计算机组成实验指导书.pdf

《计算机组成实验指导书.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成实验指导书.pdf（85页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、计算机组成原理实验平台HKZK-CPT目 录第 一 章 性能特点.31.1 系统功能及特点.31.2 实验系统组成.4第二章 实验项目.62.1 算术逻辑运算单元实验.6实验一不带进位位逻辑或运算实验.8实验二不带进位位加法运算实验.92.2 通用寄存器单元实验.11实验一数据输入通用寄存器.13实验二 寄存器内容无进位位左移实验.13实验三 寄存器内容无进位位右移实验.142.3 进位控制、通用寄存器判零实验.15实验一算术逻辑单元带进位位的加法运算实验.17实验二带进位移位实验.182.4 存储器和总线实验.20实验一存储器的写操作.22实验二读存储器的数据到总线上.222.5 堆栈寄存器

2、实验.23实 验 一 对 4 个寄存器进行写入操作.25实验二 对 4 个寄存器进行读出操作.262.6 微程序控制单元实验.26实 验 一 微地址打入操作.29实验二微地址+1 操作.302.7 指令部件模块实验.30实验一 PC 计数器置数.34实 验 二 P C 计数器加1.34实验三置当前指令寄存器.342.8 时序与启停实验.352.9 模型机的总体设计.38计算机组成原理实验平台HKZK-CPT第三章综合实验的调试.483.1 实验目的.483.2 实验连线.483.3 指令系统.493.4 微指令表.513.5 程序调试.54实验一实现普通的加、减法指令.54实 验 二 带进位运

3、算的模型机.57第 四 章 驻机键盘和液晶显示器的使用方式.634.1 键盘定义.634.2 操作方法.64第 五 章 HKCPT软件简介和安装.675.1 HKCPT性能特点.675.2 软件安装和卸载.675.3 HKCPT软件界面介绍.685.4 菜单介绍.695.5 HKCPT实验仪操作指南.76附 录 1 HKCPT微指令序列表.79附录2 HKCPT软件热键表.80附录3 HKCPT常用集成电路引出端功能图.81注意事项：在做单 元模块实验前，务必先将CPT-A总线上短8 芯扁平电缆及CPT-B上连线板全部拔离实验平台。做实验时，根据实验说明连接相关总线。可通过PC机软件（HKCP

4、T）中的查看一刷新菜单来观察各寄存器当前值。2计算机组成原理实验平台HKZK-CPT第 一 章性能特点1.1 系统功能及特点1.1.1 提供各个基本功能模块我们在比较了国内的多家实验平台厂商的产品后，发现多数产品不是连线过于繁琐，就是由C P L D 来替代所有的硬件。市场需要一种连线不多，但具有灵活性的实验系统，不同设计方案，不同的连线方法，可以得到不同的结果。我们所提供的实验平台本身就是一个可运行的系统。整个系统采用功能模块化的设计思路，实验者可单独设计和调试各个功能模块，最终实现一个新的系统，这样可大大减轻实验指导教师的工作量。整个实验平台提供了运算器模块、指令部件模块、堆栈寄存器模块、

5、存储器模块、总线传输模块、微程序模块、启停和时序模块，以及用于调试和观察数据的监控模块。1.1.2 组成结构整个系统采用总线结构，总线结构具有扩展能力强，结构简单清晰，连线方便快捷等特点。本实验平台的总线分为：内部、外部地址总线，内部、外部数据总线。整个系统的各个总线都布有测试孔，以便于测试。各模块的电源、地、地址数据总线已经按照标准连接完毕，控制信号都按各功能模块的布局引出，实验者可方便的定位各测试点。1.1.3 监控模块监控模块为实验调试和程序设计带来了相当的便利。实验者可以通过监控模块来修改微程序和内存中的程序。为了实验的连贯性，系统中还提供了 F L A S HM E M O R Y

6、来保存微程序和程序，掉电时内容不会丢失，实验者可随时保存和读取微程序与程序。为了使实验者随时观察数据和地址，实验平台提供了一块2*1 6的液晶屏，可同时显示当前地址、当前总线上的数据和当前的微指令和一些关键寄存器的值。1.1.4 操作方式：单机方式：整个系统可单独使用，可通过2 4 个按键和液晶来编辑内存和微程序存储器中的数据，在系统运行时可监控所有关键数据。实验者使用拨动开关3计算机组成原理实验平台HKZK-CPT来产生二进制码进行微程序和程序的编写。联机方式：系统可与P C 机相连，P C 机上提供了 w ind ow s 界面的操作软件，实验者可在P C 机上进行编辑、加载、动态调试等操

