新版计算机组成原理实验指导书.pdf

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1、目 录第一章系统概述1.1 C P T H 简介-11.2 C P T H 特点.11.3 实验系统组成.-2第 二 章 模型机模块实验2.1 寄存器实验-3实 验 1：A、W 寄存器实验.-4实 验 2：R O、R l、R 2、R3寄存器实验-7实验3：MA R地址寄存器、ST堆栈寄存器、OUT输出寄存器实验.1 22.2 运算器实验-1 62.3 数据输出实验/移位门实验.1 8实 验 1：数据输出实验-1 9实 验 2：移位实验-202.4 u P C 实验-23实 验 1：u P C 加 1实验-24实 验 2：u P C 打入实验-252.5 P C 实验-26实 验 1：PC加 1

2、实验-28实 验 2：PC打入实验-282.6 存 储 器 E M实验-29实 验 1：P C/M A R 输出地址选择-3 0实 验 2：存 储 器 E M 写实验-3 0实 验 3：存 储 器 E M 读实验-3 2实 验 4：存储器打入I R 指令寄存器/u P C 实验-3 3实 验 5：使用实验仪小键盘输入E M-3 52.7 微程序存储器uM实验-3 6实 验 1：微程序存储器uM读出-3 7实 验 2：使用实验仪小键盘输入u M-3 72.8 中断实验-3 8第 三 章C PTH模型机3.1 模型机总体结构-4 03.2 模型机寻址方式-4 13.3 模型机指令集-4 13.4

3、模型机微指令集-4 4第四章模型机综合实验（微程序控制器）实 验 1：数据传送实验/输入输出实验-5 6实 验 2：数据运算实验（加/减/与/或）.5 9实 验 3：移位/取反实验-6 1实 验 4：转移实验.6 2实 验 5：调用实验-6 4实 验 6：中断实验.-6 6实 验 7：指令流水实验-6 8实 验 8：R I S C 模型机-70第五章组合逻辑控制5.1 组合逻辑控制器-725.2 用 CPL D实现运算器功能-79第六章设计指令/微指令系统.-8 2第七章扩展实验扩展实验1：用 8 25 5 扩 展 I/O 端口实验-8 6扩展实验2：用 8 25 3 扩展定时器实验-8 8第

4、八章实验仪键盘使用-9 0观察、修改内部寄存器-9 1观察、修改程序存储器内容.-9 2观察、修改微程序存储器内容-9 2用小键盘调试实验一-9 4第九章C PTH集成开发环境使用-.-9 6主菜单-9 7快捷键图标-9 8调试窗口-9 8结构图区/逻辑分析窗口-9 9指令/微程序/跟踪窗口-1 0 0寄存器状态-1 0 0附 录 一实验用芯片介绍-1 0 1第一章 系统概述1.1 CPTH 简介CPTH型计算机组成原理实验系统 以 F简称系统，是结合国内同类产品的优点，最新研制开发的超强型实验计算机装置（以下简称模型机。该系统采用单片机管理和EDA控制技术，自带键盘和液晶显示器，支持脱机和联

5、P C 机两种工作模式，运用系统监控和数码管等实时监视，全面动态管理模型机的运行和内部资源。模型机软硬件配置完整，支持 8 位字长的多种寻址方式，指令丰富，系 统 支 持 RS-232C串行通讯，并配有以win98/2000/XP为操作平台的动态跟踪集成调试软件，示教效果极佳，特别适用于计算机组成原理课程的教学与实验。1.2 CPTH 特点1、采用总线结构总线结构的计算机具有结构清晰，扩展方便等优点。CPTH实验系统使用三组总线即地址总线A B U S,数据总线DBUS、指令总线IBUS和控制信号，CPU、主存、外设和管理单片机等部件之间通过外部数据总线传输，C P U 内部则通过内部数据总线

