计算机组成原理实验.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,计算机组成原理实验,计算机组成原理 实验,实验教材：计算机组成原理实验指导书,10/24/2026,1,实验1 运算器实验,实验3 数据通路实验,实验2 存储器实验,实验目录,实验4 微程序控制实验,实验5 基本模型机的设计与实现,10/24/2026,2,实验一 运算器实验,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,3,1.1 实验目的和要求,熟悉实验装置,学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，掌握运算器实验的数据传送通路的结构及不同实验状态下的各运算数据的流程。,验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能,按指定的数据完成几种指定的算术和逻辑运算,10/24/2026,4,1.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,10/24/2026,5,1.3 实验内容,1）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理,算术逻辑运算单元电路的主要控制信号,算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有T4、S0、S1、S2、S3、Cn、M、LDDR1、LDDR2、SW-B、ALU-B。在实际应用中，只需将“W/R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，其中Cn、SW-B、ALU-B为低电平有效，它们是分别控制运算器进位、数据开关至数据总线的三态门以及运算器输出至数据总线三态门的控制信号。,10/24/2026,8,1.3 实验内容,1）熟悉算术逻辑运算单元电路实验原理,算术逻辑运算单元电路的主要控制信号,LDDR1、LDDR2为高电平有效，它们分别是运算器的“A寄存器”和“B寄存器”数据锁存控制信号，有效时当有T4脉冲来临便接收数据，无效时便锁存数据。S0、S1、S2、S3以及M和Cn是运算器的运算功能控制信号，其状态与功能见74LS181功能表。,10/24/2026,9,SN74181型ALU逻辑图及在正逻辑下功能表,功能表中“加”表示算术加，“+”表示逻辑加,S,3,S,2,S,1,S,0,正 逻 辑,M=H,逻辑运算,M=L 算术运算,C,n,=1,C,n,=0,L,L,L,L,/A,A,A+1,L,L,L,H,A+B,A+B,(A+B)加1,L,L,H,L,AB,A+B,(A+B)加1,L,L,H,H,“0”,减1,“0”,L,H,L,L,AB,A加(AB),A加(AB)加1,L,H,L,H,B,(AB),加,(A+B),(AB),加,(A+B),加,1,L,H,H,L,A,B,A减B减1,A减B,L,H,H,H,AB,(AB)减1,A,10/24/2026,10,S,3,S,2,S,1,S,0,正 逻 辑,M=H,逻辑运算,M=L 算术运算,C,n,=1,C,n,=0,H,L,L,L,A+B,A加(AB),A加(AB)加1,H,L,L,H,A,B,A加B,A加B加1,H,L,H,L,B,(AB),加,(A+B),(AB),加,(A+B),加,1,H,L,H,H,AB,(AB),减,1,AB,H,H,L,L,“,1”,A,加,A,A,加,A,加,1,H,H,L,H,A+B,A,加,(A+B),A,加,(A+B),加,1,H,H,H,L,A+B,A,加,(A+B),A,加,(A+B),加,1,H,H,H,H,A,A减1,A,10/24/2026,11,1.3 实验内容,2）运算器实验原理图,10/24/2026,12,1.4 实验步骤,0）,打开实验装置，熟悉实验装置各部分结构和功能;练习正确的插拔线方法。,10/24/2026,13,1.4 实验步骤,1）,按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的单元电路及控制信号与实验装置上各单元电路和相关信号控制开关等实物相对照，熟悉应用和操作对象。本次实验用到的所有数据开关和控制开关如果不在初始状态，则要先将其打到初始状态（即断开状态），在本装置中，开关断开，其输出均为高电平状态（开关指示灯灭）,10/24/2026,14,1.4 实验步骤,2）,按图2-2连接线路，连接完毕后要进行仔细检查，确保无误后方可通电实验,10/24/2026,15,1.4 实验步骤,3）,用二进制数据开关向DR1(寄存器A)和DR2(寄存器B)置运算数据，步骤如下：,再次查看开关单元ALU-B开关是否处于初始状态,不在初始状态则打到初始状态（ALU-B=1），关闭ALU输出的三态门。,接通WS-B开关，打开数据输入单元的三态门。