第10章 計(jì)算機(jī)原理實(shí)訓(xùn)

第10章實(shí)訓(xùn)

?:?★實(shí)訓(xùn)一運(yùn)算器

?★實(shí)訓(xùn)二存儲(chǔ)器

?:?★實(shí)訓(xùn)三微控制器實(shí)驗(yàn)

?★實(shí)訓(xùn)四基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1

＞實(shí)訓(xùn)I目的

?1.了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)。

?2.掌握運(yùn)算器的工作原理。

?3.掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸方式。

*4.驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器(74LS181)及進(jìn)位控

制的組

?合功能。

二實(shí)訓(xùn)要求

?完成不帶進(jìn)位及帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算和邏輯

運(yùn)算、.、

行情學(xué)哪邏輯運(yùn)算單元的運(yùn)用。

?1.運(yùn)算器的設(shè)計(jì)原理

?(1)使用基本的門電路構(gòu)成1位全加器。

?(2)利用進(jìn)位傳遞邏輯將其構(gòu)成N位并行

加法器?！辍?/p>

?：?(3)利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)多種輸入輸出

組合選,

?(4)利用多路選擇邏輯實(shí)現(xiàn)移位功能。

?：?(5)使用加法器與移位器組合構(gòu)成乘法器

和除法？

器?！?/p>

?(6)使用兩個(gè)(定點(diǎn))運(yùn)算器部件的組合

則可構(gòu)成

?:?一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)復(fù)播;圖，-y

?2.74LS181運(yùn)算器

?74LS181是一個(gè)四位ALU單元，它是由

4個(gè)一位

,人41rl且更7ZHW山口々珀生卡而必山Y(jié)F

圖10-1g邏輯7管181的歲輯圖B

S

■_L辛。__I.琳12S

S

S

M=o（算術(shù)運(yùn)算）

S3S2SISOM=1（邏輯運(yùn)算）

Cn=l（無(wú)進(jìn)位）Cn=0（有進(jìn)位）

0000F=AF=A+1FM

0001F=A|BF=(A|B)+1F=A|B

0010F=A|-BF=(A|：)+1F4B

0011F=0-lF=0F=0

0100F=A+"ABF=A+TB+lF=AB

0101F=AB+(A|B)F=AB+(A|B)+1F=B

0110F=A-B-1F=A-BF=A?B

0111F=AB-1F=ABF=AB

1000F=A+ABF=A+AB+1'F=A+B

1001F=A+BF=A+B+1F=A十B

1010F=AB+(A|B)F=AB+(A|B)+1F=B

1011F=AB-1F=ABF=AB

1100F=A+A_F=A+A+1F=l_

1101F=A+(A|_B)F=A+(A|J)+1F=A+B

1110F=A(A|B)F=A+(A+B)+1F=A+B

1111F=A-1F=AF=A

表10-174LS181邏輯功能表（注意：“+”為算術(shù)加，“I”為邏輯或，“一”為算術(shù)6

減。）

四、實(shí)訓(xùn)電路

?1.基本運(yùn)算部件

?圖10-2所示的是由兩片74LS181芯片構(gòu)成

的8位.

?:?字長(zhǎng)的運(yùn)算器。右方為低4位運(yùn)算芯片，左方

為圖4

?:?位運(yùn)算芯片。低位芯片的進(jìn)位輸出端Cn+4與

高位芯1

。片的進(jìn)位輸入端Cn相連，高位芯片的輸出端

Cn+4

為進(jìn)行雙操作數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)

據(jù)輸入

?:?端分別由兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器DR1、DR2

（74LS273實(shí)