7、作。1.2实验系统组成本实验平台由两部分组成，左边为实验模块部分(C P T-A),主要分布着各个实验单元和监控单元。实验平台的右边为数据输出板(C P T-B),板上分布着2 4个二进制开关、若干个L E D 发光二极管、D I P 插座，还有1 块用于显示当前状况的液晶板。湾?时 P序&白单沟元gggg?假尾苦%.Q.9 Q 日 J武 士 2 g 3H目Q jo M m哨0元.zLiI.一 2”50.BW-征一_吕B?3dg一st03%丁尸1一写然gggggs矮.5W-K.片W一ss学、Etsw心HH一中 的 寄 存 事 组 3 6 N-E PS I a a0苫OW0 TT，JM.OUT8

8、-o o-ogoeXT:二890理&.雷f5-330C ZG3求五7-加S48IB一吟，一8Sllw一一存罪-B?一*1指7一SLJ-l zl0岁晟3口,3 q dSSSSSSSSI a c “EraiOQSSSSSSSS S4计算机组成原理实验平台HKZK-CPT406d90106To70307030TO906000Aw20losoddddT-_竽一竽一总线扩展区实验面包板区40 38 36 332 X 28 26 24 2239 3735 33 31 29 27 25 23 212 4 6 8 10 12 H 16 IB 201 3 5 7 9 11 13 15 1719688888868

9、83 一1883888 83G N D U C Co 0臀3O Q O O O2 T f 0 100 0 0 0 01 3 5，B0090?929GNO UCC0 00 9 99990 0 02 O O O O武汉恒科电教研制htt p:uuu*1 3 5 7f w国SQsososu3a器0a9oarlm_uWSWMnusocial-IsaHnuswnuin5050皿口sennusownuswnusa*nusonusw,unswnugo工关gogcMr-190so-slH LO口M。计算机组成原理实验仪-I-j;urI，*。信号输入健盘显示0 Q 0商 低 脉 冲 6 W T5计算机组成原理实

10、验平台HKZK-CPT第二章实验项目2.1 算术逻辑运算单元实验2.1.1 实验目的1、掌握简单运算器的数据传输方式2、掌握74LS181的功能和应用2.1.2 实验要求完成不带进位位算术、逻辑运算实验。按照实验步骤完成实验项目，了解算术逻辑运算单元的运行过程。2.1.3 实验说明2.1.3.1 AL U 单元实验构成（如图2-1-1）1、运算器由2片74LS181构成8位字长的ALU单元。2、2片74LS374作为2个数据锁存器（DR1、DR2）,8芯插座ALU-IN作为数据输入端，可通过短8芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。运算器的数据输出由一片74LS244（输出缓冲器）来控制，

11、8芯插座ALU-OUT作为数据输出端，可通过短8芯扁平电缆把数据输出端连接到数据总线上。算术逻辑单元05?_ 0ALU-0 CN ALU-IN0542K30ALU-OUT、劣LS181X I4LS1B1n S3 060-图2116计算机组成原理实验平台HKZK-CPT2二_1 KM盥和Me6H官官爵上%毋 9,d省V耳Z冢受 S S S S尔W房云或份路八61sS5SQ B SS K S-8m1 1 1 8 1 1 1B8【3身八or呈序八Z7I S&I*QHSOABvazlva66t al93aC/6wizS 3 8呢名登4.X-牙QmSS-iroa7计算机组成原理实验平台HKZK-CPT2

12、.1.3.2 ALU单元的工作原理（如 图 2-1-2）数据输入锁存器DR1的EDR1为低电平，并 且DICK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入锁存器DR1。同样使EDR2为低电平、D2CK有上升沿时把数据总线上的数据打入数据锁存器DR2o算术逻辑运算单元的核心是由2片74LS181组成，它可以进行2个8位二进制数的算术逻辑运算，74LS181的各种工作方式可通过设置其控制信号来实现（SO、SI、S2、S3、M、CN）0当实验者正确设置了 74LS181的各个控制信号，74LS181会运算数据锁存器DR1、DR2内的数据。由于DR1、DR2已经把数据锁存，只 要74LS181的控制信号不变，

