計算機(jī)組成原理試驗指導(dǎo)書講解

1、計算機(jī)組成原理”實驗指導(dǎo)書楊偉豐 編寫2014 年 12 月實驗一 算術(shù)邏輯運算實驗一、實驗?zāi)康?、掌握簡單運算器的組成以及數(shù)據(jù)傳送通路。2、驗證運算功能發(fā)生器（ 74LS181）的組合功能。二、實驗內(nèi)容運用算術(shù)邏輯運算器進(jìn)行算術(shù)運算和邏輯運算。三、實驗儀器1、 ZY15Comp12BB 計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱一臺2、排線 若干四、實驗原理實驗中所用的運算器數(shù)據(jù)通路如圖 1-1 所示。其中運算器由兩片 74LS181以并 /串形式構(gòu) 成 8 位字長的 ALU。運算器的兩個數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個鎖存器（74LS273）鎖存，鎖存器的輸入連至數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)輸入開關(guān)（INPUT）用來給出參與運算的數(shù)

2、據(jù)，并經(jīng)過一三態(tài)門（ 74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。運算器的輸出經(jīng)過一個三態(tài)門（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)據(jù)顯示燈已和數(shù)據(jù)總線（ “DATA BUS”）相連，用來顯示數(shù)據(jù)總線內(nèi)容。圖 1-l運算器數(shù)據(jù)通路圖圖 1-2 中已將實驗需要連接的控制信號用箭頭標(biāo)明（其他實驗相同，不再說明） 。其中除 T4 為脈沖信號，其它均為電平控制信號。實驗電路中的控制時序信號均已內(nèi)部連至相應(yīng)時序 信號引出端，進(jìn)行實驗時，還需將 S3、S2、S1、S0、Cn、 M、LDDR1、 LDDR2、ALU_G、SW_G各 電平控制信號與“ SWITCH”單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)進(jìn)行跳線連接, 其中 ALU_G、SW

3、_G為低電平有效， LDDR1、 LDDR2為高電平有效。按動微動開關(guān)PULSE，即可獲得實驗所需的單脈沖。五、實驗步驟l 、按圖 1-2 連接實驗線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。 （圖中箭頭表示需要接線的地 方，接總線和控制信號時要注意高低位一一對應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）SIGNAL T4 +PS圖 1-2 算術(shù)邏輯運算實驗接線圖2、用 INPUT UNIT的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向寄存器DR1和 DR2置數(shù)，數(shù)據(jù)開關(guān)的內(nèi)容可以用與開關(guān)對應(yīng)的指示燈來觀察，燈亮表示開關(guān)量為“1”，燈滅表示開關(guān)量為“ 0”。以向 DR1 中置入 11000001（ C1H）和向 DR2中置入 01000011（

4、43H）為例，具體操作步驟如下：首先使各個控制電平的初始狀態(tài)為： CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=，1 S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并將 CONTROL UNIT的開關(guān) SP05打在“ NOR”M 狀態(tài)，然后按下圖所示步 驟進(jìn)行。LDDR1=1LDDR1=0SW_G=0LDDR2=0LDDR2=1T4=T4=其中 T4 的正脈沖是通過按上面方括號中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行， 動一次 CONTROL UNIT 的觸動開關(guān) PULSE 來產(chǎn)生的。置數(shù)完成以后，檢驗 DR1和 DR2中存的數(shù)是否正確，具體操作為：關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三

5、態(tài)門 （ SW_G=）1，打開 ALU輸出三態(tài)門（ ALU_G=0），使 ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總線。當(dāng)設(shè)置S3、S2、 S1、S0、 M、 CN的狀態(tài)為 111111時， DATAB US單元的指示燈顯示 DR1中的數(shù)；而設(shè)置成 101011 時， DATAB US單元的指示燈顯示 DR2中的數(shù)，然后將指示燈的顯示值與輸入的數(shù)據(jù)進(jìn) 行對比。3、驗證 74LS181 的算術(shù)運算和邏輯運算功能（采用正邏輯）74LS181的功能見表 1-1 ，可以通過改變 S3 S2 S1 S0 M CN 的組合來實現(xiàn)不同的功能， 表中“ A”和“ B”分別表示參與運算的兩個數(shù)， “+”表示邏輯或， “加”表示