?:?現(xiàn)）來(lái)鎖存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)鎖

存到DR1

?:?或DR2中，貝U鎖存器74LS273的控制端

LDDR1或

?:*LDDR2須為高電平。當(dāng)T4脈沖來(lái)到的時(shí)候,

總線上

的數(shù)據(jù)就被鎖存進(jìn)DR1或DR2中了。

?2.進(jìn)位控制運(yùn)算部件

?在圖10?2的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分,

可設(shè)計(jì)出

?:?進(jìn)位控制運(yùn)算部件實(shí)訓(xùn)原理圖如圖10?3所

示。其中，

?:781的進(jìn)位進(jìn)入一個(gè)74LS74鎖存器，其寫

入是由T4

?:?和AR信號(hào)控制，T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將

T4連至

?“STATEUNT的微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2上。AR是

9

電平控制

（下面兩個(gè)圖中SO、SI、S2、S3只和兩片181連接，不連245）

10

圖10-3進(jìn)位控制實(shí)訓(xùn)原理圖

11

五、實(shí)訓(xùn)步驟

?:門「算術(shù)邏輯運(yùn)算

*(1)實(shí)訓(xùn)說(shuō)明

?實(shí)訓(xùn)電路如圖10?2所示。其中運(yùn)算器由

兩片

?:+74LS181構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALU。運(yùn)算器的輸出

經(jīng)過(guò)

?:?一個(gè)三態(tài)門(74LS245)到AllJ3插座，再通

過(guò)連

1

?:?接排線連接到內(nèi)總線上。運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)

?數(shù)據(jù)輸入單元用以給出參與運(yùn)算的數(shù)

一據(jù)。其中

?:?輸入開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)一個(gè)三態(tài)門（74LS245）和

內(nèi)總線相\-J

?:?連，該三態(tài)門的控制信號(hào)位SW-B,取低電

平時(shí)，

開(kāi)關(guān)上的數(shù)據(jù)則通過(guò)三態(tài)門而送入內(nèi)總線

中。

?總線顯示燈（在BUSUNIT單元中）已

與內(nèi)總13

、r〃

?由于實(shí)訓(xùn)電路中的時(shí)序信號(hào)均已連至

“JT

?:?UNIT”單元中的相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，因此，

需要.

?:?將“JTUNIT”單元中的T4接至“STATE

UNIT單元

?:?中的微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2的輸出端。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),

按動(dòng)飛

?:?微動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖，

如圖10-4

?:?所示。

S3、S2、S1、SO、Cn、M、LDDR1、14

JTUNITSTATEUNIT

KK2

oT

圖運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)接線圖

10-415

?（2）操作步驟

?①按圖10-4連接實(shí)訓(xùn)電路并檢查無(wú)誤

后打開(kāi)電

。源開(kāi)關(guān)。圖中將用戶需要連接的信號(hào)線用

小圓圈標(biāo)

?:?明。

②用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器DR1置數(shù)，操

作流程如

圖10-5所示。

a.撥動(dòng)輸入開(kāi)關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)

01100101（或

?:?其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為0,滅為

1）o16

.、/.

?c.按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2（產(chǎn)生T4脈沖信

號(hào)），與

?:.LDDR1信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)01100101置

入DR1

?:?中。

?③輸入開(kāi)關(guān)向暫存器DR2置數(shù)，操作

流程如圖

?10-5所示。

孝a.撥動(dòng)輸入開(kāi)關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)

10100111（或

?:?其它數(shù)值）。（數(shù)據(jù)顯示燈亮為0,滅為

1）o17

?：?c.按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2（產(chǎn)生T4脈沖信

號(hào)），與

?:*LDDR2信號(hào)一起，將二進(jìn)制數(shù)01100101置

入DR2

?:?中。

④檢查DR1和DR2中存在的數(shù)是否正確。

a,使SWITCHUNIT單元中的開(kāi)關(guān)SW-

B=1

?（關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門）、ALU-B=0（關(guān)

閉AL%

?:?出三態(tài)門）、LDDR1=0（關(guān)閉DR1輸入）、

?LDDR2=0（關(guān)閉DR2輸入）。18

?⑤改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器

的輸出。

?a.保持SW-B、ALU-B=O保持不變。

?b,按表1.1置S3、S2、S1、SO、M、

Cn的數(shù)

。值，并觀察總線顯示燈顯示的結(jié)果。

例如：

?:?置S3、S2、S1、SO、M、Cn為100101,

運(yùn)算器作

?:?加法運(yùn)算19

數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)寄存器DRl

三態(tài)門

(01100101)(01100101)

，LDDR1=1、

[ALU-B=1

ISW-B=0

LDDR2=0

上升沿)

寄存器DR2數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)

(10100111)(10100111)

(LDDR1=1'

LDDR2=0

(丁增升沿J

圖10-5向DR1和DR2寄存器置數(shù)操作流程

20

?2.進(jìn)位控制運(yùn)算

Q（i）實(shí)訓(xùn)說(shuō)明

進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)訓(xùn)原理如圖10?3所

示，.、.