13、那 么74LS181的输出数据也不会发生改变。输出缓冲器采用74LS244,当控制信号ALU-0为低电平时，74LS244导通,把74LS181的运算结果输出到数据总线；当ALU-0为高电平时，74LS244的输出为高阻。2.1.3.3 控制信号说明2.1.4 实验步骤实验一：不带进位位逻辑或运算实验信号名称作 用有效电平EDR1选 通DR1寄存器低电平有效EDR2选 通DR2寄存器低电平有效DICKDR1寄存器工作脉冲上升沿有效D2CKDR2寄存器工作脉冲上升沿有效SO-S374LS181工作方式选择见附表M选择逻辑或算术运算高电平为逻辑运算，低电平为算术运算CN有无进位输入高电平有效CCK

14、进位寄存器的工作脉冲上升沿有效ALU-074LS181计算结果输出至总线低电平有效把ALU-IN（8芯的盒型插座）与CPT-B板上的二进制开关单元中J01插座相连（对应二进制开关H16H23）,把ALU-OUT（8芯的盒型插座）与数据总线上 的DJ2相连。把D1CK和D2CK用连线连到脉冲单元的PLS 1上，把EDR 1、EDR2、ALU-0、SO、SI、S2、S3、CN、M接入二进制开关（请按下表接线）。控制信号接入开关位号DICKPLS1 孔D2CKPLS1 孔EDR1H8 孔8计算机组成原理实验平台HKZK-CPTEDR2H7孔ALU-OH6孔CNH5孔MH4孔S3H3孔S2H2孔S1H

15、l孔SOHO孔按启停单元中的运行按钮，使实验平台处于运行状态。二进制开关H16H23作为数据输入，置33H（对应开关如下表）。按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在D ICK上产生一个上升沿，把33H打入D R 1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定D R 1寄存器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入D R1中。二进制开关H16H23作为数据输入，置55H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1DO8位数据0101010155H置各控制信号如下:H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-0CNMS3S2

16、S1SO100111110按脉冲单元中的PLS 1脉冲按键,在D2CK上产生一个上升沿的脉冲，把55H打入DR2数据锁存器。经过74LS181的计算，把运算结果炉=人或8）输出到数据总线上，数据总线上的LED显示灯IDB0IDB7应该显示为77H。实验二：不带进位位加法运算实验二进制开关H16H23作为数据输入，置33H（对应开关如下表）。置各控制信号如下:H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1DO8位数据0011001133H9计算机组成原理实验平台HKZK-CPT按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在 D ICK 上产生一个上升沿，把 33H 打

17、入H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-OCNMS3S2S1S0010101001D R 1数据锁存器，通过逻辑笔或示波器来测量确定D R 1寄 存 器（74LS374）的输出端，检验数据是否进入D R1中。二进制开关H16H23作为数据输入，置 55H（对应开关如下表）。H23H22H21H20H19H18H17H16数据总线值D7D6D5D4D3D2D1DO8 位数据0101010155H置各控制信号如下:H8H7H6H5H4H3H2H1H0EDR1EDR2ALU-0CNMS3S2S1S0100101001按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在 D2CK上产生一个上升沿，

18、把 55H 打入DR2数据锁存器。经过 74LS181的计算，把运算结果=人 加 均 输出到数据总线上，数据总线上 的 LED显示灯IDBCMDB7应该显示为88H。2.1.5 实验思考验 证 74LS181的算术运算和逻辑运算，在 保 持 DR1=65H、DR2=A7H时，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填写以下表格来进行分析和比较。DR1DR2S3S2S1soM=0（算术运算）M=1CN=1CN=0逻辑运算65A70000F=F=F=65A70001F=F=F=65A70010F=F=F=65A70011F=F=F=65A70100F=F=F=65A70101F=F=F=65A70

19、110F=F=F=65A70111F=F=F=65A71000F=F=F=65A71001F=F=F=65A71010F=F=F=65A71011F=F=F=65A71100F=F=F=65A71101F=F=F=65A71110F=F=F=65A71111F=F=F=10计算机组成原理实验平台HKZK-CPT附74LS181的逻辑方式M=1 逻辑运算M=0 算术运算S 3 S 2S 1 S O逻辑运算C N=1（无进位）C N=0（有进位）0000F=/AF=AF=A 加 10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加 10010F=/A BF=A+/BF=(A+/B)力 口 1001

20、1F=01（2 的补）F=00100F=/(A B)F=A 力 口 A/BF=A 力 口 A/B 力 口 10101F=/BF=(A+B)力 口 A/BF=(A+B)力 口 A/B 力 口 10110F=A BF=A 减 B减 1F=A 减 B0111F=A/BF=A/B 减 1F=A/B1000F=/A+BF=A 力 n A BF=A 力 n A B 力 n 11001F=/(A B )F=A 力 口 BF=A 力 n B 力 n i1010F=BF=(A+/B)加 A BF=(A+/B)力 n A B 力 n 11011F=A BF=A B 减 1F=A B1100F=1F=A 加 AF=