6、算術(shù)求和。表 1-1 74LS181 功能表S3S2S1S0M=0（算術(shù)運算）M=1 （邏輯運算）CN=1無進(jìn)位CN=0有進(jìn)位0000F=AF=A 加 1F=A0001F=A BF=（ A B ）加 1F=A B0010F=A BF=（ A B ）加 1F=AB0011F=0 減 1F=0F=00100F=A加ABF=A加 AB 加 1F=AB0101F=（ A B）加 ABF=（ A B）加 AB 加 1F=B0110F=A減B減1F= A 減 BF=A B0111F=AB 減 1F= ABF= AB1000F=A加 ABF= A 加 AB 加 1F=A B1001F=A加BF= A 加 B

7、 加 1F=A B1010F=（ A B ）加 ABF=（ A B）加 AB加 1F=B1011F=AB減1F= ABF=AB1100F=A加AF= A 加 A 加 1F=11101F=（ A B ）加 AF=（ A B）加 A加 1F=A B1110F=（ A B ）加 AF=（ A B）加 A加 1F=A B1111F=A減1F=AF=A通過前面的操作， 我們已經(jīng)向寄存器 DR1 寫入 C1H，DR2 寫入 43H，即 A=C1H ，B=43H 。 然后改變運算器的控制電平 S3 S2 S1 S0 M CN 的組合，觀察運算器的輸出，填入表 1-2 中， 并和理論值進(jìn)行比較、驗證 74LS

8、181 的功能。表 l-2 運算器功能實驗表DR1DR2S3S2S1S0M=0（算術(shù)運算）M=1 （邏輯運算）CN=1無進(jìn)位CN=0有進(jìn)位C1430000F=F=F=C1430001F=F=F=C1430010F=F=F=C1430011F=F=F=C1430100F=F=F=C1430101F=F=F=C1430110F=F=F=C1430111F=F=F=C1431000F=F=F=C1431001F=F=F=4C1431010F=F=F=C1431011F=F=F=C1431100F=F=F=C1431101F=F=F=C1431110F=F=F=C1431111F=F=F=六、實驗報告

9、1、在顯示結(jié)果后將指示燈顯示的值與輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；2、完成表 12，比較理論分析值與實驗結(jié)果值 , 并對結(jié)果進(jìn)行分析。七、實驗思考題1、運算器的功能是什么？ 核心部分是什么？實驗二 進(jìn)位控制實驗、實驗?zāi)康尿炞C帶進(jìn)位控制的算術(shù)運算功能發(fā)生器的功能。、實驗內(nèi)容按給定的數(shù)據(jù)完成幾種指定的算術(shù)運算。三、實驗儀器1、 ZY15Comp12BB 計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱 一臺2、排線 若干四、實驗原理 進(jìn)位控制運算器的實驗原理如圖 1-3 所示，在實驗 1.1 的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，其 中 74LS181 的進(jìn)位進(jìn)入一個鎖存器，其寫入是由 T4 和 AR信號控制， T4 是脈沖信號，實驗時將 T4

10、 連至“ SIGNAL UNIT”的 TS4 上。 AR 是電平控制信號（低電平有效） ，可用于實現(xiàn)帶進(jìn) 位控制實驗，而 T4 脈沖是將本次運算的進(jìn)位結(jié)果鎖存到進(jìn)位鎖存器中。T1圖 l-3 進(jìn)位控制實驗原理圖實驗步驟圖中箭頭表示需要接線的地1、按圖 1-4 連接實驗線路，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。方，接總線和控制信號時要注意高低位一一對應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）圖 1-4 進(jìn)位控制實驗接線圖2、進(jìn)位標(biāo)志清零。具體操作方法如下：實驗板中“ SWITCH”單元中的 CLR開關(guān)為標(biāo)志位 CY、ZI 的清零開關(guān)，它為 0 時（開關(guān)向 上為 1，向下為 0）是清零狀態(tài)，所以將此開關(guān)做l 01 操作

11、，即可使標(biāo)志位 CY、 ZI 清零（清零后 CY、 ZI 指示燈亮）。3、用 INPUT UNIT 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)向 DR1存入 11000001，向 DR2存入 01000011。具體 操作步驟如下：首先使各個控制電平的初始狀態(tài)為： CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=，1S3 S2 S1 S0 M CN=111111 ，并將 CONTROL UNIT的開關(guān) SP05 打在“ NORM”狀態(tài)， SP06 打在RUN”狀態(tài)， SP03打在“ STEP”狀態(tài)， SP04打在“ RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。LDDR1=0SW_G=0LDDR1