在算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控

制部分，

?:?使ALU的進(jìn)位進(jìn)入到進(jìn)位鎖存器中。其寫入

是由T4.

?:?和AR信號(hào)控制。T4為脈沖信號(hào)；AR是電平

控制信

r—t

JTUNIT

圖10—6進(jìn)位控制實(shí)訓(xùn)接線（上圖方格內(nèi)豎線不需要）

22

?(2)操作步驟

?①按圖10-6連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無(wú)誤。

②打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。

③用輸入開(kāi)關(guān)向暫存器DR1和DR2置數(shù)。操

作

?流程如圖10-5所示。

?④關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SW-B=1),打開(kāi)

?:?ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=0),并使LDDR1=0、

?LDDR2=0,關(guān)閉寄存器。

?⑸對(duì)正位標(biāo)志清渝■一￡J^r一?

置S3、S2、S1、SO、M的狀態(tài)為00000,

置AR的狀態(tài)為0。(清零時(shí)DR1中的數(shù)不應(yīng)等于

23

?FF)。按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2。

?⑥驗(yàn)證帶進(jìn)位運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。

使Cn=1,AR=O,進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算。

?例如，進(jìn)行加法運(yùn)算，使ALU-B=O,S3S2

S1SOM狀

。態(tài)為10010,此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)為DR1

力口DR2力口當(dāng)

?:?前進(jìn)位標(biāo)志，這個(gè)結(jié)果是否有進(jìn)位產(chǎn)生，則要按

動(dòng)微動(dòng)開(kāi)云、

、）。、2,若進(jìn)位標(biāo)志燈亮，則無(wú)進(jìn)位，反之則有進(jìn)

電）I思考：在8位運(yùn)算器的基礎(chǔ)上，如何設(shè)計(jì)16位運(yùn)算器？

?:￡力法運(yùn)算時(shí)數(shù)據(jù)總線一直顯示的數(shù)據(jù)為

DR1+DR2+CY,所24

r、r>1/-7-、4、KJ、心4…-/=：口口I一：11=4-A八小乙

六、練習(xí)

?驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功

能：

?在給定DR1=65H、DR2=A7H的情況下，

改變.

?:?運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，填

入下表

?:?中，并和理論分析進(jìn)行比較、驗(yàn)證。?Qi

25

M-0（算術(shù)運(yùn)算）

DR1DR2S3S2SISOM=1（邏輯運(yùn)算）

CN=1（無(wú)進(jìn)位）CN=0（有進(jìn)位）

65A70000F=()F=()F=()

65A70001F=()1;=()F=()

65A70010F=()F=()F=()

65A70011F=()F=()F=()

65A70100F=(F=()l-'=()

65A70101F=()F=()1;=()

65A70110F=(I;=()F=()

65A70111F=()卜'二（）F二()

65A710001?=(；F=()F=()

65A71001卜=()F二()F=()

65A71010F=()F=()F=()

65A71011F=()F二()F=()

65A71100F=(F=()F=()

65A71101F=()()F=()

65A711101;=()F=().F=()25

65A71111F=()加(<)

實(shí)訓(xùn)二存儲(chǔ)器

一、實(shí)訓(xùn)目的

1.熟悉存儲(chǔ)器和總線組成的硬件電路。

?2.掌握靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)

據(jù)的讀

?:?寫方法。

27

二、實(shí)訓(xùn)要求

?'按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，利用存

出器和

半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片采用超大規(guī)模集成電路

制造工

?:?藝，其結(jié)構(gòu)如圖10-7所示。

28

1--------------------------------?