21、A 加 A加 11101F=A+/BF=(A+B)加 AF=(A+B)力 n A 力 n i1110F=A+BF=(A+/B)加 AF=(A+/B)力 n A 加 11111F=AF=A 减 1F=A2.2通用寄存器单元实验2.2.1 实验目的了解通用寄存器的组成和硬件电路，利用通用寄存器实现数据的置数、左移、右移等功能。2.2.2实验要求按照实验步骤完成实验项目，实现通用寄存器移位操作。了解通用寄存器单元的工作原理运用。臂R-OUTRA-INxo c 0|n 1.l ：sRA-OUT J i2.2.3 实验说明2.2.3.1寄存器实验构成：（如图2-27）通用寄存器由2 片 G A L 16

22、V 8 构成8 位字长的寄存器单元。8 芯插座R A-I N 作为数据输入端，可通过短8 芯扁平电缆，把数据输入端连接到数据总线上。数据输出由一片74L S 244（输出缓冲器）来控制。用 8 芯插座R A-O U T 作为数据输出端，可通过短 8芯扁平电缆，把数据输出端连接到数据总线。判零和进位电路由1 片 G A L、1 片 7474和一些常11计算机组成原理实验平台HKZK-CPT规芯片组成，用 2 个 LED（ZD、CY）发光管分别显示其状态。其中ZD为判零位显示灯,CY为进位位显示灯。2.2.3.2通用寄存器单元的工作原理：（图2-2-2）通用寄存器单元的核心部件为2 片 GALI6

23、V8,它具有锁存、左移、右移、保存等功能。各个功能都由XI、X2信号和工作脉冲RACK来决定。当置ERA=O、XO=1、Xl=l,RACK有上升沿时，把总线上的数据打入通用寄存器。可通过设置 XO、X I来指定通用寄存器工作方式，通用寄存器的输出端Q0Q7接入判零电路。LED（ZD）亮时，表示当前通用寄存器内数据为0。输出缓冲器采用74LS244,当控制信号RA-0为低时，74LS244开通，把通用寄存器内容输出到总线；当RA-0为高时，74LS244的输出为高阻。GAL方程如下:Clk,OEA,B,C,DQA,QB,QC,QDSO,SI,SIL,SIRpin 1,11;pin 3,4,5,6

24、;pin 18,17,14,13pin 8,9,2,7;Q=QD,QC,QB,QA;I=D,C,B,A；SL=QC,QB,QA,SIL;SR=SIR,QD,QC,QB;equationsQ:=SO&S1&I#SO&!S1&SR#;S0&S1&SL#!SO&!S1&Q;SL 2RA-IO 3RA-II 4RA-II Q6-Q5-Q4-Q3-Q2-Q 1-QOt _ _ 1010带进位循环右移CY-Q7-Q6-Q5-Q4-Q3-Q2-Q 1-QOt _ 1101循环左移Q7-Q6-Q5-Q4-Q3-Q2-Q 1-QO1 _ _t100带进位循环左移CY-Q7-Q6-Q5-Q4-Q3-Q2-Q 1

25、-平19计算机组成原理实验平台HKZK-CPT2.4存储器和总线实验2.4.1 实验目的熟悉存储器和总线的硬件电路2.4.2 实验要求按照实验步骤完成实验项目，熟悉存储器的读、写操作，理解在总线上数据传输的方法。2.4.3 实验说明2.4.3.1存储器和总线的构成总 线 由1片74LS245、1片74LS244组成，把整个系统分为内部总线和外部总线。2片74LS374锁存当前的数据、地址总线上的数据以供LED显示。（如图2-4-1）存储器采用静态1片RAM（6264）o存储器的控制电路由1片74LS32和74LS08 组成。（如图 2-4-2）BUS内 存UM EMCK RMIfiB?IfiB

26、S IAB5 IAB1 IAB3 I 2 1ABi I ABOAJ1S 74HC2+5图 2-4-12.4.3.2存储器和总线的原理图 2-4-21、总线的原理：由于本系统内使用8根地址线、8根数据线，所 以 使 用11片74LS245作为数据总线，另1片-74LS244作为地址总线（见 图2 4 3）。总线把整个系统分为内部数据、地址总线和外部数据、地址总线，由于数据总线需要进行内、外部数据的交换，所以由BUS信号来控制数据的流向，当BUS=1时数据由内到外，当BUS=0时，数据由外到内。20计算机组成原理实验平台HKZK-CPT总线单元XL3O-BUSD2BUSIDBO 2AO BOAl

