數(shù)據(jù)通路組成實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)據(jù)顯示燈DBUS7實(shí)驗(yàn)名稱數(shù)據(jù)通路組成實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期 2014.11.14 第 3 次試驗(yàn)指導(dǎo)老師 陳國(guó)平專業(yè)班號(hào) 1202組別學(xué)生姓名 唐海軍 047同組學(xué)生LDRiT3 -CS0-M.ALU-BUS# 三態(tài)門（244Cn+4 F7F6F5F4CnALU（181）A7A6/5A4DBUSRAM-BUS# 左端口OER#F3F2F1 F0Cn+4Cn_Cn#ALU（ 181）A3A2AA0LR/W#T2CEL#雙端口存儲(chǔ)器IDT7132LDAFUAR+ AR（ 163）T2VCCJ*RR/W#CER#實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 進(jìn)一步熟悉計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路。2. 將雙端口通用寄存器堆和雙

2、端口存儲(chǔ)器模塊連接，構(gòu)成新的數(shù)據(jù)通路。3. 掌握數(shù)字邏輯電路中的一般規(guī)律，以及排除故障的一般原則和方法。4. 鍛煉分析問題和解決問題的能力，在出現(xiàn)故障的情況下，獨(dú)立分析故障現(xiàn)象，并排 除故障。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. TEC-5計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 1臺(tái)2. 邏輯測(cè)試筆一支（在 TEC-5實(shí)驗(yàn)臺(tái)上）3. 雙蹤示波器一臺(tái)（公用）4. 萬用表一只（公用）三、實(shí)驗(yàn)電路數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)電路圖如圖3.3所示。它是將雙端口存儲(chǔ)器模塊和雙端口通用寄存器堆模塊連接在一起形成的。存儲(chǔ)器的指令端口（右端口）不參與本次實(shí)驗(yàn)。通用寄存器堆連接運(yùn)算器模塊，本次實(shí)驗(yàn)涉及其中的DR1。由于雙端口存儲(chǔ)器是三態(tài)輸出，因而可以直接連接到D

3、BUS上。此外，DBUS還連接著通用寄存器堆。這樣，寫入存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)由通用寄存器提供，從RAM中讀出的數(shù)據(jù)也可以放到通用寄存器堆中保存。本實(shí)驗(yàn)的各模塊在以前的實(shí)驗(yàn)中都已介紹，請(qǐng)參閱前面相關(guān)章節(jié)。注意實(shí)驗(yàn)中的控制信號(hào)與 模擬它們的二進(jìn)制開關(guān)的連接。LDDRL-L-L） A DR1273）T2 一 RD1 一RD0 LDRiT3三態(tài)門（244JRSBus#JJJJJ AB雙端口通用寄存器堆RF（ispLSI1016SW-BUS#三態(tài)門（244SW7 SW（數(shù)據(jù)開關(guān)RSIRS01WRWR圖3.3 數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)電路圖四、故障的分析與排除數(shù)字電路中難免要出現(xiàn)這樣或那樣的故障。 有了故障迅速加以診斷并排除

4、，使電 路能正常運(yùn)行，這是實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的事。因此，學(xué)會(huì)分析電路故障，提高排除 故障的能力，是很有必要的。就數(shù)字電路的故障性質(zhì)而言，大體有兩大類：一類是設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤或不當(dāng)造成的 故障；另一類是元件損壞或性能不良造成的。1.設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成的故障常見的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤有邏輯設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和布線錯(cuò)誤。對(duì)于布線錯(cuò)誤，只要能仔細(xì)的進(jìn)行檢查就可以排除。 要較快的判斷出布線錯(cuò)誤的 位置，可以通過對(duì)某個(gè)預(yù)知特性點(diǎn)的觀察檢測(cè)出來。例如，該點(diǎn)的信號(hào)不是預(yù)期的特實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：性，則可以往前一級(jí)查找。常見的布線錯(cuò)誤是漏線和布錯(cuò)線。漏線的情況往往是 輸入端未連線或浮空

5、。浮空輸入可用三狀態(tài)邏輯測(cè)試筆或電壓表檢測(cè)出來。對(duì)于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，需要在設(shè)計(jì)中加以留心和克服。首先要遵循的一個(gè)原則是： 為使系統(tǒng)可靠的工作，從系統(tǒng)的初始狀態(tài)開始，應(yīng)該把線路置于信號(hào)的穩(wěn)定電平 上，而不是置于信號(hào)的前沿或后沿；其次沒有出口的懸空狀態(tài)是不允許存在的； 另外設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)避免靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)；最后，為便于維修，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮 把系統(tǒng)設(shè)計(jì)成具有單步工作的能力。常見的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤包括對(duì)于中小規(guī)模集成電路中不用的輸入端的接法。對(duì)一個(gè)不用的輸入端常忘了接，因而輸入端相當(dāng)于接了有效的邏輯“1”電平。建議將所有不用的“與”門輸入端統(tǒng)一接到一個(gè)邏輯“ 1”電平上，將所有不用的“或” 門輸入端統(tǒng)一接到一個(gè)邏輯