12、=1LDDR2=0T4=LDDR2=1T4=上面方括號中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中 T4 的正脈沖是通過按 動一次 CONTROL UNIT的觸動開關(guān) START來產(chǎn)生的。4、驗證帶進(jìn)位運算及進(jìn)位鎖存功能。進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運算：前面的操作已經(jīng)向DR1、DR2 置數(shù)，然后關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門（ SW_G=）1 并使 LDDR2=0，打開 ALU輸出三態(tài)門（ ALU_G=0），使 ALU單元的輸出結(jié)果進(jìn)入總 線，當(dāng) S3 S2 S1 S0 M CN 的狀態(tài)為 100101 時， DATA BUS指示燈顯示的數(shù)據(jù)為 DR1加 DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志得到的結(jié)果。這個結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位，則要

13、使AR=0，然后按動觸動開關(guān) START，若進(jìn)位標(biāo)志燈 CY仍然亮，表示無進(jìn)位；若進(jìn)位標(biāo)志燈CY滅，表示有進(jìn)位。在本例中 DR1為 11000001 ，DR2為 01000011，結(jié)果為 00000100 ；當(dāng) AR=0時，按動開關(guān) START，CY滅，表示有進(jìn)位。六、實驗報告記錄實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)收獲。七、實驗思考題1、74LS181 能提高運算速度的原因是什么？2、在定點二進(jìn)制運算器中，減法運算一般通過什么方式實現(xiàn)？實驗三 移位運算實驗、實驗?zāi)康尿炞C移位控制的功能。、實驗內(nèi)容使用一片 74LS299 來實現(xiàn)移位控制。三、實驗儀器1、 ZY15Comp12BB 計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱 一臺2、

14、排線 若干四、實驗原理 移位運算實驗中使用了一片 74LS299作為移位發(fā)生器， 其八位輸入 / 輸出端以排針方式和 總線單元連接。 299_G信號控制其使能端， T4時序為其時鐘脈沖，由 S1 S0 M 控制信號控制 其功能狀態(tài)，列表如下：表 1-3 74LS299 功能表299 GS1S0M功能000任意保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任意裝數(shù)五、實驗步驟1、按圖 1-5 連接實驗線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。 （圖中箭頭表示需要接線的地方， 接總線和控制信號時要注意高低位一一對應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分） 。SIGNAL T4

15、TS4299_GSWITCH接到D0. JD2S3S2S1D7S0MCNALUDATA BUS299_GS3S2S1S0MCNINPUTSW_GSW_G圖 1-5移位運算實驗接線圖2、按照如下步驟用 INPUT UNIT 的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)把數(shù)據(jù)寫入 74LS299： 首先使各個控制電平的初始狀態(tài)為：299_G=1，SW_G=，1 S1 S0 M =111 ，CLR= l 01，并將控制臺單元的開關(guān) SP05打在“ NOR”M狀態(tài)， SP06打在“ RUN”狀態(tài) ,SP03 打在“ STEP” 狀態(tài)， SP04 打在“ RUN”狀態(tài)。然后按下圖所示步驟進(jìn)行。S0=1SW_G=0 S1=1 SW_

16、G=1T4=上面方括號中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行， 其中 T4 的正脈沖是通過按 動一次 CONTROL UNIT的觸動開關(guān) START來產(chǎn)生的。3、參照前面的表格 1-3 ，改變 S0 S1 M 299_G 的狀態(tài)，按動觸動開關(guān) START，觀察移位 結(jié)果。六、實驗報告對照表 1 3，列表記錄移位結(jié)果。七、實驗思考題1、本實驗用到的移位發(fā)生器是什么？其功能表是什么？10實驗四 存儲器實驗、實驗?zāi)康?、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲器2、掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲器RAM工作特性； RAM的數(shù)據(jù)讀寫方法。、實驗內(nèi)容運用靜態(tài)隨機(jī)存儲器RAM進(jìn)行單步讀、寫和連續(xù)寫數(shù)據(jù)。三、實驗儀器1、ZY15Comp12