27、BlA2 向A3 B3：A 4 B4A5.B5-A6 B6A7.B7DIR18 ODBOIDB1.317 ODB1IPB2 416.ODB2IDB3 515 ODB3IDB4 614 QDB4IDB5 7.13 ODB5IDB6 812 QDB6IDB7.911.J0DB7二1。74HC245D3IAB0 2IAB1 4IAB2 5IAB3 8IAB4 ILIAB5 13IAB6 15IAB7.17STQHOAB016 QAB114 OAB212 OAB39 QAB47 QA55 QAB63 OAB774HC244图2 4 32、由于本系统内使用8根地址线、8位数据线，所 以6264的A8A1

28、2接地,其实际容量为256个 字 节（如 图2-4-4）。6264的数据、地址总线已经接在总线单元的外部总线上。存储器有3个控制信号：地址总线设置存储器地址，RM=0时，把存储器中的数据读出到总线上；当WM=0,并 且EMCK有一个上升沿时,把外部总线上的数据写入存储器中。为了更方便地编辑内存中的数据，在实验平台处于停机状态时，可由监控来编辑其中的数据。内存单元XL-.P1 8 Ax u*这?.)日4 74LS326264STOP 9 i N G、-74LS08 8M/C 10 JOABO 10O A B 2_8.O A B 3_7O A B 4_6 IO A B6_J_X 0A B 7 32

29、5,23JND|-1=_2227vcc|-翁Q12345E7I XDDDDDRD01234567891 0U1 2-E7 ES 2S 1AAAAAAAAAAAAAOWCO11 ODB(/12 DBl/13 ODB”15 ODBj/16 O D W17 ODB$/18 ODB6/19O D B J74LS3274LS3274LSS274LS374D39CLK2-io74LS3274LS325 1 0 3Mt.15 1401234567QQQQQQQQD0mmD3D4D5D6D7黑74LS374 CLK二:4*7 1874LS374D38图 2-5-22.5.3.3 控制信号说明:信号名称作 用有

30、效电平S A、S B选通寄存器低电平有效RR数据读出允许低电平有效W R数据写入允许低电平有效RC K寄存器写入脉冲上升沿有效24计算机组成原理实验平台HKZK-CPT2.5.4 实验步骤实验一：对 4 个寄存器进行写入操作将 R-IN（8 芯盒形插座）与 CPT-B板上的二进制开关单元中J03插座相连（对应二进制开关H0-H7）,R-OUT可通过短8 芯扁平电缆与数据总线上DJ4相连。把 RR、WR、SA、S B 接入二进制拨动开关（SA,S B 借用XO,X I 的H12,H U 孔）,把 RCK连到脉冲单元的PLS1。（请按下表接线）。信号定义接入开关位号RCKPLS1孔RRH15孔WR

31、H14孔SAH12孔SBH11孔1、把数据写入寄存器R0二进制开关H0H7作为数据（D0D7）输入，置 11H（对应开关如下表）H7H6H5H4H3H2H1H0数据总线值D7D6D5D4D3D2D1DO8 位数据0001000111H按启停单元中的运行按钮，置实验平台为运行状态。置 WR=O、RR=1、SB=O、SA=O（对应开关如下表）。H15H14H12H11RRWRSASB1000按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在 RCK上产生一个上升沿的脉冲，把 11H打入R0寄存器。2、把数据写入寄存器R1置二进制开关H0H7（D0D7）为22H,各控制信号对应开关如下表。H15H14H12HllR

32、RWRSASB1010按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在 RCK上产生一个上升沿的脉冲，把 22H打入R1寄存器。3、把数据写入寄存器R2置二进制开关H0H7（D0D7）为33H,各控制信号对应开关如下表。H15H14H12HllRRWRSASB100125计算机组成原理实验平台HKZK-CPT按脉冲单元中的PL S 1 脉冲按键，在 R C K 上产生一个上升沿的脉冲，把 3 3 H打入R 2 寄存器。同理：置二进制开关 H 0 H 7 为 44H,RR=1 WR=O、S A=1、S B=1,在 RC K脉冲作用下把44H 打入R 3 寄存器。实验二：对 4 个寄存器进行读出操作置 WR=1