6、传输信息。各部件之间，通过三态缓冲器作接口连接，这样一方面增强总线驱动能力，另一方面在模型机停机时，三态门输出浮空，能保证不管模型机的C PU 工作是否正常，管理单片机总能读/写主存或控存。2、计算机功能模块化设计CPTH为实验者提供运算器模块A L U,众多寄存器模块（A,W,IA,ST,MAR,ROR3等），程序计数器模块P C,指令部件模块IR,主存模块E M,微程序控制模块 控存u M,微地址计数器模块U P C,组合逻辑控制模块及I/O 等控制模块。各模块间的电源线、地线、地址总线和数据总线等已分别连通，模块内各芯片间数据通路也己连好，各模块的控制信号及必要的输出信号已被引出到主板插

7、孔，供实验者按自己的设计进行连接。3、智能化控制系统在单片机监控下，管理模型机运行和读写，当模型机停机时，实验者可通过系统键盘，读写主存或控存指定单元的内容，使模型机实现在线开发。模型机运行时，系统提供单步一条微指令（微单步）、单步一条机器指令（程单步），连续运行程序及无限止暂停等调试手段，能动态跟踪数据，流向、捕捉各种控制信息，实时反映模型机现场，使实验者及时了解程序和微程序设计的正确性，便以修改。4、提供两种实验模式手动运行Hand”：通过拨动开关和发光二极管二进制电平显示，支持最底层的手动操作方式的输入/输出和机器调试。自动运行：通过系统键盘及液晶显示器或PC机，直接接输入或编译装载用户

8、程序机器码程序和微程序，实现微程序控制运行，运用多种调试手段运行用户程序，使实验者对计算机组成原理一目了然。5、开放性设计运算器采用了 EDA技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，可自行重新设计并通过JTAG 口下载。逻辑控制器由CPLD实现，也可进行重新设计并通过JTAG 口下载。用户还可以设计自己的指令/微指令系统。系统中已带三套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。系统的数据线、地址线、控制线均在总线接口区引出，并设计了 4 0 芯锁进插座，供用户进行RAM、8251、825

9、5、8253、8259等接口器件的扩展实验。6、支持中断实验采用最底层的器件设计，让学生可以从微程序层面上学习中断请求、中断响应、中断处理、中断入口地址的产生、中断服务程序及中断返回（R E TD 整个过程。7、支持两种控制器实验系统提供两种控制器方式，即微程序控制器和组合逻辑控制器。在微程序控制器中，系统能提供在线编程，实时修改程序，显示程序并进行调试的操作环境。组合逻辑控制器,已下载有一套完整的实验方案，用户也可使用CPLD工具在PC机上进行自动化设计。8、支持子程序调用、返回、指令流水线和RISC精简指令系统实验。9、配备以Win98/2000/XP为操作平台的集成调试软件包系统支持RS

10、-232c串行通讯，借助PC 资源形成了强大的在线文档与图形的动态管理系统，自带编译器，支持汇编语言的编辑、编译、调试，一次点击即可完成程序和与其对应微程序的链接装载并自动弹出调试窗口，在主界面中开辟了程序和与其对应微程序的调试、模型机结构示意图（点击各模块即可修改双向模块参数）、微程序等跟踪显示窗口，供用户选择，可动态显示数据流向、实时捕捉数据、地址、控制总线的各种信息，使调试过程极为生动形象。1.3实验系统组成CPTH计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈

11、、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展单元、总线接口区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、管理单片机、24个按键、字符式LCD、RS232。第二章模型机模块实验对于硬件的描述可以有多种方法：如原理图，真值表，高级语言(本手册使用ABEI7VHDL),时序图等，在本手册中可以使用以上的四种方式来综合描述硬件。2.1寄存器实验实验要求：利 用 CPTH 实验仪上的K16.K23开关做为D BUS的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入寄存器，这些寄存器包括累加器A,工作寄存器W,数据寄存器组 R 0.R 3,地址寄存器M A R,堆栈寄存