,分别向寄存器A和寄存器B置数，操作流程如图,关闭数据输入三态门，即断开SW-B开关（SW-B=1）,10/24/2026,16,1.4 实验步骤,3）,用二进制数据开关向DR1(寄存器A)和DR2(寄存器B)置运算数据,拨动输入单元的数据开关生成八位二进制数据X,向寄存器A置数据：LDDR1=1 LDDR2=0,T4=,拨动输入单元的数据开关生成八位二进制数据Y,向寄存器B置数据：,LDDR1=0,LDDR2=1,T4=,10/24/2026,17,1.4 实验步骤,4）,验证寄存器A(DR1)和寄存器B(DR2)中数据的正确性，步骤如下：,关闭数据输入三态门(SW-B=1)，打开ALU输出三态门(ALU-B=0)。,当S3S0、初始状态时，控制开关均在断开状态，ALU输出寄存器A的数据，对照总线指示灯数据。只接通S2和S0控制开关(S2=0,S0=0)，其余开关状态不变，ALU输出寄存器B的数据，对照总线指示灯数据。,如果两个寄存器显示数据与置入数据一致，表明实验装置所用到单元电路、实验接线和操作都正确。否则必有实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出错原因。后续实验必须在上述结果正确无误的基础方可进行。,10/24/2026,18,1.4 实验步骤,5）,验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能(正逻辑)，在给定寄存器A(DR1=X)和寄存器B(DR2=Y)数据的情况下，改变运算器的功能，观察运算器的输出，把相关功能下的输出结果填入表2-2，并做出理论分析和比较，验证实验的正确性。,10/24/2026,19,表2-2 运算器实验数据记录表,10/24/2026,20,1.5 实验注意事项,1）,全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；,2）,每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；,3）,根据实验内容写出实验报告；,10/24/2026,21,实验一 运算器实验,实验二 进位运算和移位运算实验,实验四 数据通路实验,实验三 存储器实验,实验目录,10/24/2026,22,实验二 进位运算和移位运算实验,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,23,2.1 实验目的和要求,验证待进位控制的算术运算功能发生器的进位功能,验证移位控制的组合功能,10/24/2026,24,2.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,10/24/2026,25,2.3 实验内容,1）进位计算实验原理,进位控制单元电路是在算术逻辑运算单元基础上增加进位控制部分形成的单元电路，其作用是验证运算器在进行运算的过程中是否产生进位，并将结果用指示灯显示出来,进位控制单元电路结构原理如图3-1，进位控制单元电路以算术逻辑运算单元电路为基础，具有算术逻辑运算单元所有控制信号，为控制进位锁存器，增加了AR控制信号，当该信号处于低电平，同时发送T4信号，ALU进位被锁存在锁存器中,进位控制单元电路的数据通路,10/24/2026,26,图3-1,进位控制单元电路结构原理图,10/24/2026,27,2.3 实验内容,2）移位运算实验原理,移位运算单元电路是运算器单元电路中负责完成二进制数的逻辑左移、逻辑右移、算术左移、算术右移的器件及其移动控制操作电路来实现的,移位运算结构如图3-3，使用一片74LS299作为移位发生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元电路连接。299-B信号控制使能端，T4时序为时钟脉冲，实验时将读写单元的T4接至状态单元的KK2脉冲发生器，由S0 S1 M信号控制功能状态，其列表3-1,通过控制信号，改变单元功能。每使用一次T4信号，产生一次移位运算,10/24/2026,28,表3-1 移位控制功能表,10/24/2026,29,图3-3,移位运算结构图,10/24/2026,30,2.4 实验步骤,1）进位计算实验步骤1,按图3-2连接试验线路，连接完毕仔细检查无误后通电,10/24/2026,31,2.4 实验步骤,1）进位计算实验步骤2,从输入单元电路向寄存器A和寄存器B置数，步骤为：关闭ALU输出三态门,开启输入三态门，要向DR1寄存器中输入01010101，先将数据开关置01010101，将LDDR1置1，LDDR2置0，按KK2发送T4脉冲，数据01010101便送入寄存器A中。再将数据开关置10101010，将LDDR1置0，LDDR2置1，按KK2发送T4脉冲，数据10101010便送入寄存器B中。,10/24/2026,32,2.4 实验步骤,1）进位计算实验步骤3,进位标志位清零，清零的方法是，将S3 S2 S1 S0 M的状态置为0 0 0 0 0，AR状态置为0（要注意的是清零时DR1寄存器中的数不能等于FF）。然后按动微动开关KK2。,10/24/2026,33,2.4 实验步骤,1）进位计算实验步骤4,验证带进位运算及进位锁存功能，实验使用加法运算来验证。首先向DR1、DR2置数，并将进位标志位清零。