地

數(shù)

存

譯

讀

址

據(jù)

儲(chǔ)

碼

寫

線

線

矩

驅(qū)

電

陣

動(dòng)

路

片選線CE?—WE讀寫控制

圖10_7半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)芯片通過(guò)地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與

夕卜部連接。地址線是單向輸入，數(shù)據(jù)線是雙向輸入

輸出，數(shù)據(jù)線和地址的位數(shù)共同反映存儲(chǔ)芯片的容

量。例如：地址線為10根，數(shù)據(jù)線為8根，則芯片容

量為210x8=4096=4以

29

*控制線主要有讀/寫控制線WE與片選

線CE兩

?:?種。讀/寫控制線決定芯片進(jìn)行讀/寫操作，

片連尊、用

加廓小施幽（通常主存由多個(gè)存儲(chǔ)芯

片版用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖10-

?6版而。實(shí)訓(xùn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116

\2KX8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地

址總線由地址鎖存器（74LS273）給出，地址

燈AD0?AD7與地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。

數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)經(jīng)一三態(tài)門（74LS245）連至數(shù)據(jù)總

線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。30

*因?yàn)榈刂芳拇嫫鳛?位，接入6116的地

址A7?

?A0,而高三位A8?A10接地，所以其實(shí)際容

量為

*256字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：CE（片選

線）、

?0E（讀線）、WE（寫線）。當(dāng)片選有效

（CE=O）

?:?時(shí)，OE=0時(shí)進(jìn)行讀操作，WE=O時(shí)進(jìn)行寫操

作。本

?:?實(shí)驗(yàn)中將0E常接地，在此種情況下，當(dāng)

CE=O>31

圖存儲(chǔ)器實(shí)訓(xùn)電路圖

10-832

五、實(shí)訓(xùn)步驟

?1.形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3,其連線方法和操作步

驟如下：

?(1)接通電源，用示波器接入方波信號(hào)源的輸

出插孔H24,

?:?調(diào)節(jié)電位器W1,使H24端輸出實(shí)驗(yàn)所期望頻率的

方波。

?(2)時(shí)序電路模塊中的。和H23排針相連。

?(3)在時(shí)序電路模塊中有兩個(gè)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)

“STOP”和

?“STEP”。將“STOP”開(kāi)關(guān)置為“RUN”狀態(tài)、

“STEP”開(kāi)關(guān)置

?為“EXEC”狀態(tài)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)“START”，帥

T3輸出為連33

4轉(zhuǎn)的十油住身［山口儲(chǔ)國(guó)節(jié)由今奧\A*田宗、濾奧而

2.按圖10-9連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)檢查線路

無(wú)誤后接通電源。由于存儲(chǔ)器模塊內(nèi)部的

連線已經(jīng)連接好，因此只需要完成實(shí)驗(yàn)電

路的形成、控制信號(hào)模擬開(kāi)關(guān)、時(shí)鐘脈沖

信號(hào)T3與外部存儲(chǔ)模塊的外部連接。

34

JTTJT4TTSTATE.UNITSHSTGALUNIT

——TH3TS36H23

——

圖10-9實(shí)訓(xùn)接線圖

35

3.給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04

地址單元

中分別寫入數(shù)據(jù)11、12、13、14、15,具

*據(jù)

SW-B=1)

SW-B=OSW-B=O

LDAR?=OCE=OWE=1

LDAR=O

T3讓升沿

圖10-10寫入數(shù)據(jù)流程圖

36

?依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單

元中的

?:?內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前

面寫入的

圖10-11讀出數(shù)據(jù)流程圖

思考：假如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要64KB容量的內(nèi)存，存儲(chǔ)電路該如

何設(shè)計(jì)？

37

六、練習(xí)

?給存儲(chǔ)器的11?1A地址單元中分別寫入

數(shù)?.

?:?據(jù)，并依次讀出10個(gè)單元中的數(shù)據(jù)，觀察數(shù)

據(jù)燈，C.