33、、RR=O、S B=O、S A=O（对应开关如下表）。此时把寄存器R O 数据读出总线数据I D B O I D B 7 指示灯将显示1 1 H。保持R R、W R 的值不变（RR=0,W R=1）,可通过分别设置S B、S A 为 1 0、0 1、1 1 把 RI,R2,R 3 中的值显示在总线上。观察寄存器输出的数据是否与上实验中写入的数据相同。H 1 5H 1 4H 1 2H 1 1RRW RS AS B0100附：74LS139的逻辑7 4L S 1 3 9输入输出S BS AY0Y 1Y 2Y 3选择寄存器XXHHHHX000111R 0011011R 1101101R 211111

34、0R 32.6微程序控制单元实验2.6.1 实验目的1、熟悉微程序控制器的原理2、掌握微程序编制、写入并观察运行状态2.6.2 实验要求按照实验步骤完成实验项目，掌握设置微地址、微指令输出的方法2.6.3 实验说明2.6.3.1 微程序控制单元的构成：（如图2-6-1）8 位微地址寄存器由2 片 7 4 L S 1 6 1 组成；3片6 2 6 4 （3*8 位）为微程序存储器；2 4 位微指令锁存器由3片7 4 L S 3 7 4 组成。26计算机组成原理实验平台HKZK-CPT0帼口B昌M i l口ffM 1 5口ffM 1 9口Bff图 2-6-12.6.3.2微程序控制单元原理：（如

35、图 2-6-2）由于本系统中指令系统规模不大、功能较简单，微指令可以采用全水平、不编码的方式，每一个微操作控制信号由1 位微代码来表示，24位微代码至少可表 示 24个不同的微操作控制信号。如要实现更多复杂的操作可通过增加一些译码电路来实现。增量方式来控制微代码的运行顺序，每一-条指令的微程序连续存放在微指27计算机组成原理实验平台HKZK-CPT令存储器连续的单元中。每一指令的微程序的入口地址是通过对指令操作码的编码来形成的。在本系统内指令码最长为8 位，那么最多可形成256条指令。在微程序存储器的0 单元存放取指指令，在启动时微地址寄存器清零，执行取指指令。每一-段微程序都以取指指令结束，

36、以取得下一条指令。在本系统内，MLD为置微地址的控制信号，M CK为工作脉冲。当 MLD=O、MCK有上升沿时，把MD0-MD7的值作为微程序的地址，打入微地址寄存器。当 MLD=1、MCK有上升沿时，微地址计数器自动加1。一 9,8 6 2二 2 二二二 三二以0 月二s s s s s s s h S S S S S S S S S S S S S 2 S S，IS.9 6 ，9 6 C l，9 6r，*9 G L C 7S96 一 一 一一85882888 沅8588338&8SBSaS8oe910ro8SS33S8B I蛇(tsi?，二N7子O J6ISSECS!SBdesX X-2：

37、7 7：f O S O 6I图 2-6-228计算机组成原理实验平台HKZK-CPT2.6.3控制信号说明:信号名称作 用有效电平MCK微程序工作脉冲上升沿用效MOCK微程序存储器输出工作脉冲低电平有效MLD微地址控制信号低电平有效MDOMD7微地址选择开关2.6.4实验步骤：将MD0-MD7,MLD接入二进制的开关上，将MCK、MOCK分别接入脉冲单元上的PLS1、PLS2上。（请按下表接线）。信号定义接入开关位号MCKPLS1孔MOCKPLS2孔MDOHO孔MD1Hl孔MD2H2孔MD3H3孔MD4H4孔MD5H5孔MD6H6孔MD7H7孔MLDH23孔按启停单元中的停止按键，使实验平台处

38、于停机状态。通过键盘把数据写入微程序存储器中，例如微地址0H中输入UH、UH、11H三个字节、在05H中输 入55H、55H、55H三个字节、在06H中输入66H、66H、66H。键盘监控的使用方法请参阅第4章 键盘监控。实验一：微地址打入操作按启停单元中的停止按键，使实验平台处于停机状态，此时微地址寄存器被清零。按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。此时微程序存储器为读状态，微地址寄存器（74LS161）确定了当前微程序存储器的地址，并且输出24位 微 操 作（M0M23）。按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在MOCK上产生一个上升沿，把当前微程序存储器输出的微指令打入微指令锁存器。