6、“ 0 ”電平上。計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)和寄存器不寄存信息的 問題常常就是由不用的輸入端進(jìn)來的干擾信號(hào)引起的。2. 元件損壞造成的故障一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，即使邏輯設(shè)計(jì)和布線都正確無誤，但如果使用的元件損壞或 性能不良，也會(huì)造成系統(tǒng)的故障。這種故障只要更換元件，就能恢復(fù)正常運(yùn)行。 除了元件損壞或性能不良之外，數(shù)字系統(tǒng)的故障還可能由于虛焊、噪聲等原因造 成。許多最初是間歇性故障，但最終還是會(huì)變成固定性故障。這種故障不是固定 的邏輯高電平，就是固定的邏輯低電平，所以通常稱之為“邏輯故障”。實(shí)驗(yàn)邏輯測(cè)試筆和邏輯脈沖筆(邏輯脈沖產(chǎn)生器)可以方便地查找數(shù)字電路中的邏輯故 障。一種方法是先使用邏輯測(cè)試筆檢測(cè)關(guān)鍵信號(hào)(如時(shí)鐘

7、、啟動(dòng)、移位、復(fù)位等)丟失的地方，這樣就把故障隔離到一個(gè)小范圍內(nèi)。 有了故障的大概范圍以后，去 掉內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，改用邏輯脈沖筆向特定的電路節(jié)點(diǎn)施加激勵(lì)信號(hào)，觀察輸出端的狀態(tài)。有了提供激勵(lì)的邏輯脈沖筆和響應(yīng)激勵(lì)的邏輯測(cè)試筆，可以很容易地檢查被懷疑的器件的真值表，從而探查出故障地點(diǎn)。另一種尋找故障的方法，是預(yù)先隔離故障。進(jìn)行的方法如下：從電路始端送入脈 沖，在終端檢測(cè)響應(yīng)。如果信號(hào)未能正確送達(dá)，就對(duì)每一串電路用同樣的方法檢查。 反復(fù)進(jìn)行，就能將故障點(diǎn)隔離出來。五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 將實(shí)驗(yàn)電路與控制臺(tái)的有關(guān)信號(hào)進(jìn)行連接。2. 用8位數(shù)據(jù)開關(guān)SW7-SW向RF中的四個(gè)通用寄存器分別置入以下數(shù)據(jù)：R0=0F

8、H R仁 0F0H R2= 55H R3= 0AAH3. 用8位數(shù)據(jù)開關(guān)向AR送入地址0FH,然后將R0中的數(shù)據(jù)0FH寫入雙端口存 儲(chǔ)器中。用同樣的方法，依次將 R1、R2、R3中的數(shù)據(jù)分別置入RAM的 0F0H 55H 0AAH單元。分別將RAM的 0AAH單元數(shù)據(jù)寫入R0, 55H單元數(shù)據(jù)寫入R1, 0F0H單元數(shù)據(jù)寫入 R2, 0FH單元數(shù)據(jù)寫入R3然后將R0- R3中的數(shù)據(jù)讀出，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，并記 錄數(shù)據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)要求1. 做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，掌握實(shí)驗(yàn)電路的數(shù)據(jù)通路特點(diǎn)和通用寄存器堆的功能特性。2. 寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容是：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?2) 寫出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。(3) 其他值

9、得討論的問題。七、實(shí)驗(yàn)步驟(1)將實(shí)驗(yàn)電路與控制臺(tái)的有關(guān)信號(hào)進(jìn)行連接接線表數(shù)據(jù)通路RS0RS1RD0RD1WR0WR1LDRiLDDR1模擬開關(guān)K0K1K2K3K4K5K6K7數(shù)據(jù)通路RS BUS#SW BUS#ALU BUS#RAM BUS#LR/W#CEL#LDAR#模擬開關(guān)K8K9K10K11K12K13K14實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：數(shù)據(jù)通路AR+1CER#Cn#MS0S1S2S3模擬開關(guān)VCCVCC地：地地地:地(2)用8位數(shù)據(jù)開關(guān)SW7-SW向RF中的四個(gè)通用寄存器分別置入以下數(shù)據(jù)：R1=3H R2= 1H=1 .令 K4(WR0

10、)=1 , K5(WR1)=0 , K6(LDRi)=1 , K8(RS_BUS#)=1 , K9(SW_BUS#)=0 , K10(ALU BUS#)=1 , K11(RAM BUS#)=1 , K13(CEL#)=1。K4(WR0)K5(WR1)K6(LDRi)=1K8(RS BUS#K9(SW BUS#)K10(ALU BUS#K11(RAM BUS#K13)(CEL#)10110111置 SW7 - SW0=3H ,SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW000000011按QD鈕，將3H寫入R1。2 .令 K4(WR0)=1 , K5(WR1)=0 , K6(LDRi)=1 ,

11、 K8(RS_BUS#)=1 , K9(SW_BUS#)=0 ,K10(ALU BUS#)=1 , K11(RAM BUS#)=1 , K13(CEL#)=1。K4(WR0)K5(WR1)K6(LDRi)=1K8(RS BUS#K9(SW BUS#)K10(ALU BUS#K11(RAM BUS#K13)(CEL#)01110111置 SW7 - SW0=1H ,SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW000000001按QD按鈕，將1H寫入R2(3)用8位數(shù)據(jù)開關(guān)向AR送入地址1H,然后將R2中的數(shù)據(jù)1H寫入雙端口存儲(chǔ)器中。 用同樣的方法，再將R1中的數(shù)據(jù)分別置入RAM勺3H單元。1