?:?檢測(cè)顯示結(jié)果。

38

實(shí)訓(xùn)三微控制器實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)訓(xùn)目的

1.掌握時(shí)序產(chǎn)生器的組成原理。

2.掌握微程序控制器的組成原理。

3.掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運(yùn)

二、哧噎泉

按照實(shí)訓(xùn)步驟完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，熟悉微程序的

編碼、寫入、觀察運(yùn)行狀態(tài)。

39

入實(shí)訓(xùn)原理

微程序控制器的基本任務(wù)是完成當(dāng)前指

'令的i

?:?翻譯和執(zhí)行，即將當(dāng)前指令的功能轉(zhuǎn)換成

可以控制

?:?的硬件邏輯部件工作的微命令序列，完成

數(shù)據(jù)傳送二J:1

?:?和各種控制操作。它的執(zhí)行方法就是將控

制各部件

?:?動(dòng)作的微命令的集合進(jìn)行編碼，即將微命

令的集合

圖10—12微控器原理圖

41

四、實(shí)訓(xùn)電路

?1.時(shí)序邏輯原理

?實(shí)訓(xùn)所用的時(shí)序控制電路框圖如圖10"3所示，可

產(chǎn)生4個(gè)等

?:?間隔的時(shí)序信號(hào)TS1?TS4,其中0為時(shí)鐘信號(hào)，由方

波信號(hào)源

?(SIGNALUNIT)單元提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)

的方波信

?:?號(hào)。讀者在練習(xí)中可根據(jù)實(shí)訓(xùn)需要自行選擇方波信號(hào)的

頻率及脈

?:?寬。圖中STEP和START由設(shè)計(jì)的時(shí)序控制單元

(STATEUNIT)

?中的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)STEP和START模擬產(chǎn)生。當(dāng)STEP開(kāi)

■為0時(shí),索

?:?統(tǒng)處于連續(xù)(EXEC)執(zhí)行狀態(tài)，此時(shí)按下START鍵后,

時(shí)序信號(hào)》

“、、、心?r

由于時(shí)序電路的內(nèi)部線路已經(jīng)連好，所

以只

?:?需要將時(shí)序電路和方波信號(hào)源連接，即將

時(shí)序電路

的時(shí)鐘輸入端0接至方波信號(hào)發(fā)生器輸入端

H23上,

?：＜START------------?TS1

0------------?TS2

時(shí)序控制電路

STEP------------=?TS3-

*CLR——

?TS4

?:?模擬開(kāi)關(guān)上鋒10-13時(shí)序控制電路框圖

43

?2.微程序控制實(shí)訓(xùn)電路

?實(shí)訓(xùn)微程序控制器的組成如圖10-14所

.示，其中

?:?控制存儲(chǔ)器可以采用3片2816的E2PROM

M成；微

?:?命令寄存器18位，用兩片8D觸發(fā)器（273）

和一A

?4D（175）觸發(fā)器組成；微地址寄存器6位,

用三片

。正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器（74）組成，它們帶

有清“0”

?:?端和預(yù)置端；在不判別測(cè)試的情況下，T2

*在該實(shí)訓(xùn)電路中可以設(shè)計(jì)具有三種狀

態(tài)的編程

?:?開(kāi)關(guān)：PROM（編程）、READ（校驗(yàn)）、

RUN

（運(yùn)行）。當(dāng)處于“編程狀態(tài)”時(shí)，讀者

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(chǔ)器2816中。當(dāng)處于“校驗(yàn)狀態(tài)”時(shí)，可

以對(duì)寫入控

?:?制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)行驗(yàn)證，從而45

石丁【、】申【I叱二

?:*3.指令格式

￥??微指令字長(zhǎng)共24位，其控制位順序如

2423nd22120191817161514121198654321

s31s2八四里曲蝸改」S3］密風(fēng)DP01L蟲）、IM,%nJ電價(jià)的時(shí)進(jìn)制組

合用于控制ALU的工作模式，具體含義參見(jiàn)運(yùn)算器實(shí)訓(xùn)中關(guān)于

ALU的介紹。

存儲(chǔ)器讀寫控制字段：WE,用于控制存儲(chǔ)器的讀寫控

制，詳細(xì)的介紹參見(jiàn)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)。

片選字段：CE,LDPC的組合將會(huì)對(duì)存儲(chǔ)器、輸入、輸出設(shè)備進(jìn)

