CY、ZI的清零開關，它為零狀態時是清零狀態，所以將此開關做101 操作，即可使標志位清零。注意：進位標志指示燈CY 亮時表示進位標志為“”，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（AR0、SW-B=1、ALU-B=0）（1）使Cn1（低位無進位），進行帶進位算術運算。例如：做加法運算，S3 S2 S1 S0 M 置為1 0 0 1 0，按動微動開關KK2，此時，數據總線上顯示的數據為DR1+DR2+/Cn的和，最高位進

22、位由進位標志燈CY顯示，若指示燈亮，則無進位，反之則有進位。（2）使Cn0（低位有進位），進行帶進位算術運算，例如：做加法運算，S3 S2 S1 S0 M 置為1 0 0 1 0，按動微動開關KK2，此時，數據總線上顯示的數據為DR1+DR2+/Cn的和，最高位進位由進位標志燈CY顯示。注：/Cn表示對Cn取反。即有進位末位加1，無進位末位加0。圖2-1進位控制實驗原理圖圖2-2進位控制實驗連線圖 五、記錄實驗結果，完成實驗報告實驗三 移位運算實驗一、 實驗目的1了解移位發生器74LS299 的功能。2驗證移位控制電路的組合功能。二、實驗設備TDN-CM教學實驗系統一套。三、實驗原理圖3-1所

23、示為移位控制電路。其中使用了一片74LS299 作為移位發生器，其8位輸入輸出端可連接至內部總線。74LS299移位器的片選控制信號為299-B，在低電平時有效。T4 為其控制脈沖信號，由“JT UNIT”單元中的T4 接至“STATE UNIT”單元中的單脈沖發生器KK2 上而產生，S0、S1、M 作為移位控制信號，此移位控制邏輯功能如表3-1 所示。四、實驗步驟1.按圖3-2連接實驗電路并檢查無誤后打開電源開關。2.向移位寄存器置數。（1）撥動輸入開關形成二進制數01101011（或其他數值）。（2）使SWITCH UNIT 單元中的開關SW-B=0，打開數據輸入三態門。（2）使S0=1、

24、S1=1，并按動微動開關KK2，則將二進制數01101011 置入了移位寄存器。（4）使SW-B=1，關閉數據輸入三態門。3.移位運算操作。參照表3-1中的內容，先將S1、S0置為0、0，檢查移位寄存器單元裝入的數是否正確，然后通過改變S0、S1、M、299-B的狀態，并按動微動開關KK2，觀察移位結果。五、記錄實驗結果，完成實驗報告完成表3-2中的內容。圖3-1移位控制電路原理圖 表3-1移位控制功能真值表 299BS1S0M功能000任意保持0100循環右移0101帶進位循環右移0010循環左移0011帶進位循環左移任意11任意裝數圖3-2移位控制電路連線圖 表3-2移位控制功能表 動作循

25、環右移CY帶進位循環右移CY循環左移CY帶進位循環左移CY原始011011010011011010011011010011011010按一次101101100001101101110110100110110100按兩次010110110100110110101101010101101001按三次101011010010011011011010110011010011按四次110101100101001101110101100110100110按五次011010110110100110101011010101001101按六次10110101001101001101011011001001101

26、1按七次110110100101101001101101100100110110按八次011011010110110100011011010001101101按九次00110110100011011010實驗四 靜態存儲器實驗在程序執行過程中，所要執行的指令是從存儲器中獲取，運算器所需要的操作數是通過程序中的訪存指令從存儲器中得到，運算結果在程序執行完之前又必須全部寫到存儲器中，各種輸入輸出設備也直接與存儲器交換數據。把程序和數據存儲在存儲器中，是馮·諾依曼型計算機的基本特征，也是計算機能夠自動、連續快速工作的基礎。一、實驗目的掌握靜態存儲器RAM的工作特性及數據的讀寫方法。二、實驗