12、.令 K6(LDRi)=0 , K8(RS_BUS#)=1 , K9(SW_BUS#)=0 , K10(ALU_BUS#)=1 , K11(RAM_BUS#)=1 , K13(CEL#)=1 , K14(LDAR#)=0。K1(RS1)=0 , K0(RS0)=1。K6 (LDRi)K8(RS BUS#K9)(SW BUS#K10(ALU BUS#K11：)(RAM BUS)K13(CEL#)K14(LDAR#)K1(RS1)K0(RS0)001111010按QD按鈕，將1H寫入地址寄存器 AR。2將數(shù)據(jù) FFH打入 RAM 里地址為 3H的單元里面，令 K9(SW_BUSK10(ALU BU

13、S#)=1 K11(RA BUS#)=0 K12(LR/W#)=0 , K13(CEL#)=1。I#)=1 , K8(RS_BUS#)=0K9(SW BUS#)K8(RS BUS#K10(ALU BUS#)K11(RA BUS#)K12(LR/W#)K13(CEL#)101001置 SW7 SW0=FFH ,SW7SW6SW5SW4SW3SW2SW1SW011111111按QD按鈕，將FFH寫入RAM。3.檢驗(yàn) RAM中1H單兀的內(nèi)容是否正確，令K8(RS_BUS#)=0 , K9(SW_BUS#)=1 ,K10(ALU BUS#)=1 , K11(RAM BUS#)=1 , K1(RS1)=

14、1 , K2(RS0)=0 , K14(LDAR)=0 。數(shù)據(jù)通路K8(RS BUS#)K9(SW BUS#)K10(ALU BUS#f1K11(RAM BUS#K1)(RS1)K2(RS0)K13(LDAR)模擬開關(guān)0111100按QD按鈕,將1H寫入地址寄存器AR令 K12(LR/W#)=1 , K8(RS_BUS#)=1 , K9(SW_BUS#)=1 , K10(ALU_BUS#)=1 , K11(R.K13(CEL#)=0 , K14(LDAR#)=0。AM_BUS#)=0 ,K12(LR/W#)K8(RS BUS#K9)(SW BUS#K10(ALU BUS#K11：)(RAM B

15、US)K13(CEL#)K14(LDAR#)1111000按QD按鈕，觀察DBUS上的數(shù)據(jù)是否為 FFH。(6)檢驗(yàn)指定地址單元的內(nèi)容是否正確實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：(4)將RAM中地址為1H的數(shù)據(jù)寫入雙端口寄存器堆 RF的R0單元。令 K8(RS_BUS#)=1，K9(SW_BUS#)=1，K10(ALU_BUS#)=1，K11(RAM_BUS#)=0，K5(WR1)=0，K4(WR0)=0，K14(LDRi)=1。數(shù)據(jù)通路K8(RS BUS#K9)(SW BUS#)K10(ALU BUS#=1K11(RAM BUS#K5)(WR1)K4

16、(WR0)K6(LDRi)模擬開關(guān)1110001按QD按鈕，將FFH寫入R0。將R0的內(nèi)容寫如 RAM勺3H地址單元1.令 K6(LDRi)=0 ，K8(RS_BUS#)=1，K9(SW_BUS#)=0，K10(ALU_BUS#)=1，K11(RAM BUS#)=1 ，K13(CEL#)=1，K14(LDAR#)=0。K1(RS1)=0，K0(RS0)=1。K6(LDRi)K8(RS_US#K9(SW_BUS#)K10(A_U_BUS#K11)(RM_3U3#K13(CEL#)K14(LDAR#)K1(RS1)K0(RS0)011111001按QD按鈕，將3H寫入地址寄存器AR2.將R0的內(nèi)容

17、寫入 RAM令 K9(SW_BUS#)=1，K8(RS_BUS#)=0K10(ALU_BUS#)=1 K11(RA_BUS#)=1 K12(LR/W#)=0 ，K13(CEL#)=0。K9(SW BUS#)K8(RS BUS#K10)(ALU BUS#K11(RA BUS#K12(LR/W#)K13(CEL#)K1(RS1)K0(RS0)10110000按QD按鈕，將FFH寫入RAM的 3H地址單元。令 K8(RS_BUS#)=0，K9(SW_BUS#)=1 ，K10(ALU_BUS#)=1 ，K11(RAM_BUS#)=1 ，K1(RS1)=1，K2(RS0)=0 , K14(LDAR)=0

18、。數(shù)據(jù)通路K8(RS BUS#)K9(SW BUS#)K10ALU_BUS#f1K11(RAM BUS#K1)(RS1)K2(RS0)K13(LDAR)模擬開關(guān)0111010按QD按鈕，將3H寫入地址寄存器AR令 K12(LR/W#)=1 , K8(RS_BUS#)=1 , K9(SW_BUS#)=1 , K10(ALU_BUS#)=1 , K11(RAM_BUS#)=0 ，K13(CEL#)=0，K14(LDAR#)=0。K12(LR/W#)K8(RS BUS#K9)(SW BUS#K10)ALU BUS#K11：)(RAM BUS)K13(CEL#)K14(LDAR#)1111000按QD