12、器S T,输出寄存器OUT。实验目的：了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。实验电路：寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8 位的，因此在本模型机中大部寄存器是8 位的，标志位寄存器(Cy,Z)是二位的。CPTH用 74HC574来构成寄存器。74HC574的功能如下:74HC574 oc)-n-0ocCLK D?)-aID IQ18-卜 Q7?ori 今 c_/I A2LJ/Q17 q Q6/2rl 2 c5JU SQ16 x _ 2 2 _ _ z/TY1 Ais714,Q3/QOU GQ11%Q2/TTA*7C/c i _ _ _9/U2/S3/OU HQ1.在

13、CLK的上升沿将输入端的数据打入到8 个触发器中2.当 O C=1 时触发器的输出被关闭，当 O C=0时触发器的输出数据ocCLKQ7.Q0注释1XZZZZZZZZo c为1时触发器的输出被关闭00Q7.Q0当oc=o时触发器的数据输出01Q7.Q0当时钟为高时，触发器保持数据不变XtD7.D0在CLK的上升沿将输入端的数据打入到触发器中ocD7:0 55H X 66HR7:0 XX X 55H-Q7:0 ZZ X 55HCLK74HC574工作波形图实 验 1：A,W 寄存器实验74HC57474HC32 DBUS02QZ4Q06 Q7 Q8 QOCCLK.1D2D3D4D5 DD7 DS

14、D寄存器A 原理图 WEN CK74HC32o cCLK74HC574 DBUS7 DPUS6 DHUS5 DBUS4 DBUS3 DBUS2 DBVS1DBUSOlD2D3D4D5 De7 DSD1Q2Q3Q4Q86Q8Q-69寄存器w原理图AENWENDBUS7:0 55H X 66HA7:0 XX 乂 55H-W7:0 XX 乂 66HCLK|_|_|寄存器A,W 写工作波形图连接线表：连接信号孔接入孔作用状态说明1J1座J3座将 K23-K16 接入 DBUSpO实验模式：手动2AENK3选通A低电平有效3WENK4选通W低电平有效4CK已连ALU工作脉冲上升沿打入系统清零和手动状态设

15、定：K23-K16开关置零，按 RST 钮，按 TV/ME 键三次，进入Hand.”手动状态。在后面实验中实验模式为手动的操作方法不再详述.将 55H写入A 寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS 7:0 的数据输入，置数据55HK23K22K21K20K19K18K17K160101U101置控制信号为:K4(WEN)K3(AEN)10按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器A 的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A 寄存器。将 66H写入W 寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据66

16、HK23K22K21K20K19K18K17K1601100110置控制信号为:K4(WEN)K3(AEN)01按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据66H 被写入W 寄存器。注意观察：1,数据是在放开STEP键后改变的，也就是C K 的上升沿数据被打入。2 .WEN,AEN为高时，即使CK有上升沿，寄存器的数据也不会改变。实验2：RO,R L R2,R 3 寄存器实验寄存器R原理图DBUS7:0 UH X 22 Hx 33H X 44HR07J XX 乂 UHRI 网 XX 乂 22HR

17、27K XX X 33HR37)XXC K|_l L_J 1_J|_SB|SA|RRDRWR-1 寄存器R写工作波形图连接线表将11H写 入RO寄存器连接信号孔接入孔作用状态说明1J1座J3座招 K23-K16 接入 DBUSRO实验模式：手动2RRDKll寄存器组读使能低电平有效3RW RK10寄存器组写使能低电平有效4SBKI寄存器选择B5SAK O寄存器选择A6C K已连寄存器工作脉冲上升沿打入7D7.D0L7.L0观察寄存器数据输出二进制开关K23-K16用 于DBUS7:0的数据输入，置 数 据11HK23K22K21K20K19K18K17K1600010001置控制信号为:Kll