17、BB計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱一臺2、排線 若干四、實驗原理實驗所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲器電路原理如圖 1-6 所示，實驗中的靜態(tài)存儲器由一片 6116（ 2Kx8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈 LI01 LI08 與地址總線相連，顯示地址內(nèi)容。 INPUT 單元的數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一三態(tài)門（ 74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時給出地址和數(shù)據(jù)。D7D0A86116A9MEMORYA10/OEA7A0/WE CSCEW/RDELSERDD圖 1-6 存儲器實驗原理圖17D0D7地址總線為 8 位，接入 6116 的地址 A7 A0，將 6116 的高三位 A8 A

18、10接地，所以其實 際容量為 256字節(jié)。 6116 有三個控制線： CE（片選線）、OE（讀線）、/WE（寫線）。本實驗中 將 OE常接地，在此情況，當(dāng) CE=0、 WE=0時進(jìn)行寫操作， CE=0、WE=1時進(jìn)行讀操作，其寫時 間與 T3 脈沖寬度一致。11實驗時， 將 T3 脈沖接至實驗板上時序電路模塊的TS3相應(yīng)插針中， 其它電平控制信號由SWITCH”單元的二進(jìn)制開關(guān)給出，其中 SW_G為低電平有效， LDAR為高電平有效。五、實驗步驟1、形成時鐘脈沖信號 T3，具體接線方法和操作步驟如下：（1） 將 SIGNAL UNIT中的 CLOCK和 CK，TS3和 T3用排線相連。（2）

19、將 SIGNAL UNIT 中的兩個二進(jìn)制開關(guān) “ SP03”設(shè)置為“ RUN”狀態(tài)、“SP04”設(shè)置 為“ RUN”狀態(tài)（當(dāng)“ SP03”開關(guān)設(shè)置為“ RUN”狀態(tài)、“ SP04”開關(guān)設(shè)置為“ RUN”狀態(tài)時， 每按動一次觸動開關(guān) START，則 T3 的輸出為連續(xù)的方波信號。當(dāng)“ SP03”開關(guān)設(shè)置為“ STEP” 狀態(tài)、“SP04”開關(guān)設(shè)置為“ RUN”狀態(tài)時，每按動一次觸動開關(guān) START，則 T3 輸出一個單脈 沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。 ）2、按圖 1-7 連接實驗線路，仔細(xì)檢查無誤后接通電源。 （圖中箭頭表示需要接線的地方， 接總線和控制信號時要注意高低位一一對應(yīng)，可用彩排線

20、的顏色來進(jìn)行區(qū)分） 。接到DATA BUS接到ADDR BUS圖 1-7 存儲器實驗接線圖11、 22、33、44、55，具3、給存儲器的 00、01、02、03、04 地址單元中分別寫入數(shù)據(jù) 體操作步驟如下： （以向 00號單元寫入 11 為例）首先使各個控制電平的初始狀態(tài)為：SW_G=，1 CE=1， WE=1， LDAR=0， CLR= l01，并將 CONTROL UNIT的開關(guān) SP05 打在“ NORM”狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行操作。圖中方括 號中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中 T3 的正脈沖是通過按動一次 CONTROL UNIT的觸動開關(guān) START來產(chǎn)生的

21、，而 WE的負(fù)脈沖則是通過讓 SWITCH單元的 WE開12關(guān)做 l 01 變化來產(chǎn)生的。SW_G=SW_G=0LDAR=1T3=LDAR=0SW_G=04、依次讀出第 00、 01、02、CE=0WE=03、04 號單元中的內(nèi)容，在DATAB US單元的指示燈上進(jìn)行顯示，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。具體操作步驟如下：以從 00 號單元讀出 11 數(shù)據(jù)為例）CE=1WE=1SW_G=1LDAR=1SW_G=0T3=SW_G=1LDAR=0CE=0其中 AR的值在 ADDR BUS單元的指示燈上顯示， 示燈上顯示。RAM相應(yīng)單元的值在DATA BUS單元的指六、實驗報告1、按實驗