19、按鈕，觀察DBUS上的數(shù)據(jù)是否為 FFH。可用同樣的方法觀察RAM其他地址單元的內(nèi)容實(shí)驗(yàn)名稱常規(guī)型程序控制器組成實(shí)驗(yàn)成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期 2014.11.14 第 3 次試驗(yàn)指導(dǎo)老師 陳國(guó)平專業(yè)班號(hào) 1202組別學(xué)生姓名 唐海軍 047同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握時(shí)序發(fā)生器的組成原理。2. 掌握微程序控制器的組成原理。二、實(shí)驗(yàn)電路1.時(shí)序發(fā)生器本實(shí)驗(yàn)所用的時(shí)序電路見圖 3.4。電路由一個(gè)500KHZ晶振、2片GAL22V10 一片74LS390組成，可產(chǎn)生兩級(jí)等間隔時(shí)序信號(hào) T1-T4、W1-W3其中一個(gè) W由一 輪T1-T4組成，相當(dāng)于一個(gè)微指令周期或硬連線控制器的一拍，而一輪W1-

20、W劉以執(zhí)行硬連線控制器的一條機(jī)器指令。另外，供數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)使用的時(shí)鐘由MF經(jīng)一片74LS390分頻后產(chǎn)生。CVlWCC本次實(shí)驗(yàn)不涉及硬連線控制器，因此時(shí)序發(fā)生器中產(chǎn)生 W1-W的部分也可根據(jù)需 要放到硬連線控制器實(shí)驗(yàn)中介紹。產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)T1-T4的功能集成在圖中左邊的一片 GAL22V1(中，另外它還產(chǎn)生 節(jié)拍信號(hào)W1-W3勺控制時(shí)鐘CLK1該芯片的邏輯功能用ABEL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。其源程序如 下：MODULE TIMER1TITLE CLOCK GENERATOR T1-T4CLK = .C.;INPUTMF, CLR, QD, DP, TJ, DB PIN 1.6;W3 PIN 7;OUTPUT

21、T1, T2, T3, T4 PIN 15.18 ISTYPE REG;CLK1 PIN 14 ISTYPE COM;QD1, QD2, QDR PIN ISTYPE REG;ACT PIN ISTYPE COM;S = T1, T2, T3, T4, QD1, QD2, QDR;EQUATIONSQD1 := QD;QD2 := QD1;ACT = QD1 & !QD2;QDR := CLR & QD # CLR & QDR;T1 := CLR & T4 & ACT # CLR & T4 & ! (DP # TJ # DB & W3) & QDR;T2 := CLR & T1;T3 := C

22、LR & T2;T4 := !CLR # T3 # T4 & !ACT & (DP #TJ# DB& W3) # !QDR;CLK1 = T1 # !CLR & MF;S.CLK = MF;END節(jié)拍電位信號(hào)W1-W3在硬連線控制器中使用，產(chǎn)生W信號(hào)的功能集成在右邊一 片GAL22V1(中，用ABEL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。其源程序如下：已接好華中科技大學(xué)武昌分校實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：MODULE TIMER2/ 頭部TITLE CLOCK GENERATOR W1-W3DECLARA TIONS/說明部CLK = .C.;INPUTCLK1,

23、 CLR, SKIP PIN 1.3;OUTPUTW1, W2, W3 PIN 16.18 ISTYPE REG;W = W1, W2, W3;EQUATIONS/邏輯描述部W1 := CLR & W3;W2 := CLR & W1 & !SKIP;W3 := !CLR # W2 # W1 & SKIP;W.CLK = CLK1;END TIMER2/結(jié)束部左邊GAL的時(shí)鐘輸入MF是晶振的輸出，頻率為500KHz T1-T4的脈寬為2 卩s。CLR實(shí)際上是控制臺(tái)的CLR信號(hào)，因?yàn)锳BEL語(yǔ)言的書寫關(guān)系改為CLR仍 為低有效。CLR堆0將系統(tǒng)復(fù)位，此時(shí)時(shí)序停在 T4、W3微程序地址為000000

24、B 建議每次實(shí)驗(yàn)臺(tái)加電后，先按 CLR復(fù)位一次。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上CLR劉時(shí)序電路的連接對(duì)時(shí)序發(fā)生器TJ輸入引腳的連接要慎重，當(dāng)不需要暫停微程序的運(yùn)行時(shí)，將它 接地；如果需要的話，將它與微程序控制器的輸出微命令TJ相連。QD （啟動(dòng)）是單脈沖信號(hào)，在GAL中用時(shí)鐘MF對(duì)它進(jìn)行了同步，產(chǎn)生 QD1和QD2 ACT表達(dá)式為 QD1 &!QD2脈寬為2卩s。QDF是運(yùn)行標(biāo)志，QD信號(hào)使其置1，CLR將其置0。DB （單 步）、DP （單拍）是來自實(shí)驗(yàn)臺(tái)的二進(jìn)制開關(guān)模擬信號(hào)。當(dāng) TJ= 0、DB= 0、DP= 0時(shí), 一旦按下QD鍵，時(shí)序信號(hào)T1-T4周而復(fù)始的發(fā)送出去，此時(shí)機(jī)器處于連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。 當(dāng)D吐1、T

25、J= 0、D吐0時(shí)，按下QD鍵，機(jī)器將處于單拍運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)只發(fā)送一 組T1、T2、T3、T4時(shí)序信號(hào)就停機(jī)，此時(shí)機(jī)器時(shí)序停在 T4。利用單拍方式，每次只 讀出一條微指令，因而可以觀察微指令代碼以及當(dāng)前的執(zhí)行結(jié)果。 當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)， 如果TJ= 1,也會(huì)使機(jī)器中斷運(yùn)行，時(shí)序停在 T4。DB SKIP、CLK1信號(hào)以及 W1-W甜拍電位信號(hào)都是針對(duì)硬連線控制器的。硬連 線控制器執(zhí)行一條機(jī)器指令需要一組 W1-W3寸序信號(hào)。CLK1是產(chǎn)生W信號(hào)的控制時(shí) 鐘，由左邊一片GAL產(chǎn)生。DB信號(hào)就是控制每次發(fā)送一組 W1-W3H停機(jī)。執(zhí)行某些 機(jī)器指令不需要一組完整的W信號(hào)，SKIP信號(hào)就是用來跳過本指