18、(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)1000按 住 STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器R 0 的黄色选择指示灯亮，表明选择R 0 寄存器。放 开 STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数 据 11H 被写入R 0 寄存器。将 22H写入R 1寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据22HK23K22K21K20K19K18K17K1600100010置控制信号为:Kll(RKD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)1001按 住 STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器R 1 的黄色选择指示灯亮，表明选择R 1 寄存器。放开ST

19、EP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据22H被写入R 1 寄存器。将 33H写入R 2寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据33HK23K22K21K20K19K18K17K1600110011置控制信号为:Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)1010按 住 STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器R 2 的黄色选择指示灯亮，表明选择R 2 寄存器。放开STEP健，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据33H被写入R 2 寄存器。将 44H写入R 3寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据44HK23K22K

20、21K20K19K18K17K16010001L I0置控制信号为:Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)1011按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器R 3 的黄色选择指示灯亮，表明选择R 3 寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据44H被写入R 3 寄存器。注意观察：1.数据是在放开STEP键后改变的，也就是CK 的上升沿数据被打入。2.Kl(SB),KO(SA)用于选择寄存器。Kl(SB)KO(SA)选择00RO01RI10R211R3DBUS7：0 及*UH X历次 22H X X 33H 乂2衣ZLR07J 11HRI 7:0 22

21、H R27:0 33HR37K)44H SB|SA|I I喇 i i i ii ii rRWR寄存器R读工作波形图读RO寄存器置控制信号为：Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)0100这时寄存器RO的红色输出指示灯亮，R 0寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7.LO为：00010001.将Kll(RRD)置 为1,关闭R 0寄存器输出。读R 1寄存器置控制信号为:Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)0101这时寄存器R 1的红色输出指示灯亮，R 1寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7.L0为：00100010.将Kll(RRD)置

22、 为1,关闭R 1寄存器输出。读R 2寄存器置控制信号为:Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)0110这时寄存器R 2的红色输出指示灯亮，R 2寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7.L0为：00110011.将Kll(RRD)置 为1,关闭R 2寄存器输出。读R 3寄存器置控制信号为:Kll(RRD)KIO(RWR)Kl(SB)KO(SA)0111这时寄存器R 3的红色输出指示灯亮，R 3寄存器的数据送上数据总线。此时数据总线指示灯L7.L0为：01000100.将Kll(RRD)置 为1,关闭R 3寄存器输出。注意观察：1.数据在Kll(RRD)为0时输出，不

23、是沿触发，与数据打入不同。实验3：M A R地址寄存器，S T堆栈寄存器，O UT输出寄存器(DBUS6(DBUS3$-?DBUS1(DBU80 74HC574ii coc11C LK2in1932D184173D5164D6155D7146D8137D91?mABUS4)ABUS1$DBU36 DBUS3 DBUS4 DBU53 DBUS2 DBUS1 DBUSO 3TTTTV1QW3Q4Q5 Q6 Q7 QSQIOC回I1DI2D4I4DI5 DI6 Dml8 D191F161T1312(5UT7(0UT6(o imCOUT4 OUT3 OUT2 OUT1(o u ro寄存器OUT原理图D

24、BUS7:0 12H-X 34H 乂 56HMAR7:0 XX XHi i r X-ZZST7;0 XX-%34HOUT7:0 XXMARENSTENOUTENCKMAROE寄存器MAR,ST,OUT写工作波形图连接线表连接信号孔接入孔作用状态说明1J2座J3座将 K23-16 接入 DBUpO实验模式：手动2MAROEK14MARM址输出使能低电平有效3MARENK15MAR寄存器写使能低电平有效4STENK12S暗存器写使能低电平有效5OUTENK13OUT寄存器写使能低电平有效6CK已连寄存器工作脉冲上升沿打入将12H写 入MAR寄存器二进制开关K23-K16用 于DBUS7:0的数据输

25、入，置 数 据12HK23K22K21K20K19K18K17K1600010010置控制信号为:K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(OUTEN)K12(S1EN)0011按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器MAR的黄色选择指示灯亮，表明选择MAR寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数 据 12H被写入MAR寄存器。K14(MAR0E)为 0,MAR寄存器中的地址输出，M A R 红色输出指示灯亮。将 K14(MAROE)置 为 1,关闭MAR输出。将 34H写入ST 寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据34HK23K