然后使ALU-B=0，S3 S2 S1 S0 M状态为 1 0 0 1 0，此时将数据显示灯上显示的数据位DR1、DR2加当前进位标志位，这个结果是否产生进位，则要按动微动开关KK2，若进位标志灯亮，表示无进位；反之，则表示有进位。,10/24/2026,34,2.4 实验步骤,2）移位运算实验步骤1,按图3-4连接线路，将“W/R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的KK2。ALU UNIT的AUJ1连接至BUS UNIT再接到INPUT UNIT的SWJ3，299-B S1 S0 M接到SWITCH UNIT相应接口。连接完毕检查无误后接通电源,。,10/24/2026,35,2.4 实验步骤,2）移位运算实验步骤2,置数：将数据输入单元的数据开关置成01101011状态，然后将SW-B置为0。要置数时将S0置成1，S1置成1，此时74LS299处于装数状态，按动微动开关KK2发送T4信号，数据装入后再将SW-B置为1。,移位操作：参照表3-1改变S0 S1 M 299-B 状态，按动微动开关KK2，就可观察移位结果。在实验过程中，每按动一次KK2键，显示灯显示数据就移动一位。,10/24/2026,36,2.5 实验注意事项,1）,全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；,2）,每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；,3）,根据实验内容写出实验报告；,10/24/2026,37,实验一 运算器实验,实验二 进位运算和移位运算实验,实验四 数据通路实验,实验三 存储器实验,实验目录,10/24/2026,38,实验三 存储器实验,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,39,3.1 实验目的和要求,掌握静态随机存储器（6116）的工作原理及数据的读写方法,10/24/2026,40,3.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,示波器一台,10/24/2026,41,3.3 实验内容,1）存储器实验原理,实验所用的静态存储器原理如图4-1，存储器由一片6116（2K*8）构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器给出。数据开关经三态门连至数据总线，分时给出地址和数据。因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其实际容量为256字节。6116有3个控制线：CE（片选），OE（读控制），WE（写控制）,10/24/2026,42,3.3 实验内容,1）存储器实验原理,当片选信号有效（CE=0）时，OE=0时进行读操作（本电路中，OE接地，只要片选信号CE=0有效，不在写状态就在读状态），CE=0，WE=1时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。实验时将T3脉冲接至时序电路模块的TS3插孔中，其脉宽可调，其他电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高效电平有效,10/24/2026,43,3.3 实验内容,2）实验原理图,10/24/2026,44,3.4 实验步骤,1）,形成时钟脉信号T3,，,操作步骤如下,接通电源，接入示波器方波信号源输出孔H24，调节电位器W1，使H24端输出实验期望频率方波。,将时序电路模块的和H23排针相连。,将时序电路模块“STOP”开关置为“RUN”状态，“STEP”开关置为“EXEC”状态，按动微动开关START，T3输出连续方波信号，调节电位器W，用示波器观察，使T3输出实验要求脉冲信号。当“STOP”开关置为“RUN”状态，“STEP”开关置为“STEP”状态时，每按动一次微动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。,关闭电源。,10/24/2026,45,3.4 实验步骤,2）,按图4-2连接实验线路，检查无误后接通电源,10/24/2026,46,3.4 实验步骤,3）,存储器的00,01,02,03,04地址单元中分别写入数据11,12,13,14,15,操作步骤如下,10/24/2026,47,3.4 实验步骤,4）将存储器的00,01,02,03,04地址单元数据读出，观察上述各单元内容是否与前面写入一致,操作步骤如下（以从0号单元读出数据为例）,10/24/2026,48,3.5 实验注意事项,1）,全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；,2）,每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；,3）,根据实验内容写出实验报告；,10/24/2026,49,实验一 运算器实验,实验二 进位运算和移位运算实验,实验四 数据通路实验,实验三 存储器实验,实验目录,10/24/2026,50,实验四 数据通路实验,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,51,4.1 实验目的和要求,在JYS-4实验装置上模拟计算机最基本的工作过程，打通“键盘”、“CPU”、“RAM”之间的数据通路。