26、令剩余的 W節(jié)拍信 號(hào)的。2. 數(shù)據(jù)通路微程序控制器是根據(jù)數(shù)據(jù)通路和指令系統(tǒng)來設(shè)計(jì)的。這里采用的數(shù)據(jù)通路是在綜合前面各實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，整合了運(yùn)算器模塊、存儲(chǔ)器模塊等形成的。有關(guān)數(shù)據(jù)通路整 體的詳細(xì)說明，請(qǐng)參閱第一章。3. 微指令格式采用的微指令格式9位：判別字段3位，后繼微# W L R MR1A +C R C E RB WDD RCD根據(jù)給定的8條機(jī)器指令功能和數(shù)據(jù)通路總體圖的控制信號(hào), 如圖3.5所示。微指令字長(zhǎng)31位，其中順序控制部分 地址6位。操作控制字段22位，各位進(jìn)行直接控制。IJLtttntA111 iUNft!判別字段i后繼微地址S3 S2 S1 S0 M31 30 29 28

27、27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 10用 A A A A A A TJ 備 P2 P1 P0 a g g g g g圖3.5微指令格式微命令顯示燈C3 C2 C1 C0P0P1P2TJ備RLDL1+CPC3 C2#cpdl1+RAL*T#radl1RDDLC62RDDLRD -ftouB-UUL #UB 迦RS3 S2S1dS8MC3實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生T1P0P1P2CIR7IR6 SWC IR5 SWB IR4 SWA圖3.6微程序控制器電路

28、圖CM3CM2CM1CM0A12A6A5A4A3A2A1A0A12 A6A5A4A3A2A1A0A12 A6A5 A4A3A2A1A0A12 A6A5A4A3A2A1A0Q5Q4Q3實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：對(duì)應(yīng)微指令格式，微程序控制器的組成見圖 3.6 o控制存儲(chǔ)器采用4片WPROMHN58C65組成，HN58C6是8KX 8位的，地址 輸入端有13位（A12- A0）,實(shí)驗(yàn)中只用到A5- A0,所以A12- A6接地，實(shí)際的 使用空間為64字節(jié)。微地址寄存器g AR共6位，用一片8D觸發(fā)器74LS174組成，帶有異步清零 端。兩級(jí)與、或門構(gòu)成微地址轉(zhuǎn)移邏輯，用于產(chǎn)生下一微指令地址。在每一個(gè)T1的上升沿

29、，新的微指令地址打入微地址寄存器中，控制存儲(chǔ)器 隨即輸出該條微指令的控制信號(hào)。微地址轉(zhuǎn)移邏輯生成下一微地址，等到下一個(gè) T1上升沿，將其打入微地址寄存器中。微地址轉(zhuǎn)移邏輯的多個(gè)輸入信號(hào)中，SWC SWB SWA是控制臺(tái)指令的定義開 關(guān)，它們用來決定控制臺(tái)指令微程序的分支。 C是進(jìn)位信號(hào)，IR7- IR4是機(jī)器指 令的操作碼字段，根據(jù)它們的值來控制微程序轉(zhuǎn)向某個(gè)特定的分支。三、機(jī)器指令與微程序?yàn)榻虒W(xué)中簡(jiǎn)單明了，本實(shí)驗(yàn)儀器使用了 8條機(jī)器指令，均為單字長(zhǎng)（8位） 指令。指令功能及格式如表3.3所示。指令的高4位IR7 - IR4是操作碼，提供 給微程序控制器用作地址轉(zhuǎn)移；低 4位提供給數(shù)據(jù)通路。1

30、Q0g AR(174)D5D4D3D2D1D0表3.3指令功能與格式名稱助記符功能指令格式IR7 IR6 IR5 IR4IR3 IR2IR1 IR0加法ADD Rd, RsRd + Rs t Rd0000Rs1 Rs0Rd1 Rd0減法SUB Rd, RsRd - Rs t Rd0001Rs1 Rs0Rd1 Rd0邏輯與AND Rd, RsRd & Rs t Rd0010Rs1 Rs0Rd1 Rd0存數(shù)STA Rd, RsRd t Rs0011Rs1 Rs0Rd1 Rd0取數(shù)LDA Rd, RsRs t Rd0100Rs1 Rs0Rd1 Rd0條件轉(zhuǎn)移JC R3若C = 1則R3 t PC01

31、011 1XX停機(jī)STP暫停執(zhí)行0110XXXX輸出OUT RsRst dbus0111Rs1 Rs0XX應(yīng)當(dāng)指出，用這8條指令來編寫實(shí)際程序是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們的目的是為了教學(xué), 通過執(zhí)行一些最簡(jiǎn)單的程序來掌握微程序控制器的工作原理。上述8條指令的微程序流程圖如圖3.7所示。每條微指令可按前述的微指令格式 轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，然后寫入微程序控制器的控制存儲(chǔ)器中。實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期 第次試驗(yàn) 指導(dǎo)老師專業(yè) 班號(hào) 組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容:KT00微程序流程圖OF圖3.7微程序流程圖微指令代碼表根據(jù)圖3.7的微程序流程圖計(jì)算出微程序代碼比較困難。為了計(jì)算出微程序代 碼，需要1個(gè)各微指令使用