26、22K21K20K19K18K17K160011010u置控制信号为:K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(OUTEN)K12(STEN)1110按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器S T 的黄色选择指示灯亮，表明选择S T 寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据34H被写入S T 寄存器。将 56H写入OUT寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7Q的数据输入，置数据56H置控制信号为:K23K22K21K20K19K18K17K1601010110K15(MAREN)K14(MAR0E)K13(0UIEN)K12(STEN)1101按 住

27、STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器O U T 的黄色选择指示灯亮，表明选择 O U T 寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据56H 被写入OUT寄存器。2.2运算器实验实验要求：利 用C P T H实验仪的K 1 6.K 2 3开关做为D B U S数据，其它开关做为控制信号，将数据写累加器A和工作寄存器W,并用开关控制A L U的运算方式，实现运算器的功能。实验目的：了解模型机中算术、逻辑运算单元的控制方法。实验电路：C P T H中的运算器由片C P L D实现，有8种运算，通过S 2,S I,S O来选择，运算数据由寄存器A及寄存器W给出，运算结果输出

28、到直通门D。S 2 S 1 so功能000A+W加001A-W减010A|W或011A&W与100A+W+C带进位加101A-W-C带进位减110 AA取反111A输出A连接线表连接 信号孔接入孔作用状态说明1J 1座J 3将 K 2 3-K 1 6 接入 D B U S 7：q实验模式：手动2soK O运算器功能选择3S 1K I运算器功能选择4S 2K 2运算器功能选择5A E NK 3选通A低电平有效6W E NK 4选W低电平有效7C y I NK 5运算器进位输入8C K已连A L U工作脉冲上升沿打入将5 5 H写入A寄存器二进制开关K 2 3-K 1 6用于D B U S 7:0

29、 的数据输入，置数据5 5 HK23K22K21K20K19K18K17K1601010101置控制信号为:K5(Cy IN)K4(WEN)K3(AEN)K2(S2)K1(S1)K O(SO)01000L i按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器A 的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A 寄存器。将 33H写入W 寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据33HK23K22K21K20K19K18K17K1600110011置控制信号为:K5(Cy IN)K4(W EN)K3(AEN)K2(S

30、2)K1(S1)K O(SO)001000按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器W 的黄色选择指示灯亮，表明选择W寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据33H 被写入W 寄存器。置下表的控制信号，检验运算器的运算结果K5(Cy IN)K2(S2)K1(S1)KO(SO)结果(直通门D)注释X00088H加运算X00122H减运算X01077H或运售X01111H与运算010088H带进位加运售110089H带进位加运算010122H带进位减运算110121H带进位减运售X110AAH取反运算X11I55H输出A注意观察：运算器在加上控制信号及数据(A,W)后，

31、立刻给出结果，不须时钟。2.3 数据输出实验/移位门实验实验要求：利用CPTH实验仪的开关做为控制信号，将指定寄存器的内容读到数据总线 DBUS上。实验目的：1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理。2、了解运算器中移位功能的实现方法。实验电路：CPTH中有7 个寄存器可以向数据总线输出数据，但在某一特定时刻只能有个寄存器输出数据，由X2,X I,X 0决定那一个寄存器输出数据。数据输出选择器原理图XQ X I X 0输出寄存存器000I N _ O E外部输入门001I A _ O E中断向量010S T _ O E堆栈寄存器011P CJ 3E P C寄存器100D_ O E直通门10