,掌握计算机的数据通路组成及其工作原理,10/24/2026,52,4.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,10/24/2026,53,4.3 实验内容,1）数据通路实验原理,该实验实际是上述实验一与实验三的综合实验。把,JYS-4实验装置上的INPUT DEVICE、SWITCH UNIT、SIGNAL UNIT、STATE UNIT、ALU UNIT、MAIN MEM、ADDRESS UNIT、BUS UNIT、W/R UNIT、OUTPUT DEVICE等单元电路连接起来，构成一个最基本的计算机系统，以模拟计算机的实际工作过程。电路构成也是运算器实验和存储器实验电路的综合，如图5-1,10/24/2026,54,图5-1,数据通路,实验原理图,10/24/2026,55,4.3 实验内容,1）数据通路实验原理,在本装置开关单元里，LDDR1与CE、LDDR2与WE分别共用一个控制开关，在前面实验中，这两个开关不矛盾。但本实验里，这四个控制信号都用到，因而产生矛盾，为解决这个问题，规定在本实验接线时，保持图2-2接线不变，将图4-2中存储器单元的片选信号(CE)输入端连接至开关单元里的AR控制端，同时将写存储器控制信号(WE)输入端连接至开关单元里的SWA输。如有其他信号冲突，可用类似办法解决,10/24/2026,56,4.4 实验步骤,1）,接线前的准备、实验电路的接线程序参见实验一和实验三。,2）,从输入单元电路输入四个八位二进制数据，并存入存储器单元(四个数据及四个存放数据的内存单元地址由各组定义，但要求不能与其它组定义的数据相同),10/24/2026,57,4.4 实验步骤,3）,从内存单元取出两组八位二进制分别送入DR1和DR2，并进行四种不同的算术运算，并把不同算术运算的结果保存在存储器单元里,4）,再从内存单元里取出剩下的两个原始数据分别送入DR1和DR2，并进行四种不同的逻辑运算，并把不同逻辑运算结果存入存储器单元里,5）,分别从存储器单元读出算术运算和逻辑运算的结果，并进行理论分析其正确性,10/24/2026,58,4.5 实验注意事项,1）,全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；,2）,每组实验数据不能完全相同，做好实验数据记录；,3）,根据实验内容写出实验报告；,10/24/2026,59,实验一 运算器实验,实验二 进位运算和移位运算实验,实验四 数据通路实验,实验三 存储器实验,实验目录,实验五 微程序控制实验,实验六 基本模型机的设计与实现,10/24/2026,60,实验五 微控制器实验,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,61,5.1 实验目的和要求,掌握时序产生器的组成原理,掌握微程序控制器的组成原理,掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行,10/24/2026,62,5.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,10/24/2026,63,5.3 实验内容,1 实验原理,（1）微程序控制器工作原理,微程序控制器是根据微地址寄存器指向的微代码地址，把预先存储在微程序控制存储器里面的微代码，在时序电路的控制下，通过指令译码器解释成各单元电路的控制信号，以协调整机工作的单元电路,10/24/2026,64,5.3 实验内容,时序电路,实验所用的时序电路原理如图5-1所示，可产生4个等间隔的时序信号TS1-TS4，为时钟信号，由实验台左上方的方波信号源提供，可产生频率及脉冲宽度可调的方波信号,。,当,STEP,开关为,EXEC,时，按下启动键，时序信号,TS1-TS4,将周而复始地发送出去。当,STEP,为,STEP,时，按下启动键，机器便处于单步运行状态，此时只发送一个,CPU,周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可观察微指令的代码与当前微指令的执行结果,10/24/2026,65,5.3 实验内容,（2）,微程序控制器单元电路,微程序控制电路的组成如图5-2，其中控制存储器采用3片2816的E2PROM，具有断电保护功能，微指令寄存器18位，用两片8D触发器(273)和一片4D(175)触发器组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器(74)组成,。,实验中设有一个编程开关(位于实验板右上方)，它具有三种状态：PROM(编程)、READ(校验)、RUN(运行),。,“编程状态”时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816E2PROM中。