39、可 在CPT-B上的微指令指示灯显示出当前微指令，应 为11H,UH,11H。置MLD=0,微代码的地址MD0MD7（对应二进制开关H0H7）为05H（对29计算机组成原理实验平台HKZK-CPT应开关如下表）。H7H6H5H4H3H2H1H0H23MD7MD6MD5MD4MD3MD2MD1MD0MLD000001010按脉冲单元中的PLS1脉冲按键,在MCK上产生一个上升沿,把MD0-MD7打入74LS161,微地址显示灯MA0-MA7将显示0 5 H,微程序存储器把05H单元的内容输出。按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在 MOCK上产生一个上升沿的脉冲，把当前微指令打入微指令锁存器，在 C

40、PT-B板上的微指令指示灯应显示55H,55H,55Ho注意：微代码由3 片-74LS374作为微指令锁存器，它的0E端已经接地，只要M OCK端上有上升沿，即可锁存并输出微代码。实验二：微地址+1操作置 MLD=1。按启停单元中的运行按键，使实验平台处于运行状态。按脉冲单元中的PLS1脉冲按键，在 MCK上产生一个上升沿，微地址寄存器 自 动 加 l o 若原来微地址寄存器的值为0 5 H,那么当前的微地址显示灯MA0-MA7将显示0 6 H,同时微程序存储器输出06H单元中的内容。按脉冲单元中的PLS2脉冲按键，在 MOCK上产生一个上升沿，将微程序存储器的输出的微指令，打入微指令锁存器并

41、输出，在 CPT-B板上的微指令指示灯应显示66H,66H,66Ho2.7指令部件模块实验2.7.1 实验目的1、掌握指令部件的组成方式。2、熟悉指令寄存器的打入操作，PC计数器的设置和加1操作，理解跳转指令的实现过程。2.7.2 实验要求按照实验步骤完成实验项目，掌握数据打入指令寄存器IR1、PC计数器的重置，PC计数器自动加1和实现跳转指令的方法。2.7.3 实验说明2.7.3.1指令部件模块实验的构成：1片 74LS374作为指令模块的指令寄存器IR1,另 1片74LS374作为地址锁30计算机组成原理实验平台HKZK-CPT存器IR2。8 芯插座PC-IN作为数据输入端，可通过短8 芯

42、扁平电缆把数据输入端连接到数据总线上。2 片 74LS161作为PC计数器。2 片 74LS245（同时只有1片输出）作为当前地址的输出。8 芯插座PC-OUT作为地址输出端，可通过短8 芯扁平电缆把地址输出端连接到地址总线上。1片 74LS153来实现多种条件跳转指令（JZ,JC,JMP等跳转指令）。画 指 令 寄 存 器PC-IN丁LSI61PC-OUT图 2-7-12.7.3.2 指令部件模块原理：（如图2-7-2）指令寄存器IR 1（74LS374）的 EIR1为低电平并且IR1CK有上升沿时，把来自数据总线的数据打入IR1，IR1的输出就作为本系统内的8 位指令1017。在本系统内由

43、这8 位指令可最多译码256条不同的指令，通过编码可对应出这些指令在微程序存储器中入口地址，并且输出相应的微指令。2 片 74LS161组成了 PC计数器，它由信号ELP、信号PC-O、脉冲PCCK来控制PC计数器+1和 PC计数器置数操作。在停机状态下，由控制台置起始地址，给出打入脉冲并置入74LS161。当 ELP=O,PCCK有上升沿时可重新置PC值。当PCO=0、ELP=1,PCCK是上升沿时把当前PC计数器加1,并且把PC计数器的值作为地址输出到地址总线上。置EIR2为低电平，并且IR2CK有上升沿时，数据总线的数据打入IR2锁存器后，置IR2-O=0,PC-O=1时，把 IR2的值

44、作为地址输出到地址总线上。74LS153是4 选 1 的芯片，可通过JSO、JS1来选择用JC还是JZ 来实现条31计算机组成原理实验平台HKZK-CPT件跳转的指令。JS1JSO功 能00选 择 J Z 当通用寄存器为0 时跳转01选 择 J C当进位寄存器为0 时跳转10选 择 J N 提供给用户自定义，JN=O跳转11重新设置当前PC 指针，实 现 JM P指令2.7.3.3 控制信号说明信号名称作用有效电平IR1CKIR 1的工作脉冲上升沿有效IR2CKIR 2的工作脉冲上升沿有效PCCKPC 计数器工作脉冲上升沿有效EIR1选通指令寄存器IR1低电平有效EIR2选通指令寄存器IR2低