行片選。

A、B、C字段分別是3位二進(jìn)制的組合，它們分別作為

譯碼器的輸入，然后輸出各種控制信號(hào)，其含義將在基本模型

機(jī)實(shí)訓(xùn)中做詳細(xì)介紹，A、B、C字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表見(jiàn)

10-2,10-3,10-4所示。

46

表10-2A字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表

151413選擇

000

001LDRi

010pDRl

011//LDDR2

100//LDIR

//LOAD

101

//LDAR

110

與圖10-14中不一致，圖中是

LDR1,是否按表中？按表中

47

表10-3B字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表

121110選擇

000

001RS-B

011；0RD-B

011RI-B

1,00299-B

101ALU-B

110SW—B

11PC-B

48

表10-4C字段輸入與輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)表

49

?微指令字長(zhǎng)種UA5—UAO為6位的后續(xù)微地

址，A、B、

?:*C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多

位。C字段

?中的P(1)?P(4)是四個(gè)測(cè)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(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，

其原理如圖

?:「0-15所示，圖中I7?I2為指令寄存器的第7?2位

輸出，

?:*SE5?SE1為微控制器單元微地址鎖存器的輸出5。

迎AQ*鈴

I

L□

IT

odKn

O-M

wrw

as*

2*a

ss

aven

HwSe3n

zan

S3

E

rnHH

圖微程序執(zhí)行分支選擇原理圖

10-1552

圖10-16寄存器控制原理圖

五、實(shí)訓(xùn)步驟

?1.實(shí)訓(xùn)說(shuō)明

圖10-17為幾條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的參考微

程序流程1，

。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10-5的二進(jìn)制代碼表。

54

?2.觀察時(shí)序信號(hào)

?：?用雙蹤示波器（或用PC示波器功能）

觀察方波y

?:?信號(hào)源的輸出，時(shí)序電路中的“STOP”開(kāi)

關(guān)置為

?“RUN”,“STEP”開(kāi)關(guān)置為“EXEC”。按

動(dòng)START

?:?按鍵，從示波器上可觀察到TS1、TS2、

TS3、TS4

運(yùn)行微程聲

AI>D111IMP114

PC-AR

PC+1

1^513者I

01

圖10-17微程序流程圖

56

圖10-18時(shí)序信號(hào)圖

57

表10-5二進(jìn)制代碼表

微地址S3S2SISOMCNWECELDPCABcUA5——UAO

00000000011101no100010000

01000000011110111000000010

02000000000100000001001000

03000000000110000000000100

04000000000011000000000101

05000000010010001000000110

06100101010001101000000001

07000000010no000000001101

10000000011001110000000001

11000000011no111000000011

12000000011no111000000111

14000000011110111000010101

15000000100000001000000001

16000000000110000000001111

1700000000000000000000000158

25000000001101000000000001

?3.操作步驟:

巡(1)編程

淳3①將微程序控制器編程開(kāi)關(guān)置為PROM(編

程)狀態(tài)。

?②將時(shí)序產(chǎn)生單元(STATEUNIT)中的

“STEP”置為

“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。

?③用二進(jìn)制模擬開(kāi)關(guān)置微地址MA5—MAO。

?④在微程序編程開(kāi)關(guān)MK23—MK0上置微代

碼，24位開(kāi)X—一受

?關(guān)對(duì)應(yīng)24位顯示燈，開(kāi)關(guān)量置為“0”時(shí)燈亮，開(kāi)

關(guān)量為'T時(shí)

?：?（2）校驗(yàn)微指令

4①將微程序控制器編程開(kāi)關(guān)置為READ（校驗(yàn)）

狀態(tài)。

②將時(shí)序產(chǎn)生單元（STATEUNIT）中的

“STEP”置為

?“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。

?③用二進(jìn)制模擬開(kāi)關(guān)置微地址MA5—MAO。

?④啟動(dòng)時(shí)序電路（按動(dòng)啟動(dòng)按鈕“START”），

讀出微代一至

?:?碼。觀察顯示燈MD23—MD0的狀態(tài)（燈亮為

“0”，滅為

60

?:?“1”），檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。

?(3)單步運(yùn)行

4①將微程序控制器編程開(kāi)關(guān)置于“RUN(運(yùn)