32、的信號(hào)表，即代碼表。微指令當(dāng)前微地址 下一微地址P0piP2備用TJLDIRKTRRFWRFRRMWRMPR000C1E06070B 1D0D0E0A0203090405080F081E06071E1D 0D0E1D0203020405040F10表3.4 微程序代碼表11PC+1表3.4微程序代碼表（續(xù)）微指令A(yù)DDSUBANDSTALDAJCSTPOUT當(dāng)前微地址10 18111912 1A131B14 1C15 1F1617下一微地址18 0F19 0F1A 0F1B0F1C 0F0F 0F0F0F實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)piP2實(shí)驗(yàn)日期 第次試驗(yàn) 指導(dǎo)老師專業(yè) 班號(hào) 組別學(xué)生姓名同組學(xué)生備用TJL

33、DIRPC+1LDPC#P0AR+1實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容:LDAR#LDDR1LDPC#1 . .1 . .1AR+111LDAR#1 . .1 .1 .1 .LDDR1LDDR2LDRi1SW_BUS#1 1 .1 111 .1 1 .1RS_BUS#1 . .ALU_BUS#RAM_BUS#1 .CER#111CEL#1 . 11 .1 .LR/W#0 .01 .0 .LDDR2LDRiSW BUS#RS BUS#ALU BUS#RAM BUS#CER#CEL#LR/W#Cn#S0S1注：后綴為#的信號(hào)都是低電平有效信旦號(hào),為了在控存ROM中用“ 1”表示有效,Cn#.M50 51 52 53 注

34、：后綴為#的信號(hào)都是低電平有效信號(hào)，為了在控存ROM中用“ 1”表示有效，這些信號(hào)在控制器中經(jīng)過反相后送往數(shù)據(jù)通路。S2S3這些信號(hào)在控制器中經(jīng)過反相后送往數(shù)據(jù)通路。為了向RAM和寄存器堆中裝入程序和數(shù)據(jù)、檢查寫入是否正確，并能啟動(dòng)程序執(zhí) 行，還設(shè)計(jì)了以下五個(gè)控制臺(tái)操作微程序：在按復(fù)位按鈕CLR3后，TEC-5復(fù)位，根據(jù)SWC SWB SWA狀態(tài)來選擇工作方式。 在控制臺(tái)工作方式，必須使 DP=0 DB=0指定的寄存器。返回繼續(xù)執(zhí)行，直到按復(fù)位按鈕CLR#這個(gè)控制臺(tái)操作主實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：?jiǎn)?dòng)程序（PR:按下復(fù)位按鈕CLR3后，微地址

35、寄存器清零。這時(shí)，置 SWC =0、SW&0、SWA0,用數(shù)據(jù)開關(guān) SW產(chǎn)SW0設(shè)置RAM中的程序首地址，按 QD 按鈕后，啟動(dòng)程序執(zhí)行。寫存儲(chǔ)器（WRM 按下復(fù)位按鈕 CLR#置SW6 0、SW& 0、SWA 1。在 SW7- SW（中置好存儲(chǔ)器地址，按 QD按鈕將此地址打入 AR在SW7- SW（置好 數(shù)據(jù)，按QD將數(shù)據(jù)寫入AR指定的存儲(chǔ)器單元，這時(shí)AR加1。返回。依次 進(jìn)行下去，直到按復(fù)位鍵CLR為止。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)RAM的連續(xù)手動(dòng)寫入。這個(gè) 控制臺(tái)操作的主要作用是向RAM中寫入自己編寫的程序和數(shù)據(jù)。讀存儲(chǔ)器（RRMI：按下復(fù)位按鈕 CLR#置SW6 0、SW& 1、SWA 0。在 SW

36、7- SW（中置好存儲(chǔ)器地址，按 QD按鈕將此地址打入 AR RAM此地址單元的內(nèi) 容讀至DBUS!示。按QD按鈕，這時(shí)AR加 1, RAM新地址單元的內(nèi)容讀至 DBUS 顯示。返回。依次進(jìn)行下去，直到按復(fù)位鍵 CLR為止。這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)RAM 的連續(xù)讀出顯示。這個(gè)控制臺(tái)操作的主要作用是檢查寫入RAM的程序和數(shù)據(jù)是否正確。在程序執(zhí)行后檢查程序執(zhí)行的結(jié)果（在存儲(chǔ)器中的部分）是否正確。寄存器寫操作（WRF：按下復(fù)位按鈕 CLR#置SW6 0、SWR1、SWA 1。首先在SW SW（S好存儲(chǔ)器地址，按 QD按鈕，則將此地址打入 AR寄存器和 PC寄存器。在SW1 SW0S好寄存器選擇信號(hào) WR1 W