32、1R _ O E右移门110L _ O E左移门111没有输出连接线及连接信号孔接入孔作用状态说明1J 1座J 3座将 K 2 3-K 16接 入 DBU S 7:0实验模式：手动2X 0K 5寄存器输出选择3X IK 6寄存器输出选择4X 2K 7寄存器输出选择5A E NK 3选通A低电平有效6CNK 9移位是否带进位0：不 带 进 位1：带进位7Cy I NK 8移位进位输入8S 2K 2运算器功能选择9S IK I运算器功能选择10S OK O运算器功能选择11CK已连A L U工作脉冲上升沿打入实 验1:数据输出实验置下表的控制信号，检验输出结果X 2X IX 0指 示 灯（红色）选

33、通数据总线000I m 旨示输 入 门(K 2 3-16)0013指示中 断 向 量（由拨动开关给出）010S 璐 示堆栈寄存器011P C指示P C寄存器100D 直通门指示D 直通门101R 右移门指示R 右移门110L 左移门指示L 左移门111没有输出实验2：移位实验V EPUS2 5(re u s】ALU直接输出和零标志位产生原理图 ALU AL5ALU4 ALU3 ALU2 ALU13 ALUO fL O E74HC2457AO BOAl BlAl B2A3 B3A4 B4A5 B5A6 B6A7 B7DIR18317i16515614713S12911yALU左移输出原理图ALU

34、右移输出原理图/DBUS-DBUSd DBUS5 D B 3 DBUS3 DBCS2 DBUS1 DBUSO直通门将运算器的结果不移位送总线。当 X2X1XO=1OO时运算器结果通过直通门送到数据总线。同时，直通门上还有判0 电路，当运算器的结果为全0 时，Z=l,右移门将运算器的结果右移位送总线。当 X2X1X0T01时运算器结果通过右通门送到数据总线。具体内部连接是：Cy 与 CN f DBUS7ALU7-DBUS6ALU6-DBUS5ALU5-DBUS4ALU4-DBUS3ALU3-DBUS2ALU2 f DBUS1ALU1 f DBUSOCy 与 CN f DBUS7当不带进位移位时(

35、CN=O)：0-DBUS7当带进位移位时(CN=1)：Cy-*DBUS7左移门将运算器的结果左移一位送总线。当 X2X 1X0=11 0 时运算器结果通过左通门送到数据总线。具体连线是：ALU6-DBUS7ALU5-DBUS6ALU4-DBUS5ALU3f DBUS4ALU2 f DBUS3ALU1-DBUS2ALU0-DBUS1当不带进位移位时(CN=O)：0 f DBUSO当带进位移位时(CN=1)：C y-DBUSO将 55H写入A 寄存器二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据55HK23K22K21K20K19K18K17K160101U101置控制信号为:K3(

36、AEN)K2(S2)K1(S1)KO(SO)0111按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器A 的黄色选择指示灯亮，表明选择A寄存器。放开STEP键，C K 由低变高，产生一个上升沿，数据55H被写入A 寄存器。S2S1SO=111时运算器结果为寄存器A 内容CN Cy IN LDR0XAA 1010101055 010101012A 0010 101010AA 1010101055 0101 01012A 0010 101011AB 1010 101155 0101 0101AA 1010 1010注意观察：移位与输出门是否打开无关，无论运算器结果如何，移位门都会给出移位结果。但究竟

37、把那一个结果送数据总线由X2X1X0输出选择决定。2.4微程序计数器u P C实验实验要求：利用CPTH实验仪上的K16.K23开关做为DBUS的数据，其它开关做为控制信号，实现微程序计数器uPC的写入和加1功能。实验目的：1、了解模型机中微程序的基本概念。2、了解uPC的结构、工作原理及其控制方法。实验电路：74HC161是一片带预置的4 位二进制记数器。功能如下：当 RST=O 时，记数器被清0当 IREN=0 时，在 C K 的上升沿，预置数据被打入记数器当 IREN=1 时，在 C K 的上升沿，记数器加一TC为进位，当记数到F(1111)时，TC=1CEP,C E T 为记数使能，当