“校验状态”时，可对写入控制存储器中的二进制代码进行验证。“运行状态”时，给出微程序的入口微地址，可根据微程序流程图自动执行微程序。,10/24/2026,66,10/24/2026,67,5.3 实验内容,(3)微指令格式,，,微指令长共24位，其控制位顺序表5-1,10/24/2026,68,5.3 实验内容,（4）指令译码电路的原理,uA5-uA0为6位后续的微地址，A,B,C三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。,C字段中的P(1)-P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序中的顺序、分支、循环进行，其原理如图5-3所示，图中I7-I2为指令寄存器的第7-2位输出，SE5-SE1为微程序控制器单元微地址锁存器的强置端输出。,10/24/2026,69,图5-3 C字段译码原理图,10/24/2026,70,5.4 实验步骤,1）,编制微程序，图5-5为几条机器指令对应的参考微程序流程图，将全部微程序按微指令格式变成二进制代码,10/24/2026,71,10/24/2026,72,图5-5 微程序流程图,10/24/2026,73,5.4 实验步骤,2）,根据上述微程序流程图，将其微命令转换成相应的二进制代码如下表5-2。其内容实质即为可运行的微程序,10/24/2026,74,5.4 实验步骤,3）,实验线路连接,10/24/2026,75,10/24/2026,76,5.4 实验步骤,4）,微程序的写入与运行,编程,将编程开关置为PROM(编程)状态。,将实验板“STEP”开关置“STEP”状态，“STOP”开关置“RUN”状态,用二进制模拟开关置微地址MA5-MA0。,在MK24-MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，,开关置为“0”时灯亮，开关置为“1”时灯灭。,启动时序电路(按动自动按钮“START”),即将微代码写入到2816EPROM的相应地址对应的单元中。,重复-步骤，将表6-2的微代码写入2816EPROM,10/24/2026,77,5.4 实验步骤,4）,微程序的写入与运行,校验,将编程开关设置为READ(校验)状态。,将实验板“STEP”开关置“STEP”状态，“STOP”开关置“RUN”状态,用二进制开关置好微地址MA5-MA0。,按动“START”键，启动时序电路，读出微代码，观察显示灯MD24-MD1的状态(灯亮为“0”，灭为“1”),检查读出的微代码是否与写入的相同。若不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行“编程”即可,重复、步骤，直至把需要校验的内容都校验完成为止,10/24/2026,78,5.4 实验步骤,4）,微程序的写入与运行,单步运行,将编程开关置于“RUN(运行)”状态。,实验板的“STEP”及“STOP”开关保持原状。,按动CLR开关使CLR信号101。微地址寄存器MA5-MA0清零，从而明确本机的运行入口微地址为000000(二进制)。,按动“START”键，启动时序电路，读出一条微指令后停机，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条指令。,将“MICRO-CONTROLLER”单元的SE6-SE1接至“SWITCH UNIT”中的UA5-UA0对应二进制开关上，通过强置端SE1-SE6人为设置分支地址。人为设置分支地址时，是将某个或几个二进制开关置为“”,相应的微地址位即被强置为“”,从而改变下一条微指令的地址。,10/24/2026,79,5.4 实验步骤,4）,微程序的写入与运行,连续运行,将编程开关置为“RUN(运行)”状态。,将实验板的单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。,使CLR从101，此时微地址寄存器清“0”,从而给出取指微指令的入口地址为000000(二进制)。,启动时序电路，则可连续读出微指令,10/24/2026,80,5.5 实验注意事项,1）,全部接好线并检查无误方可通电，严禁带电插拔排线；,2）,做实验前必需掌握微程序控制器的工作原理，了解实验的原理和步骤。,3）实验前检查微地址灯和微命令灯是否显示正常。,4）编程模式时应将CLR信号置于1状态。,5）在将微程序写入控存后，需要逐一读出验证，出现一条微指令错误都可能会影响实验结果。,6）如果出现实验结果不符合的情况，可以回去验证微程序是否正确。,7）实验过程中注意State Unit单元的Step和Stop开关的状态,10/24/2026,81,实验一 运算器实验,实验二 进位运算和移位运算实验,实验四 数据通路实验,实验三 存储器实验,实验目录,实验五 微程序控制实验,实验六 基本模型机的设计与实现,10/24/2026,82,实验六 基本模型机的设计与实现,实验目的和要求,实验设备,实验内容,实验步骤,实验注意事项,10/24/2026,83,6.1 实验目的和要求,在掌握JYS-4计算机组成原理教学实验装置各单元电路的构成及其工作原理的基础上，进一步将其组成系统，构造出一台基本模型计算机。