27、設備TDNCM教學系統一套三、實驗原理本實驗中靜態存儲器采用6116（2K*8位）芯片，其原理圖如圖4-1所示，數據線接至數據總線，地址線由地址寄存器（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，分時給出地址與數據。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，所以實際容量為256字節。6116有三位控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、WE（寫線）。當片選信號CE0有效時，OE0，WE1為存儲器寫操作，OE0，WE0為存儲器讀操作，其讀寫時間與T3寬度一致。實驗時將T3脈沖接至實驗板

28、上時序電路模塊的TS3相應插孔中，其它電平控制信號由SWITCH UNIT單元的二進制開關模擬，其中SWB是低電平有效，LDAR是高電平有效。四、實驗步驟1.按照圖4-2連接實驗線路，連好檢查無誤后再接通電源。2.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“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。圖4-1 存儲器實驗原理圖圖4-2存儲器接線圖3.寫存儲器：用手動開關控制的方法，給存儲器的00H、01H、02H、03H、04H地址單元中分別寫入數據11H、12 H

29、、13 H、14 H、15 H。由于數據和地址全由一個數據開關給出，因此要分時地給出。下面的寫存儲器要分兩個步驟:（1）寫地址，先關掉存儲器的片選（CE=1），打開地址鎖存器門控信號（LDAR=1），打開數據開關三態門（SW-B=0），由開關給出要寫入的存儲單元的地址，按動START 產生T3 脈沖將地址輸入到地址鎖存器；（2）寫數據，關掉地址鎖存器門控信號（LDAR=0），打開存儲器片選，使之處于寫狀態（CE=0，WE=1），由開關給出此單元要寫入的數據，按動START 產生T3 脈沖將數據寫入到當前的地址單元中。寫其他單元依次循環上述步驟。寫存儲器流程如圖4-3 所示（以向00 號單元寫入

30、11H 為例）。圖4-3存儲器寫操作流程圖4.讀存儲器：用手動開關控制的方法，依次讀出第00、01、02、03、04 號單元中的內容，觀察上述各單元中的內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：（1）寫地址，先關掉存儲器的片選（CE=1），打開地址鎖存器門控信號（LDAR=1），打開數據開關三態門（SW-B=0），由開關給出要寫存儲單元的地址，按動START產生T3 脈沖將地址輸入到地址鎖存器；（2）讀數據，關掉地址鎖存器門控信號（LDAR=0），關掉數據開關三態門（SW-B=1），片選存儲器，使它處于讀狀態（CE=0，WE=0），此時數據總線上顯示的數據即為從存儲器當前地

31、址中讀出的數據內容。讀其他單元依次循環上述步驟。讀存儲器操作流程如圖4-4 所示（以從00 號單元讀出11H 數據為例）。圖4-4存儲器讀操作流程圖五、記錄實驗結果，完成實驗報告實驗五 微程序控制器實驗控制器的基本功能就是把機器指令轉換為按照一定時序控制機器各部件的工作信號，合各部件產生一系列動作，完成指令所規定的任務。控制器的實現有兩大類：硬布線控制和微程序控制。一、實驗目的1.掌握微程序控制器的組成原理。2.掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。二、實驗設備TDNCM教學系統一套三、實驗原理微程序控制器的基本任務是完成當前指令的翻譯和執行，即將當前指令的功能轉換成可以控制硬件邏輯部件工

32、作的微命令序列，完成數據傳送和各種處理操作。實驗所用的時序信號為TS1TS4，由時序電路產生。控制存儲器采用3片2816的E²PROM，具有掉電保護功能，微命令寄存器18位，用兩片8D觸發器（273）和一片4D（175）觸發器組成。微地址寄存器6位，用3片正沿觸發的雙D觸發器（74）組成，它們帶有清“0”端和預置端。在不判別測試的情況下，T2時刻打入地址寄存器的內容即為下一條微指令地址。當T4時刻進行測試判別時，轉移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發器置為“1”狀態，完成地址修改。電路中有一個編程開關，有3種狀態：PROM（編程）、READ（檢驗）、RUN（運行）。當開關