行)”狀態(tài)。

?：.②將時(shí)序產(chǎn)生單元(STATEUNIT)中的

“STEP”置為

“STEP”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。

③撥動(dòng)微地址清零CLR開(kāi)關(guān),將CLR的狀態(tài)

按1—0一1

?:?變化。從而將微地址寄存器MA5—MA0清零，微

程序運(yùn)行的

?:?入口微地址置為000000(二進(jìn)制)。

61

?④連續(xù)按動(dòng)“START”鍵，啟動(dòng)時(shí)序電路。每

(4)連續(xù)運(yùn)行：

?：?①將微程序控制器編程開(kāi)關(guān)置于“RUN(運(yùn)

行)”狀態(tài)。

?：.②將時(shí)序產(chǎn)生單元(STATEUNIT)中的

“STEP”置為

?“EXEC”，“STOP”置為“RUN”狀態(tài)。

?③撥動(dòng)微地址清零CLR開(kāi)關(guān)，將CLR的狀態(tài)

按1—0一1

?:?變化。從而將微地址寄存器MA5—MA0清零，微

程序運(yùn)行的

廠一口微地址置為000000(二進(jìn)制)。

核空制思考：觀察圖10-17微程序流程圖，請(qǐng)總結(jié)設(shè)計(jì)微程序有工

那些規(guī)律?

了動(dòng)的順序讀出每條微指令并執(zhí)行，直到結(jié)束。此62

n-P乙山

六、練習(xí)

?寫出下圖中微地址為20、21、22、24

四條梭鍬白

，00

63

實(shí)訓(xùn)四基本模型機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

一、實(shí)訓(xùn)目的

?1.掌握前面部件單元電路訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，

進(jìn)一步構(gòu)X

?造一臺(tái)基本模型計(jì)算機(jī)。.

?2.掌握微程序執(zhí)順序強(qiáng)制改變的原理

?3.掌握機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

?4.掌握機(jī)器指令的執(zhí)行流程。1

?5.掌握機(jī)器指令的微程序的編制、寫入。

二、實(shí)訓(xùn)要求

在常規(guī)微程序控制器訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，定

義五

?:?條機(jī)器指令，并編寫相應(yīng)的微程序，設(shè)計(jì)一

生微膜訓(xùn)I原理

?：：f|劇崛?；沶磁蹄叫部

’:丁耨桶。信號(hào)是人為模擬產(chǎn)生的，如運(yùn)算器

實(shí)訓(xùn)中對(duì)

.?▲7川氏的撻生H左他典比制I由寸寸右

?:?的控制信號(hào)。而本次訓(xùn)練主要是設(shè)計(jì)在微

程序控制

?:?下自動(dòng)產(chǎn)生各部件單元的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)

特定指令

?:?的功能。這里，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通路的控制將

由彳麟呈序

?:?控制器來(lái)完成，CPU從內(nèi)存中取出一條機(jī)

器指令到

?指令執(zhí)行結(jié)束的一個(gè)指令周期全部由微指

令組成的

?:?序列來(lái)完成，即一條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)一段微66

?1.模型機(jī)機(jī)器指令

?：?本實(shí)訓(xùn)采用五條機(jī)器指令：IN（輸入）、

ADD

?（二進(jìn)制加法）、STA（存數(shù)）、OUT

（輸出）、

微舄髓廨松’其瞌惴獻(xiàn)…

ADD幽#1“碗的000XXXXXXXXR0+[addr]->R0

手柞的.00100000XXXXXXXXR0->[addr]

OUTaddr*00110000XXXXXXXX[addr]->BUS

JMPaddr01000000XXXXXXXXaddr->PC

其中IN為單字長(zhǎng)（8位），其余為雙字長(zhǎng)指令，XXXXXXXX為

addr對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制地址碼。

67

?2.裝入機(jī)器程序

*為了向RAM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，還必須設(shè)計(jì)三

個(gè)控制臺(tái)?