,为本模型机定义五条机器指令，写出相应的微程序，并上机调试，以掌握整机的概念。,10/24/2026,84,6.2 实验设备,JYS-4计算机组成原理教学实验装置,排线、导线若干,10/24/2026,85,6.3 实验内容,1 实验原理,（1）基本模型机的设计与组成,基本模型机是利用JYS-4计算机组成原理实验装置中的ALU单元电路、存储器单元电路、微程序控制器等单元电路组织起来的一个具有基本计算机功能的有机系统,以前各单元电路的实验过程中，相关的控制信号都是人为模拟产生的，而基本模型机的工作则是在微程序控制下自动产生各单元电路的控制信号,10/24/2026,86,6.3 实验内容,设计基本模型机机器指令,本设计采用五条机器指令，分别为：IN（输入）、OUT（输出）、ADD（二进制加）、STA（存数）、JMP（无条件转移）来模拟模型机的工作过程。表7-1是对这几条基本指令的具体说明,助记符,机器指令码,说明,IN,0000 0000,输入单元开关状态-R0,ADD addr,0001 0000 ,R0+addr-R0,STA addr,0010 0000 ,R0-addr,OUT addr,0011 0000 ,addr-BUS,JMP addr,0100 0000 ,addr-PC,10/24/2026,87,6.3 实验内容,设计基本模型机的控制台命令,要向存储器写程序和数据，以及从存储器读程序和数据还是执行程序，都需要设置控制台命令。控制台命令的这些功能也需要用微程序设计来实现。,本实验设计三个控制台操作命令及其微程序。而对控制台命令的选择是通过两个开关SWB、SWA两位的状态来决定的说明,SWB,SWA,控制台指令,0,0,读内存(KRD),0,1,写内存(KWE),1,1,启动程序(RP),10/24/2026,88,6.3 实验内容,基本模型机的数据通路框图,基本模型机的数据通路如图6-1,。,在图,6-1,中，绝大部分单元电路在前面的实验里都用到过，这里说明一下指令寄存器,(IR),在本实验中的工作原理,指令寄存器,(IR),用于保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，首先把指令从内存取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码两部分，由二进制数码组成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试,P(1),，通过节拍脉冲,T4,的控制识别所要求的操作。指令译码器根据指令中操作码译码强置微控器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序首地址,10/24/2026,89,10/24/2026,90,6.3 实验内容,（2）,微程序设计,微指令的长度有24位，其控制位的顺序如表5-1。A、B、C三个代码段的格式及其定义分别如表5-2至表5-4。,第19位到第24位用来控制ALU的行为，S3、S2、S1、S0的组合用来决定ALU的运算行式，M用来选择是进行逻辑运算还是算术运算，Cn在算术运算时有效。,第16、17位经过在扩展总线单元电路的译码输出信号以及第18位是用来控制存储器读写以及输入和输出单元电路协调工作的,10/24/2026,91,6.3 实验内容,（2）,微程序设计,C字段的功能是根据机器指令及相应的微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行,B字段中的RS-B、RO-B、RI-B分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号以及变址寄存器选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个寄存器RO、R1、R2选通译码(详见实验六图6-4)。,A字段是DR1,DR2,IR,AR,PC的控制信号，LDRi是产生上述寄存器信号的译码器使能控制位。后面几位是后续微地址，指明了在其后要执行的指令的地址,10/24/2026,92,6.3 实验内容,微指令格式,，,微指令长共24位，其控制位顺序表5-1,10/24/2026,93,10/24/2026,94,图5-5 微程序流程图,10/24/2026,95,二进制微代码表,10/24/2026,96,10/24/2026,97,6.4 实验步骤,4）,微程序的写入与运行,编程,将编程开关置为PROM(编程)状态。,将实验板“STEP”开关置“STEP”状态，“STOP”开关置“RUN”状态,用二进制模拟开关置微地址MA5-MA0。,在MK24-MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，,开关置为“0”时灯亮，开关置为“1”时灯灭。,启动时序电路(按动自动按钮“START”),即将微代码写入到2816EPROM的相应地址对应的单元中。