33、處于PROM狀態時，可根據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。當開關處于READ時，可以對寫入的控制代碼進行驗證，判斷是不是有錯。當開關處于RUN時，只要給出微程序的入口地址，則可根據微程序流程圖自動執行微程序。微指令格式如圖5-1所示，有24位字長，其中UA0UA5為6位后繼微地址，A、B、C 為三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。C字段中的P（1）P（4）是四個測試字位。其功能是根據機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現微程序的順序、分支、循環運行，其原理如圖5-2 所示，圖中I7I2為指令寄存器的第72位輸出，SE5SE1為

34、微程序控制器單元微地址鎖存器的強置端輸出。AR為算術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、RD-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5-3，圖中I0I3為指令寄存器的第03位，LDRi為輸入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。242322212019181716151413121110987654321S3S2S1S0MCnWECELDPCABCuA5uA4uA3uA2uA1uA0A字段B字段C字段151413選擇121110選擇987選擇000000

35、000001LDRi001RS-B001P(1)010LDDR1010RD-B010P(2)011LDDR2011RI-B011P(3)100LDIR100299-B100P(4)101LOAD101ALU-B101AR110LDAR110SW-B111PC-B圖5-1微指令格式圖5-4為幾條機器指令對應的微操作流程圖，將全部微程序按微指令格式變成二進制代碼，可得到表5-1的微指令二進制代碼表（微地址為八進制）。圖5-2指令譯碼圖5-3寄存器譯碼四、實驗步驟1.按圖5-5所示連接實驗電路，檢查無誤后打開系統電源。2.將STATEUNIT中的STEP置為STEP、STOP置為RUN。3.編程（編

36、程開關置為PROM）（1）二進制開關設置微地址MA5MA0；（2）在MK24MK1開關上置微代碼， 24 位開關對應24 位顯示燈，開關量為“0”時燈亮，開關量為“1”時燈滅；（3）啟動時序電路按START，即將微代碼寫入到E2PROM 2816 的相應地址的單元中；（4）重復（1）（3）步，將表5-1的微代碼逐行寫入控制存儲器中。4.檢驗（編程開關置為READ）（1）二進制開關設置微地址MA5MA0；（2）按動START開關，觀察顯示燈MD24MD1的狀態，與寫入的微代碼比較，檢查是否有錯，如有錯，則重新執行第3步。5.單步運行（編程開關置為RUN）（1）設置CLR開關從101，使微地址清0

37、；（2）按START，每按一次執行一條微指令。注意：可將“MICRO-CONTROLLER”單元的SE6SE1接至“SWITCH UNIT”中的S3Cn上，通過強置端SE1SE6人為設置分支首地址。首先將SE1SE6全部置“1”；然后根據需要，將某個或幾個置“0”，設置CLR開關101，使相應的微地址位被強置為“1”，設置分支首地址；最后將“SWITCH UNIT”中的S3Cn接至“MICRO-CONTROLLER”單元的UA5UA上，按START，執行該分支。圖5-4微程序流程圖圖5-5實驗電路接線圖表5-1微指令二進制代碼表微地址S3 S2 S1 S0 M Cn WE CE LDPC AB

38、CuA5uA00 00 0 0 0 0 0 0 1 11 0 11 1 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 0 0 0 01 0 00 0 00 0 1 0 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 0 0 0 00 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10 50 0 0 0 0 0 0 1 00 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 61 0 0 1 0 1 0

39、 1 00 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 0 0 1 00 0 11 1 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 0 1 1 1 01 40 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0

40、 1 0 11 50 0 0 0 0 0 1 0 00 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 0 0 0 01 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 11 70 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 00 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0 0 0 1 11 1 01 1 10 0 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 0 0 0 00 0 00 0 00 0 00 1 0 0 0 02 30 0 0 0 0 0 0 1