22、內(nèi)容進(jìn)行單步讀、寫、連續(xù)寫。著重寫明各開關(guān)的狀態(tài)，并按先后順序?qū)懨?操作步驟；2、將存儲器的地址和其對應(yīng)的數(shù)據(jù)列表記錄。七、實驗思考題1、靜態(tài)存儲器是靠什么存儲信息？動態(tài)存儲器又是靠什么存儲信息？2、靜態(tài)存儲器和動態(tài)存儲器的優(yōu)缺點？13實驗五 總線控制實驗、實驗?zāi)康?、理解總線的概念及其特性；2、掌握總線傳輸控制特性。、實驗內(nèi)容RAM的值。改變輸入寄存器的地址值， 在輸出單元的數(shù)碼管上會顯示出該地址下的存儲器三、實驗儀器1、ZY15Comp12BB計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱一臺2、排線 若干四、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(jī)系統(tǒng)的骨架。借助總 線連接，計算機(jī)

23、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。總線傳輸實驗框圖如圖 1-8 所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲器、輸入設(shè) 備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序的控制它 們，就可實現(xiàn)總線信息傳輸。數(shù)據(jù)總線輸入單元 地址寄存器 存儲器 寄存器 輸出單元地址總線圖 1-8 總線示意圖五、實驗步驟1、根據(jù)掛在總線上的幾個基本部件，設(shè)計一個簡單的流程： （1）輸入設(shè)備將一個數(shù)寫入地址寄存器。（2）輸入設(shè)備將另一個數(shù)寫入到存儲器的當(dāng)前地址單元中。（ 3）將存儲器當(dāng)前地址單元中的數(shù)用LED數(shù)碼管顯示

24、。2、按照圖 1-9 實驗接線圖進(jìn)行連線，仔細(xì)檢查無誤后，接通電源。 （圖中箭頭表示需要 接線的地方，接總線和控制信號時要注意高低位一一對應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分）14接到DATA BUS接到DATA BUS接到ADDR BUS總線控制實驗接線圖圖 1 93、具體操作步驟圖示如下：首先使各個控制電平的初始狀態(tài)為： SW_G=，1 CE=1，WE=1， LDAR=0，299_G（LED_G）=1， PC_G（WE）=1，CLR= l01，并將 CONTROL UNIT的開關(guān) SP05打在“ NOR”M狀態(tài)，然后按下圖所示步驟進(jìn)行。圖中方括號中的控制電平變化要按照從上到下的順序來進(jìn)行，其中

25、LDAR 的正脈沖是通過讓 SWITCH單元的 LDAR開關(guān)做 010 變化來產(chǎn)生的，而 WE和 PC_G（ WE） 的負(fù)脈沖則是通過讓 SWITCH單元的 WE和 PC_G開關(guān)做 1 0 1 變化來產(chǎn)生的。SW_G=0SW_G=1SW_G=0CE=0WE=CE=1SW_G=1CE=0299_G(LED_G)=0PC_G(WE)=完成上述操作后，在OUTPUT UNIT的數(shù)碼管上觀察結(jié)果。15六、實驗報告改變寄存器的地址值，列表記錄存儲器的RAM值。七、實驗思考題1、什么叫總線？總線控制的方式有哪些？2、畫出單總線結(jié)構(gòu)示意圖。16實驗六 時序?qū)嶒?、實驗?zāi)康?、掌握時序產(chǎn)生器的組成原理和設(shè)計思想

26、，提高對基本邏輯部件的分析和設(shè)計能力；2、觀察、分析和測量實驗箱的控制時序，提高實際動手能力；3、增加對系統(tǒng)時序的理解，進(jìn)一步深化理解計算機(jī)的工作原理。、實驗內(nèi)容通過聯(lián)機(jī)軟件的示波器觀察控制時序。三、預(yù)備知識1、復(fù)習(xí)有關(guān)時序電路的內(nèi)容；2、弄清實驗電路中各部分之間的關(guān)系以及信號之間的邏輯關(guān)系；3、掌握聯(lián)機(jī)軟件的使用方法，參見附錄2。四、實驗儀器1、 ZY15Comp12BB計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗箱一臺2、排線 若干3、8 芯鱷魚夾線 一根4、PC機(jī) 一臺五、實驗原理 實驗所用的時序電路原理如圖 1-10 所示，可產(chǎn)生 4 個相位等間隔的時序信號 TS1 TS4， 其中 CK為時鐘信號，由實驗臺