,重复-步骤，将表6-2的微代码写入2816EPROM,10/24/2026,98,6.4 实验步骤,1）,设计本实验的机器指令语言程序，如左表,地址,内容,助记符,说明,0000 0000,0000 0000,IN,“INPUT DEVICE”-R0,0000 0001,0001 0000,ADD0AH,R0+0AH-R0,0000 0010,0000 1010,0000 0011,0010 0000,STA0BH,R0-0BH,0000 0100,0000 1011,0000 0101,0011 0000,OUT0BH,0BH-BUS,0000 0110,0000 1011,0000 0111,0100 0000,JMP00H,00H-PC,0000 1000,0000 0000,0000 1001,0000 1010,0000 0001,自定义,0000 1011,求和结果,10/24/2026,99,6.4 实验步骤,2）,按图6-4接线,10/24/2026,100,6.4 实验步骤,3）,手动写程序,（a）先将机器微指令对应的微代码(表6-7的内容)正确地写入微程序存储器2816E2PROM中，因在实验六中已经把上述微代码写入了2816E2PROM，所以本次实验只要检验、修改正确后就可使用(如果需要输入或改写微程序代码，则先要按图6-6接线，完成微代码数入后，再恢复到本次实验接线图6-4的接线),10/24/2026,101,6.4 实验步骤,3）,手动写程序,(b)使用控制台KWE和KRD微程序来进行机器指令程序的装入和检查,微程序控制器单元里的编程开关处于“,RUN”,位置，时序单元电路里的“,RUN/STOP”,开关和“,EXEC/STEP”,开关处于“,RUN”,和“,STEP”,位置,拨动开关单元开关,CLR(101),微地址寄存器和程序计数器清零。使控制台,SWB,SWA,开关置为“,01”(KWE),状态，按一下启动开关,START,，微地址指示灯显示“,010001”,，再按一下启动开关,START,，微地址指示灯显示“,010100”,，将数据开关内容设置为要写入的机器指令，再按一下,START,开关，完成该指令写入。写存储器时，只要第一次给出机器指令或数据的首地址即可，因为每写入一个字节的内容后，程序计数器,PC,里的内容会自动加,1,，在不断按,START,时，在微地址指示灯显示为“,010100”,时，才将数据开关设置新的内容，直至所有的机器指令或数据写完,10/24/2026,102,6.4 实验步骤,3）,手动写程序,(b)使用控制台KWE和KRD微程序来进行机器指令程序的装入和检查,写完程序后要进行检验。方法是拨动总清开关,CLR(101),后，微地址清零，,PC,程序计数器清零，然后使控制台开关,SWB,SWA,为“,00”(KRD),状态，按动,START,，微地址指示灯将显示“,010000”,，再按,START,，微地址灯显示为“,010010”,，第三次按动,START,，微地址灯显示为“,010000”,，此时总线单元的显示灯显示为该首地址的内容。不断按动,START,，可检查后续单元内容。注意，以后每次仅在微程序控制器单元微地址灯显示为“,010000”,时，总线单元电路的数据显示灯所显示的内容才是地址单元电路中的指示灯所显示的主存储器单元电路相应地址单元中存放的机器指令或数据的内容,10/24/2026,103,6.4 实验步骤,4）,程序的执行,(a)单步运行,使微程序控制器单元里编程开关处于“RUN”位置，使时序单元电路里的“RUN/STOP”开关和“EXEC/STEP”开关分别处于“RUN”位置和“STEP”位置。并且使控制台SWB,SWA开关置为“11”(RP)状态,拨动开关单元电路里的总清开关CLR(101),微地址寄存器和程序计数器PC的内容都清零。程序首地址为“00H”,每按动一次START开关，即单步运行一条指令。对照相应的为程序流程图，看地址指示灯的显示是否与流程图一致。,当程序运行结束后，可以检查存储单元(0BH)中的结果是否合理论值一致,10/24/2026,104,6.4 实验步骤,4）,程序的执行,(a)连续运行,使时序单元电路里的“RUN/STOP”开关和“EXEC/STEP”开关分别处于“RUN”位置和“EXEC”位置。并且使控制台SWB,SWA开关置为“11”(RP)状态。,拨动开关单元电路里的总清开关CLR(101),微地址寄存器和程序计数器PC的内容都清零。按动START开关，系统连续运行程序，直至将时序单元电路里的“RUN/STOP”开关拨至“STOP”位置或将“EXEC/STEP”开关置于“STEP”时，系统停机。,停机后，可检查存储单元(0BH)里的结果是否正确,10/24/2026,105,6.5 实验注意事项,1,）做实验前必需掌握微程序控制器的工作原理，并对上一个实验比较熟悉；,2）做实验前了解实验的原理和步骤。,3）实验前检查微程序的内容是否正确。,4）将五条指令写入后，必须逐一读出检查是否写入正确，指令保存在Ram中，若断电则必须重新写入。,5）若出现实验结果不符合情况，仔细检查接线及实验步骤。,6）实验过程中注意State Unit单元的Step和Stop开关的状态,10/24/2026,106,END,Return,10/24/2026,107,