41、 00 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 12 40 0 0 0 0 0 1 0 00 0 01 1 00 0 00 1 0 0 0 12 50 0 0 0 0 0 0 0 11 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 1五、記錄實驗結果，完成實驗報告實驗六 基本模型機設計與實現一、實驗目的1.在掌握部件單元電路實驗的基礎上，進一步將其組成系統構造一臺基本模型計算機。2.為其定義五條機器指令，并編寫相應的微程序，具體上機調試整機。二、實驗設備TDNCM教學實驗系統一套。三、實驗原理部件實驗過程中，各部件單元的控制信號是人為模擬產生的，而本次實驗將能在微程序控制下自動產生各部件

42、單元控制信號，實現特定指令的功能。這里，計算機數據通路的控制將由微程序控制來完成，CPU從內存中取出一條機器指令到指令執行結束的一個指令周期全部由微指令組成的序列來完成，即一條機器指令對應一個微程序。1.五條機器指令IN（輸入）、ADD（二進制加法）、STA（存數）、OUT（輸出）、JMP（無條件轉移），其指令格式（前4位為操作碼）如表6-1所示：表6-1 五條機器指令助記符機器指令碼說明IN0000 0000“DATA UNIT”中的開關數據>R0 ADD addr0001 0000 XXXXXXXXRO+addr>R0, 雙字長指令，XXXXXXXX為addr對應的二進制地址碼

43、STA addr0010 0000 XXXXXXXXRO>addrOUT addr0011 0000 XXXXXXXXaddr>BUSJMP addr0100 0000 XXXXXXXXaddr>PC本實驗設計的機器指令程序如表6-2所示：表6-2 本實驗中的五條機器指令地址內容助記符說明地址 內容0100 00000000 0000IN“DATA UNIT”>R040 00H0100 00010001 0000ADD 4AHRO+addr>R0 41 10H0100 00100100 101042 4AH0100 00110010 0000STA 4BHRO&g

44、t;addr43 20H0100 01000100 101144 4BH0100 01010011 0000OUT 4BHaddr>BUS45 30H0100 01100100 101146 4BH0100 01110100 0000JMP 40Haddr>PC47 40H0100 10000100 000048 40H0100 100149 40H0100 10100000 0001自定4A 01H0100 1011求各結果4B 01H2.三個控制臺操作微程序為了向RAM中裝入程序和數據，檢查寫是否正確，并能啟動程序執行，還必須設計三個控制臺操作微程序。（1）存儲器寫操作（KWE

45、）撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA為0 1時，按START微動開關，可對RAM連續手動寫入程序和數據。（2）存儲器讀操作（KRD）撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA為0 0時，按START微動開關，可對RAM連續手動讀出程序和數據。（3）存儲器寫操作（RP）撥動總清開關CLR后，控制臺開關SWB、SWA為1 1時，按START微動開關，即可轉入到第01號取指微指令，啟動并程序運行。上述三條控制臺指令用兩個開關SWB和SWA的狀態來設置，其定義如表6-3所示：表6-3 控制臺指令SWBSWA控制臺指令00讀內存（KRD）01寫內存（KWR）11執行程序（RP）3微程序流

46、程及微指令代碼系統涉及到的微程序流程見圖5-4,當擬定取指微指令時,該微指令的判別測試字段為P(1)測試由于取指微指令是所有微程序都使用的公用微指令,因此,P(1)的測試結果出現多分支本機用指令寄存器的前4位(IR7-IR4)作為測試條件，出現5路分支，占用5個固定微地址單元。控制臺操作為P(4)測試,它以控制臺開關SWBSWA作為測試條件,出現了3路分支,占用3個固定微地址單元當分支微地址單元固定后,剩下的其它地方就可以一條微指令占用控存一個微地址單元隨意填寫注意:微程序流程圖上的單元地址為八進制當全部微程序設計完畢后,應將每條微指令代碼化,圖5-4的微程序流程圖按微指令格式化轉化的十六進制