38、 CEP,CET=1时，记数器工作，CEP,CET=O时，记数器保持原记数值 IBUS2:CLKPEMRQOQ1Q2Q3TC14IT亘 uPCO uPCl uPC2 uPC374HC16135.67QO5Q23TC固P1P2P3CESFPEM R14TT7TIT uPC5)uPC6 74HC161uPC原理图uPC7:0 忘X O O H X 10H X HH 乂 12HEBUS7:0 12H.RST|CK I I I I|IREN I IuPC工作波形图在 C PTH 中，指 令 IBUS7:O的高六位被接到uP C 预置的高六位，uP C 预置的低两位被置为0。一条指令最多可有四条微指令。

39、微程序初始地址为复位地址0 0,微程序入口地址由指令码产生，微程序下一地址有计数器产生。连接线表连接信号孔接入孔作用状态说明1J2座J3座将 K23-K16 接入 DBU7:0实嗡模式：手动2IRENK0预置uPC低电平有效3EMENK1EM存储器工作使能低电平有效4EMWRK2EM存储器写使能低电平有效5EMRDK3EM存储器读使能低电平有效6CK已连uPC工作脉冲上升沿打入实 验 1：uP C 加一实验置控制信号为:K3(EMRD)K2(EMWR)Kl(EMEN)KO(IREN)1111按一次STEP脉冲键，CK 产生一个上升沿，数据uP C 被加一。实验2：uP C 打入实验二进制开关K

40、23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据12HK23K22K21K20K19K18K17K1600010010置控制信号为:K3(EMRD)K2(EMWR)Kl(EMEN)KO(IREN)100U当 EMWR,EMEN=O时，数据总线(D B U S)上的数据被送到指令总线(IBU S)上。按住STEP脉冲键，C K 由高变低，这时寄存器uPC的黄色预置指示灯亮，表 明 uPC被预置。放开STEP键，C K 山低变高，产生一个上升沿，数 据 10H被写入uPC寄存器。2.5 P C 实验实验要求：利 用 CPTH 实验仪上的K16.K23开关做为DBUS的数据、其它开关做为控制信号，实

41、现程序计数器PC 的写入及加1 功能。实验目的：1、了解模型机中程序计数器P C 的工作原理及其控制方法。2、了解程序执行过程中顺序和跳转指令的实现方法。实验电路：P C 是由两片74HC161构成的八位带预置记数器，预置数据来自数据总线。记数器的输出通过74HC245(PCO E)送到地址总线。P C 值还可以通过74HC245(PCOE_D)送回数据总线。P C 原理图在 CPTH 中，PC+1由 PCOE取反产生。当 RST=0 时，P C 记数器被清0当 LDPC=0当 PC+1=1当 PCOE=0时,时，时,在 C K 的上升沿，预置数据被打入PC记数器在 C K 的上升沿，PC记数

42、器加一PC值送地址总线vcc5-(LDPC z-ZI0UI2I3I4I5I6I7114131211109PC打入控制原理图ABC-EP C打入控制电路由一片74HC151八选一构成（ispl016实现）。ELPIR3IR2cyZLDPC1XXXX10001X00000X1001X10001X0101XXX0当ELP=1时，LDPC=1,不允许PC被预置当 ELP=0 时，LDPC 由 IR3,IR2,Cy,Z 确定当 IR3 1R2=1 X 时，LDPC=0,PC 被预置当 IR3IR2=00 时，LD P C V E C y,当 Cy=l 时，PC 被预置当 IR3IR2=0 1 时，L D

43、 P C V Z,当 Z=1 时，PC 被预置连接线表实 验 1：P C 加一实验连接信号孔接入孔作用状态说明1J2座J3座将 K23-K16 接入 DBU7:0实验模式：手动2PCOEK5PC输出到地址总线低电平有效3JIR3K4预置选择14JIR2K3预置选择05JRZK2Z标志输入6JRCK1C标志输入7ELPK0预置允许低电平有效8CK已连PC工作脉冲上升沿打入置控制信号为：K5(PCOE)KO(ELP)01按一次STEP脉冲键，CK 产生一个上升沿，数据P C 被 加 实验2：P C 打入实验二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据12HK23K22K21K20K