?:?操作微程序。二

存儲(chǔ)器讀操作（KRD）：微地址清零.

CLR開(kāi)

?:?關(guān),控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWB、SWA為“0莓時(shí),

按START

68

。微動(dòng)開(kāi)關(guān)，可對(duì)RAM連續(xù)手動(dòng)讀操作

?啟動(dòng)程序：微地址清零CLR開(kāi)關(guān)，控

制臺(tái)開(kāi)關(guān)

?SWB>SWA為“11”時(shí)，按START微動(dòng)開(kāi)

關(guān)，即可

?:?轉(zhuǎn)入到第01號(hào)“取址”微指令，啟動(dòng)程序

運(yùn)行。，

?：?上述三條控制臺(tái)指令用兩個(gè)開(kāi)關(guān)SWB、

SWA表10-4SWB、SWA的狀態(tài)

?F圈狀態(tài)來(lái)設(shè)置出箕定義見(jiàn)表位鄲創(chuàng)康

唾圖見(jiàn)實(shí)0讀內(nèi)存(KRD)

TZT

微程序執(zhí)行分L愕圖)

69

)

?3.系統(tǒng)微指令格式

藕，系統(tǒng)執(zhí)行五條機(jī)器指令的微代碼定義見(jiàn)

表10-5。

2?4A23、?2B2、21321

1C213107

S3S2S1SOMCnWECELDPCABCpA5~pA0

34.機(jī)器指令與微程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系

每條機(jī)器指令由多條微指令按一定的順序

完成，:..二1

?:?以MOV指令（從存儲(chǔ)器到存儲(chǔ)器）為例,

完成MOV

70

.%梧金的抽行需蘿我行A冬御指令才能字F#

PC->ARRAM->BUSRAM->BUSPC->ARRAM->BUS

ADR1->BUS

PC+1BUS->ARBUS->DR1PC+1BUS->AR

?5.系統(tǒng)微程序

?系統(tǒng)涉及到的微程序流程見(jiàn)實(shí)訓(xùn)三(圖

10-17)

?:?所示，當(dāng)執(zhí)行“取指”微指令時(shí)，該微指

令的判別測(cè)

?:?試字段為P(1)測(cè)試。由于“取指”微指令是

所有為程

?:?序都使用的公用微指令，因此P(1)的測(cè)試結(jié)

果出現(xiàn)

八夕口々/(士口口土匕人矢右卬?.4戶r/d/士

?控制臺(tái)操作為P(4)測(cè)試，如圖10-19所

々示，它

?:?以控制臺(tái)開(kāi)關(guān)SWB、SWA作為測(cè)試條件，

出現(xiàn)了3

?:?路分支，占用3個(gè)固定微地址單元。當(dāng)分支

微地址單

?:?元固定后，控制存儲(chǔ)器剩下的其它地址就

可以一條

?:?微指令占用七個(gè)單元地址，而且地址可以

隨意使

用。P(1)和P(4)對(duì)微程序執(zhí)行分支選擇情

況如實(shí)訓(xùn)

圖10-19微程序流程圖

73

表10-6二進(jìn)卓利代碼表

微地址S3S2SISOMCNWECELDPCABcUA5——UAO

00000000011101110100010000

01000000011110111000000010

02000000000100000001001000

03000000000110000000000100

04000000000Oil000000000101

05000000010010001000000110

06100101010001101000000001

07000000010110000000001101

10000000011001110000000001

11000000011110111000000011

12000000011110111000000111

13000000011110111000001110

14000000011110111000010101

15000000100000001000000001

16000000000110000000001111

17000000000000000000000001

20000000011110111000010010

21000000011110111000010100

22000000000000000000010000

2300000001000000000000000174

24000000100000110000010001

?6.實(shí)訓(xùn)機(jī)器指令程序

?：?本實(shí)訓(xùn)設(shè)計(jì)