37、R0按QD按鈕，通過雙 端口存儲(chǔ)器的右端口將 WR1 WR0（即SW1 SW0送到指令寄存器IR的低2位。 在SW7-SW（沖置好要寫入寄存器的數(shù)據(jù)；按 QD按鈕，將數(shù)據(jù)寫入由 WR1 WR0 要在程序運(yùn)行前，向相關(guān)的通用寄存器中置入初始數(shù)據(jù)。寄存器讀操作（RRF：按下復(fù)位按鈕 CLR#置SW61、SW& 0、SWA0。首 先在SW SW0S好存儲(chǔ)器地址，按QDK鈕，則將此地址打入AR寄存器和PC寄存器。 在SW3 SW2S好寄存器選擇信號(hào) RS1 RS0按QD按鈕，通過雙端口存儲(chǔ)器的右 端口將RS1 RS0（即卩SW3 SW2送到指令寄存器IR的第3、2位。RS1 RS0選中的 寄存器的數(shù)據(jù)

38、讀出到DBUSh顯示出來。返回繼續(xù)下去，直到按復(fù)位鍵CLR為止。 這個(gè)控制臺(tái)操作的主要作用是在程序執(zhí)行前檢查寫入寄存器堆中的數(shù)據(jù)是否正確，在程序執(zhí)行后檢查程序執(zhí)行的結(jié)果（在寄存器堆中的部分）是否正確。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. TEC-5計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)1臺(tái)2. 邏輯測(cè)試筆一支（在TEC-5實(shí)驗(yàn)臺(tái)上）3. 雙蹤示波器一臺(tái)（公用）4. 萬用表一只（公用）五、實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 按實(shí)驗(yàn)要求，連接實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電平開關(guān) K0- K15時(shí)鐘信號(hào)源和微程序控制器。 連接完成后應(yīng)仔細(xì)檢查一遍，然后才可以加上電源。注意：本次實(shí)驗(yàn)只做微程序控制器本身的實(shí)驗(yàn)， 故微程序控制器輸出的微命令信 號(hào)與執(zhí)行部件（數(shù)據(jù)通路）的連線不連接

39、。2. 觀察時(shí)序信號(hào)。用雙蹤示波器觀測(cè)時(shí)序發(fā)生器的輸入、輸出信號(hào)： MF T1-T4、W-W3比較相 位關(guān)系，畫出其波形圖，并標(biāo)注出測(cè)量所得的脈沖寬度。觀察時(shí)須將 DB DP開關(guān)置 為0狀態(tài)，然后按QD按鈕。熟悉啟?？刂瓢粹o的功能，并熟練使用這些控制按鈕或開關(guān)。3. 熟悉微指令格式的定義，按此定義將圖 3.7所示的全部微程序變換成二進(jìn)制 代碼，并列表登記。此表請(qǐng)?jiān)陬A(yù)習(xí)時(shí)完成。4. 控制臺(tái)操作的功能由SWCSWBSWAE個(gè)二進(jìn)制開關(guān)的狀態(tài)配合 P0判斷來決 定。用單拍（DP方式執(zhí)行控制臺(tái)操作微程序，觀察判別字段和微地址指示燈的顯示，跟蹤微指令的執(zhí)行情況，并與上表數(shù)據(jù)對(duì)照。5. 深刻理解0FH微指

40、令的功能和P1測(cè)試的狀態(tài)條件（IR7 IR4），用二進(jìn)制開T1，T1和T2，T2和T3，T3和T4，T1 和 W1 W1和 W2 W2和 W3觀察結(jié)果并繪圖。（3）控存代碼表實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：開關(guān)設(shè)置IR7 - IR4的不同狀態(tài)，觀察ADD至OUT八條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)微程序的微 命令信號(hào)，特別是微地址轉(zhuǎn)移的實(shí)現(xiàn)，并與上面表格進(jìn)行對(duì)照。六、實(shí)驗(yàn)要求1. 做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，掌握微程序控制器和時(shí)序發(fā)生器的工作原理。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)所提的要求，在預(yù)習(xí)時(shí)完成表格填寫、數(shù)據(jù)和理論分析值。3.寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，內(nèi)容是：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?shí)驗(yàn)任務(wù)2的時(shí)序波形圖和測(cè)量值

41、。(3)實(shí)驗(yàn)任務(wù)3的表格。七、實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1） 接線控制器CIR4IR5IR6IR7模擬開關(guān)K0K1K2K3K4時(shí)序電路TJSKIP固定電平地地注意：接線表中的 TJ是時(shí)序電路中的TJ，不是控制器中的 TJ （該TJ由控制器產(chǎn)生， 不能接輸入信號(hào)），千萬不要接錯(cuò)。（2）觀察時(shí)序信號(hào)的波形置DP=0 DB=0按CLR按鈕復(fù)位，再Q(mào)D按鈕。時(shí)序部分開始不停止地運(yùn)行，直 到按CLR按鈕為止。用雙蹤示波器觀察 MF T1、T2、T3、T4、W1 W2 W3言號(hào)。 觀察的方法是同時(shí)觀察兩路信號(hào)，以便于比較相位。按下述順序進(jìn)行觀察：MF和微地址CM3CM2CM1CM0000000004801000

42、0000002034004030300004002040108000505000044040600800807070010041E080008200F09000884040A000880020B0008A41D0C0008A41E0D00800C0E0E000C041D0F0080089010000300181100030019120003001A130011801B140010801C150000110F160000140F170010140F189024100F196424100F1AB824100F1B0120100F1C0344100F1D0108000D1E010800061F001