27、右上方的方波信號源提供，可產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波信號。實驗 者可自行選擇方波信號的頻率（通過調(diào)節(jié)電位器RW1）。為了便于控制程序的運行，時序電路發(fā)生器設(shè)置了一個啟?？刂朴|發(fā)器，使 TS1一 TS4 信號輸出可控。圖中 STEP（單步）、 STOP （停機(jī)）分別是來自實驗板 SIGNAL UNIT二進(jìn)制開關(guān) SP03、SP04的狀態(tài)。 START信號來自實 驗板 CONTROUL NIT的一個微動開關(guān) START的按鍵信號。當(dāng) SP03、SP04 開關(guān)狀態(tài)都為 RUN時， 一旦按下啟動鍵，運行觸發(fā)器一直處于“1”狀態(tài)，即原理圖中 P17 一直為“ 1”，因此時序信號 TS1TS4 將周而復(fù)始地發(fā)送出

28、去。當(dāng) SP03為 1（STEP）時，一旦接下啟動鍵，機(jī)器便處 于單步運行狀態(tài)。此時只發(fā)送一個微指令周期的時序信號就停機(jī)。17Q2NQNQNRPNRLC4D7NRP74KLCNRLCKLCCC741751D 2D 3D 4DP17STOPSTEP1CKCLR圖 1-10 時序電路原理圖六、實驗步驟1、首先按照圖 1-11 進(jìn)行接線，用 8 芯鱷魚夾線將輸出信號引入示波器的輸入通道。將 SP03和 SP04開關(guān)的狀態(tài)均設(shè)為“ RUN”狀態(tài)，按動 START觸動開關(guān)，時序信號 TS1 TS4 將 周而復(fù)始地發(fā)送出去。2、聯(lián)機(jī)并用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能來觀察輸出波形，這時用聯(lián)機(jī)軟件的示波器功能就可以觀

29、察到時序信號，將該信號與圖112 所示波形對比（軟件的具體使用方法見附錄2 中的軟件操作說明） 。通過調(diào)節(jié) RW1可以使輸出波形的頻率在 100Hz 到 300Hz 之間變化。（注意： 開關(guān)單元的撥位開關(guān) CLK置為高電平，若采樣有失真時請把采樣頻率調(diào)高一些。）SIGNALCK CLOCK TS1 TS2 TS3 TS4CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 CH8MCS_51圖 1-11 時序?qū)嶒灲泳€圖18圖 1-12 時序波形參考圖七、實驗報告1、繪出實驗中觀察到的波形圖；2、給出 CK的頻率，說明： CK與 TS1、 TS2、 TS3、 TS4之間的關(guān)系。八、實驗思考題1

30、、在示波器上如何確定工作脈沖的先后關(guān)系？19實驗七 微程序控制器的組成與微程序設(shè)計實驗一、實驗?zāi)康?、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；3、為整機(jī)實驗打好基礎(chǔ)。二、實驗內(nèi)容編制微程序并觀察其運行過程。三、實驗儀器1、 ZY15Comp12BB計算機(jī)組成原理教學(xué)實驗系統(tǒng)一臺2、排線 若干四、實驗原理實驗所用的時序電路原理可以參考時序?qū)嶒灐Ｓ捎跁r序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好（時序 電路的 CLR已接到實驗板中下方的 CLR清零開關(guān)上） ，所以只需將時序電路與方波信號源連接 即可。1、微程序控制電路微程序控制器的組成見圖 1-13 。其中控制存儲器采用 3 片 2

31、816 E 2PR0M，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）和一片 4D（ 74LS175）觸發(fā)器組成。 微地址寄存器 6位，用三片上升沿觸發(fā)的雙 D觸發(fā)器（ 74LS74）組成，它們帶有清“ 0”端和 置“ 1”端。在不進(jìn)行判別測試的情況下，T2 時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 時刻進(jìn)行判別測試時， 轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強置端將某一觸 發(fā)器設(shè)置為“ 1”狀態(tài)，完成地址修改。在該實驗電路中，在 CONTROL UNIT有一個編程開關(guān) SP06，它具有三種狀態(tài)： WRITE（編 程）、 READ（校驗）、

32、RUN（運行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時，實驗者可根據(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器 2816 中。當(dāng)處于“校驗狀態(tài)”時，可以對寫入控制 存儲器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于“運行 狀態(tài)”時，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74LS245，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動微地址顯示燈。2、微指令格式微指令字長 24 位，其控制位順序如下：表 1-4 微指令結(jié)構(gòu)圖微 程序242322212019181716151413121110987654321控