45、电平有效IR2-0IR2输出允许低电平有效PC-0PC 计数器内容输出允许低电平有效ELP74LS161控制信号高电平可重置PC 值；低电平时PC 值自动加1JS0-JS1选择开关见上表JZ条件跳转为零跳转2.7.4 实验步骤在启停单元中按“运行”按钮，使实验平台处于运行状态。把 EIR1,EIR2,PC-0,IR2-0,ELP,JSO,JS1 接入二进制拨位开关中。把 IR1CK和 IR2CK接入脉冲单元PLS1,PCCK接 入 PLS2中。用 长 8 位扁平电缆 把 PC-IN 与 CPT-B板上的二进制开关单元中J 0 3 相 连（对应二进制开关H0-H7）,PC-OUT用 短 8 位扁

46、平电缆连接地址总线A J 1,其他控制信号请按下表接线。信号定义接入开关位号IR1CKPLS1 孔IR2CKPLS1 孔PCCKPLS2 孔EIR1H 2 0孔EIR2H 1 9孔IR2-0H 1 8孔PC-OH 1 7孔ELPH 1 6孔JSOH 1 5孔JS1H 1 4孔JZH 1 3孔32计算机组成原理实验平台HKZK-CPT器仲曲令鸿MZuHbGISqm 2：2电 日 艇:726、-ZESJ?(war-Nl.2N1Ala:至才i-(aK6Ren一-.rA A A A一 Z E 苜 丹ulsw-do5-s1 2-gooIZI二一ICI二Euc二二一9wucE-、8OOog jo JAI

47、Nt e e&5辞832&8l H l8u2QaaaD-ssqxUNO二-JrxEQd3一下工二xml/OCYdS I35&3ESECS uodS 二9_，二s-TdI/I rq-d8d9MHHIqd1UH30.2-iuI1 2 1fHUO二二一。1zl cqolo二二一9-800A-CAM PLS4的 波 形（见后图2-9-2）。2.9模型机的总体设计2.9.1实验目的掌握了各个单元模块的工作原理，进一步将其组成完整的系统，构 造 成1台基本的模型计算机。在本试验中，我们将规划读写内存、寄存器、数值计算等功能，并且编写相应的微程序。请具体上机调试各个模块单元以便进一步掌握整机的概念。2.9.

48、2实验原理在各个模块实验中，各模块的控制信号都是由实验者手动模拟产生的。而在真正的实验系统中，模型机的运行是在微程序的控制下，实现特定指令的功能。在本实验平台中，模型机从内存中取出、解释、执行机器指令都将由微指令和与之相配合的时序来完成，即1条机器指令对应1个微程序。2.9.3模型机的总体设计2.9.3.1设计整机逻辑框图根据设计要求，对实验仪硬件资源进行逻辑组合，便可设计出该模型机的整机逻辑框图。如 图2-9-1是较典型的实验计算机整机逻辑框图。简单的模型计算机是由算术逻辑运算单元、微程序单元、堆栈寄存器单元、累加器、启停、时序单元、总线和存储器单元组成。在模型机中，我们将要实现R A M的

49、读写指令，寄存器的读写指令，跳转指令，A L U的加、减、与、或指令。把通用寄存器作为累加器A,进行左、右移等指令，整体构成一个单累加器多寄存器的系统。38计算机组成原理实验平台HKZK-CPT图 2-9-12.9.3.2设计指令系统本实验平台内采用的是8位数据总线和8位地址总线方式，在设计指令系统时，应考虑有哪几种类型的指令，哪几种寻址方式和编码方式。1、指令类型：（1）算术/逻辑运算类指令:39计算机组成原理实验平台HKZK-CPT如：加法、减法、取反、逻辑运算ADDA,Ri,SUB A,Ri(2)移位操作类指令：带进位或不带进位的移位指令。RRCA,RRA(3)数据传送类指令：CPU内部

50、寄存器之间数据传递MOVA,RiMOV Ri,A(4)程序跳转指令跳转指令分为无条件跳转指令和有条件跳转指令。可根据寄存器内容为零来 标 志(ZD)、有无进位来标志(C Y),也可根据用户自定义标志。JMP addr无条件跳转JZ addrZ D=0时跳转JC addrC Y=0时勘K转JN addr自定义(5)存储器操作类指令存储器读/写指令。把内存某单元内容写入寄存器中或把寄存器中的内容写入存储器。如：LDA addr(addr)-ASTA addr(A)-addr2、操作数寻址方式及编码(1)直接地址寻址：如：双字节指令LDA addr(addr)-A第1字节 第2字节 17|16|15