44、19K18K17K1600010010置控制信号为:IR3(K4)R2(K3)JRZ(K2)JRC(K1)ELP(K0)LDPC黄色PC预置指示灯XXXX11灭00X100壳00X001灭011X00灵 J010X01灭1XXX00同每置控制信号后，按一下STEP键，观察PC 的变化。2.6 存储器E M实验实验要求：利 用 CPTH实验仪上的K16.K23开关做为D BUS的数据，其它开关做为控制信号，实现程序存储器E M 的读写操作。实验目的：了解模型机中程序存储器E M 的工作原理及控制方法。实验电路：存储器E M 由 片 6116RAM构成，是用户存放程序和数据的地方。存储器E M 通

45、过一片74HC245与数据总线相连。存储器E M 的地址可选择由PC或 M AR提供。存储器E M 的数据输出直接接到指令总线IB U S,指令总线IBU S的数据还可以来自一片74HC245。当 ICO E为 0 时，这片74HC245输出中断指令B8。lEXEN bABUSO-ABUS1 ABUS2-ABUS3 ABUS4 ABUS5-ABUS6 AEUS7-DBUSOD5US1DBUS 2DEUS 3DBUS4DBUS 5DBUS6DBUS 7IEUS0I BUSII BUS 2I BUS 3IBUS4I BUS 5IBUS6I BUS 7pOCE 卜EM 原理图连接线表连接信号孔接入孔

46、作用状态说明1J 2座J 3座将 K 2 3-K 16 接入 DBU S 7:0实验模式：手动2I R E NK 6I R,u P C写允许低电平有效3P C O EK 5P C输出地址低电平有效4M A R O E K 4M A R输出地址低电平有效5M A R E N K 3M A R写允讦低电平有效6E M E NK 2存储器与数据总线相连低电平有效7E M R DK I存储器读允许低电平有效8E M W RK O存储器写允许低电平有效9C K已连P C工作脉冲上升沿打入1 0C K已连MARI作脉冲上升沿打入1 1C K已连存储器写脉冲上升沿打入1 2C K已连I R,u P C工作脉

47、冲上升沿打入实 验1；P C/M A R输出地址选择置控制信号为:K 5(P C O E)K 4(M A R O E)地址总线红色地址输出指示灯01P C输出地址P C地址输出指示灯亮10M A R输出地址M A现址输出指示灯亮11地址总线浮空00错误P C及M A R同时输出P C及M A R M址输出指示灯亮以下存贮器EM 实验均由MAR提供地址实验2：存储器EM写实验将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据00H置控制信号为:K23K22K21K20K19K18K17K16000U0000按 STEP键，将地址0 写入MARK6(IREN)K5(P

48、COE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)K O(EMWR)1110111将数据11H写入EMO二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据11HK23K22K21K20K19K18K17K1600U100U1置控制信号为:K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)K O(EMWR)1101010按 STEP键，将数据11H写入EM01将地址1 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控

49、制信号为:按 STEP键，将地址1 写入MARK6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)KO(EMWR)1110111将数据22H写入EM1二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据22HK23K22K21K20K19K18K17K1600100010置控制信号为:按 STEP键，将数据22H写入EM1K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)KO(EMWR)1101010实验3：存储器E M 读实验将地址0 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0

50、的数据输入，置数据00HK23K22K21K20K19K18K17K160u000000置控制信号为:K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)KO(EMWR)1110111按 STEP键，将地址0 写入MAR读 EMO置控制信号为:K6(IREN)K5(PCOE)K4(MAROE)K3(MAREN)K2(EMEN)KI(EMRD)K O(EMWR)11U1101EMO被读出：11H将地址1 写入MAR二进制开关K23-K16用于DBUS7:0的数据输入，置数据01HK23K22K21K20K19K18K17K1600000001置控制