43、0200F表3.5 控存代碼表實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期 第次試驗(yàn) 指導(dǎo)老師專業(yè) 班號(hào) 組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容:(4)控制臺(tái)操作微指令編碼測(cè)試控制臺(tái)微代碼在58C65的D0-D7輸出，DO是最低位，D7是最高位，CM(是最 低字節(jié)，CM3是最高字節(jié)。DO-D7對(duì)應(yīng)于28C64的引腳11、12、13、15、16、17、 18、19。對(duì)于控存的輸出，有相應(yīng)的32個(gè)指示燈指示。置DP = 1，DB =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。置 SWC = 0 SWB = 0 SWA = 1,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寫存儲(chǔ)器 WRM工作模式。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀 態(tài)，微地址為00H,測(cè)得的微碼是OOH O

44、OH OOH 48H。按一次QD按鈕，微地址為 09H,測(cè)得的微碼是 OOH 08H 84H 04H。按一次 QD按鈕，微地址為 04H,測(cè)得的 微碼是01H 08H 00H 05耳 按一次QD按鈕，微地址為05H,測(cè)得的微碼是OOH 00H 44H 04H。按一次QD按鈕，微地址為04H由于微地址又返回04H,停止測(cè)試。置DP = 1 , DB =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。置 SWC = 0 SWB = 1、SWA = 0,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于讀存儲(chǔ)器 RRMT作模式。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀 態(tài)，微地址為00H,測(cè)得的微碼是OOH OOH OOH 48H。按一次QD按鈕，微地址為 O

45、AH測(cè)得的微碼是OOH 08H 80H 02H。按一次QD按鈕，微地址為02H,測(cè)得的 微碼是03H 40H 04H 03耳 按一次QD按鈕，微地址為03H,測(cè)得的微碼是OOH 00H 40H 02H。按一次QD按鈕，微地址為02H由于微地址又返回02H,停止測(cè)試。置DP = 1, DB =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。置 SWC = 0 SWB = 1 SWA = 1,實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于寫寄存器 WRF工作模式。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀 態(tài)，微地址為00H,測(cè)得的微碼是OOH OOH OOH 48H。按一次QD按鈕，微地址為OBH測(cè)得的微碼是 OOH 08H 0A4H 1DH按一次QD按

46、鈕，微地址為1DH測(cè)得的 微碼是01H08H00H 0DH按一次QD按鈕，微地址為ODH測(cè)得的微碼是OOH 80H OCH 0EH按一次 QD按鈕，微地址為 OEH測(cè)得的微碼是 OOH OCH 04H 1DH按一次 QD 按鈕，微地址為1DH由于微地址又返回1DH停止測(cè)試。置DP = 1 , DB =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。置 SWC = 1、SWB = 0 SWA = 0, 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于讀寄存器工作模式。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，微地址為00H,測(cè)得的微碼是OOH OOH OOH 48H按一次QD按鈕，微地址為OCH測(cè)得的微 碼是OOH 08H 0A4H1EH 按一次 QD

47、按鈕，微地址為1EH 測(cè)得的微碼是 01H 08H 00H 06耳 按一次 QD按鈕，微地址為 06H,測(cè)得的微碼是 OOH 80H 08H 07H。按一次 QD 按鈕，微地址為07H,測(cè)得的微碼是OOH 10H 04H 1EHo按一次QD按鈕，微地址為 1EH由于微地址又返回1EH停止測(cè)試。置DP = 1, DB =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。置 SWC=0 SWB = 0 SWA = 0實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)處于PR工作模式。按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，微地址為 OOHo 按一次QD按鈕，微地址為08H,測(cè)得的微碼是00H 08H 20H OFH。按一次QD按鈕， 微地址為OFH,測(cè)得的微

48、碼是00H 80H 08H 90H。由于以后的微碼與機(jī)器指令有關(guān)， 停止測(cè)試。 深刻理解OFH微指令的功能和P1測(cè)試的狀態(tài)條件(IR7 IR4)，用二進(jìn)制開關(guān)設(shè) 置IR7 IR4的不同狀態(tài)，觀察ADD至 OUT八條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)微程序的微命令信號(hào)， 特別是微地址轉(zhuǎn)移的實(shí)現(xiàn)。OFH微指令的功能是根據(jù)程序計(jì)數(shù)器 PC從存儲(chǔ)器取指令，送往指令寄存器IRoOFH 微指令的下一微指令地址是10H不過，10H只是一個(gè)表面的下一微地址，由于該微 指令中P1 = 1，因此實(shí)際的微指令地址的低 4位要根據(jù)IR7- IR4確定，實(shí)際微地址 為 10H + IR7 IR6 IR5 IR4 。1 .置DP = 1, D

49、B =0,使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于單拍狀態(tài)。選擇 SWC = 0 SWB = 0 SWA = 0按CLR#按鈕，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，微地址是 OOHo按一次QD按鈕，微地址 變?yōu)?8H,微代碼為00H 08H 20H OFH。按一次QD按鈕，微地址變?yōu)镺FH,微代 碼為 00H 80H08H90I4 令 K4(IR7) = 0, K3 (IR6) =0, K2(IR5) = 0, K1 (IR4) =0,相當(dāng)于ADD旨令的操作碼。按一次QD按鈕，微地址變?yōu)?0H,微代碼是00H 03H 00H 18H 按一次QD按鈕，微地址變?yōu)?8H,微代碼是90H 24H 10H OFH按 一次QD按鈕，微地址回到0FH實(shí)驗(yàn)名稱成績(jī)實(shí)驗(yàn)日期第次試驗(yàn)指導(dǎo)老師專業(yè)班號(hào)組別學(xué)生姓名同組學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容：2. 置DP = 1 , DB =0,使實(shí)驗(yàn)系