47、微代碼表如表6-4所示表6-4微指令十六進制代碼表微地址微指令微地址微指令0 0 Q0 1 D D 1 0 H1 3 Q0 1 E E 0 E H0 1 Q0 1 E E 0 2 H1 4 Q0 1 E E 1 5 H0 2 Q0 0 4 0 4 8 H1 5 Q0 2 0 2 0 1 H0 3 Q0 0 6 0 0 4 H1 6 Q0 0 6 0 0 F H0 4 Q0 0 3 0 0 5 H1 7 Q0 0 0 0 0 1 H0 5 Q0 1 2 2 0 6 H2 0 Q0 1 E E 1 2 H0 6 Q9 5 1 A 0 1 H2 1 Q0 1 E E 1 4 H0 7 Q0 0 6

48、0 0 D H2 2 Q0 0 0 0 1 0 H1 0 Q0 1 1 C 0 1 H2 3 Q0 1 0 0 0 1 H1 1 Q0 1 E E 0 3 H2 4 Q0 2 0 C 1 1 H1 2 Q0 1 E E 0 7 H2 5 Q0 0 D 0 0 1 H四、實驗步驟1.按圖6-1連接實驗線路，檢查無誤后打開系統電源。2.使STEP 為“STEP”狀態，STOP 為“RUN”狀態。3.將微指令代碼寫入控制存儲器（編程開關處于“PROM”）并進行校驗（編程開關處于“READ”）將機器指令對應的微代碼正確地寫入E2PROM 控制存儲器中，實際上在實驗五微程序控制器實驗中已將這些微代碼寫入

49、存儲器芯片中了，對照表5-1或表6-4，校驗正確后就可使用。4.編程開關處于“RUN”。5.寫程序（SWB、SWA置為0 1）（1）撥動總清開關CLR（101），微地址寄存器清零，程序計數器清零，此時用DATA UNIT單元的8位二進制開關給出要寫入RAM區的首地址40H；（2）按動一次啟動開關START，微地址顯示燈顯示“010001”，再按動一次START，微地址燈顯示“010100”，此時數據開關的內容置為要寫入的機器指令，再按動一次START 后，即完成該條指令的寫入。若仔細閱讀KWE 的流程，就不難發現，機器指令的首地址只要第一次給入即可，PC會自動加1，所以，每次按動START，只

50、有在微地址燈顯示“010100”時，才設置內容，直到將表6-2中的所有機器指令寫完。6.校驗程序（SWB、SWA置為0 0）（1）撥動總清開關CLR（101）后，微地址清零。PC 程序計數器清零，此時用DATA UNIT單元的8位二進制開關給出要讀的RAM區的首地址40H；（2）按動啟動開關START，微地址燈將顯示“010000”，再按動START，微地址燈顯示為“010010”，第三次按動START，微地址燈顯示為“010000”，此時BUS UNIT的數碼管顯示為該首地址的內容。不斷按動START，以后每個循環PC 會自動加1，這樣可檢查后續單元內容。每次微地址燈顯示為“010000”時

51、，顯示燈的內容才是相應地址中的機器指令內容。7.單步運行（SWB、SWA置為1 1）（1）撥動總清開關CLR（101），微地址清零，程序計數器清零，此時用DATA UNIT單元的8位二進制開關給出要執行RAM區程序的首地址40H；（2）每按動一次啟動開關START，即單步運行一條微指令。對照圖5-4所示的微程序流程圖，觀察微地址顯示燈是否和流程一致。（3）當微地址燈第一次出現01時，給DATA UNIT單元的輸入開關置數（假定為40H），作為相加的一個操作數，另一個操作數為指令給定的的4AH單元中的數據01H。（4）當運行結束后，可檢查存數單元（4BH）中的結果是否和理論值（即開關數40H+4AH單元中的數01H=41H）一致。圖6-1硬件連接圖五、記錄實驗結果，完成實驗報告實驗七 帶移位運算的模型機設計與實現一、實驗目的1.熟悉用微程序控制器控制模型機的數據通路。2.學習設計與調試