33、制信號S3S2S1S0MCNRDM17M16ABPuA5uA4uA3uA2uA1uA0A 字段B字段P 字段151413控制信號121110控制信號987控制信號0000000002001LDRI001RS G001P1010LDDR1010RD G010P2011LDDR2011RI G011P3100LDIR100299 G100P4101LOAD101ALU G101AR110LDAR110PC G110LDPCM17M16控制信號00Y001Y110Y211Y3五、實驗步驟1、圖 1-15 為幾條機(jī)器指令對應(yīng)的參考微程序流程圖，將全部微程序按微指令格式變成 二進(jìn)制代碼，可得到表 1-5

34、 的二進(jìn)制代碼表。表 1-5 微程序時序控制實驗二進(jìn)制代碼表微地 址S3 S2 S1 S0 M CNRDM17M16ABPuA5 uA4 uA3 uA2 uA1uA00 00 0 0 0 0 00110 0 00 0 01 0 00 1 0 0 0 00 10 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 00 20 0 0 0 0 00011 0 00 0 00 0 10 0 1 0 0 00 30 0 0 0 0 00011 1 00 0 00 0 00 0 0 1 0 00 40 0 0 0 0 00010 1 10 0 00 0 00 0 0 1 0 10

35、50 0 0 0 0 00110 1 00 0 10 0 00 0 0 1 1 00 61 0 0 1 0 10110 0 11 0 10 0 00 0 0 0 0 10 70 0 0 0 0 00011 1 00 0 00 0 00 0 1 1 0 11 00 0 0 0 0 00000 0 10 0 00 0 00 0 0 0 0 11 10 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 0 0 0 1 11 20 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 0 0 1 1 11 30 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 0 1 1 1 01

36、 40 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 1 0 1 1 01 50 0 0 0 0 01010 0 00 0 10 0 00 0 0 0 0 11 60 0 0 0 0 00011 1 00 0 00 0 00 0 1 1 1 11 70 0 0 0 0 00010 1 00 0 00 0 00 1 0 1 0 12 00 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 1 0 0 1 02 10 0 0 0 0 00111 1 01 1 01 1 00 1 0 1 0 02 20 0 0 0 0 00010 1 00 0 00 0 00 1 0 1 1 1

37、2 30 0 0 0 0 00110 0 00 0 00 0 00 0 0 0 0 1212 40 0 0 0 0 00000 1 00 0 00 0 00 1 1 0 0 02 50 0 0 0 0 11100 0 01 0 10 0 00 0 0 0 0 12 60 0 0 0 0 00011 0 10 0 01 1 00 0 0 0 0 12 70 0 0 0 0 11100 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 03 00 0 0 0 0 11010 0 01 0 10 0 00 1 0 0 0 1其中 uA5 一 uA0 為 6 位的后續(xù)微地址， A、B、P 為三個譯碼字段，

38、分別由三個控制位譯 碼出多位。 P字段中的 Pl一 P4是四個測試字位。 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，從而實現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運行。 AR為算術(shù) 運算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字段中的 RS_G、RD_G、 RI_G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(jù)機(jī)器指令來進(jìn) 行三個工作寄存器 R0、 R1及 R2的選通譯碼。22MS5 MS0圖 1-13 微控制器實驗原理圖232、按圖 1-14 連接實驗線路， 仔細(xì)檢查無誤后接通電源。 （圖中箭頭表示需要接線的地方， 接控制信號時要注意各信號

39、一一對應(yīng)，可用彩排線的顏色來進(jìn)行區(qū)分） 。圖 1-14 微控制器時序控制實驗接線圖3、觀察微程序控制器的工作原理：（ 1 ）編程A、將 CONTROL UNIT的編程開關(guān) SP06 設(shè)置為 WRITE（編程）狀態(tài)。B、將實驗板上“ SIGNALU NIT”中的“ SP03”設(shè)置為“ STEP”，“ SP04”設(shè)置為“ RUN”狀 態(tài)。 SWITCH UNIT的開關(guān) CLR置為高電平。C、用 SWITCH UNIT的二進(jìn)制模擬開關(guān)設(shè)置微地址 UA5 UA0。D、在 MICRO CONTRO單L元的開關(guān) SM24 SM01上設(shè)置微代碼， 24 位開關(guān)對應(yīng) 24 位顯示 燈，開關(guān)量為“ 1”時燈亮，開關(guān)量為“