计算机组成与结构实验指导

第一章DICE－2H型计算机组成原理实验系统概述1．1引言„„„„„„„„„„„„„„„„„11．2系统组成与特点„„„„„„„„„„„„11．3系统通用电路简介„„„„„„„„„„„31．4系统控制信号引脚定义及说明„„„„„„71．5系统技术指标„„„„„„„„„„„„„101．6系统使用与初始化„„„„„„„„„„„10第二章实验指导实验一运算器组成实验„„„„„„„„„„„„14实验二存贮器实验„„„„„„„„„„„„„„17实验三数据通路实验„„„„„„„„„„„„„20实验四微程序控制实验„„„„„„„„„„„„22实验五CPU组成与指令周期实验25第三章附录1．集成电路说明„„„„„„„„„„„„„„„„322．二进制微指令代码表„„„„„„„„„„„„„393．微指令 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图„„„„„„„„„„„„„„„„404．系统组成框图„„„„„„„„„„„„„„„„415．八位数据通道原理图„„„„„„„„„„„„„43第一章DICE－2H型计算机组成原理实验系统概述1．1引言DICE-2H型计算机组成原理实验仪（以下简称系统或实验计算机）是根据理工科院校计算机组成原理课程大纲的要求和计算机教学迅速发展的需要，在吸收了国内先进教学成果的基础上 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 定型的。系统采用模块化组合结构，为本科高校层次的《计算机组成原理》、《计算机组成与结构》、《逻辑设计》等课程提供了实验条件。1．2系统组成与特点1．2．1系统组成系统由主板DICE-2HA和演示板DICE-2HB组成。一、主板DICE-2HA主要由以下几部分组成1、控制电路设置了31只按键开关（Ani~An31），用于控制信号的逻辑状态设置，其状态由相应的发光二极管指示，按下开关为“1”，指示灯点亮，否则为“0”，指示灯灭。DIP1为置数拨动开关，用于完成数据和地址等输入。DIP2为时钟源选择开关，开关某位向上为选通。设置了3个单脉冲电路（Po~P2）,Po（START）、P2（RST）按钮分别为实验电路提供启动和清零信号，P2同时为单片机提供复位信号，Pi为备用。2、实验电路实验电路主要由运算器电路（ALUUNIT）、存贮器电路（RAMUNIT），数据通路、时序电路（CLKUNIT）、微程序控制电路（UPCUNIT）等组成。3、显示电路发光二极管D7~D0、A7~A0、PC7~PC0、uA4~uA0作为二进制显示，用于显示实验中数据、地址、PC值、微地址用。4、配备通用面包板、GAL器件插座，以便支持逻辑电路扩展实验。5、电源在实验仪中配备了开关电源：交流输入电压220V，50Hz，直流输出电压5V,5A。二、演示板DICE-2HB主要由以下几部分组成1、单片机控制单元（MPUUNIT）该单元采用AT89C51单片机管理实验计算机内部资源（以下简称寄存器）和操作状态。2、显示单兀（DISPLAYUNIT）24位数码管对应于12个寄存器单元，动态显示实验计算机当前操作的结果，发光二极管对应于当前寄存器操作状态，其中BUSUSEFLAG（总线占用标志）发光二极管组用于显示数据总线占用指示，某灯点亮表示该寄存器输出占用总线，由于实验计算机内部数据总线公用，一般某一时刻只允许一个寄存器输出占用总线，否则会引起总线混乱。三、系统组成框图另图见P13页。1．2．2系统特点由于系统的模块化，学生可通过一系列积木式实验，同时通过演示板可观察实验结果，对CPU内部的运算功能、控制功能、总线结构、指令系统的设计和微指令的实现以及CPU内部如何工作有直观、深刻的认识。在各项分实验的基础上，通过自已设计并实现一台模型机的运行。从而对计算机的原理、结构，从部件到各系统，直到整机有一个形象的、生动的、本质的认识。有利于培养学生的动手能力，创造性分析问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和解决问题的能力。1．3系统通用电路简介一、通用操作部分1、31个逻辑开关AN1〜AN31（见图2A）ANi输出对应于开关设置的相应逻辑值，开关按下时为逻辑“1”，常态时为逻辑“0”。2、31个电平显示电路（见图2B）R1330VCC0图2A逻辑开关电路图图2B电平显示电路图当输入端接高电平时，发光管显示亮，当输入端接低电平时，发光管不显示（灭）。3、三个单脉冲电路（电路见图3）每个电路的输出对应于二个输出端P+、P—。每按一下按钮，在相应的输出端输出正、负脉冲各一个。图3单次脉冲电路图二、时钟电路（见图4）提供一组方波信号发生器，输出频率F0为250KHZ,F1为500KHZ,F2为图5时序发生器及启停电路MF为时钟输入端，时钟频率可从F0〜F3中选择一个。TJ、DP为单步停机控制信号，当某一或二个都为高电平“1”时，此时,时序发生器处于停机或单步状态。即每按一次启动按钮PO（P0和巴已接入）产生一拍时序信号T1、T2、T3、T4。当TJ、DP都为低电平时，按一次启动按钮P0,产生连续时序信号，CLR接P2（已接入）作清除按钮。连续输出时序波形见图6所示。T1、T2、T3、T4有二组输出信号，以提高负载能力。T2T3图6连续输出时序波形图四、接口定义UBINUPCOUT此座信号来自逻辑开关并已连到实验电路控制端此座信号为微控器单元输入/输出信号CZ2、CZ4CZ1、CZ3CZ2为输出信号CZ4为输入信号CZ1为输出信号CZ3为输入信号1．4系统控制信号引脚定义及说明下列控制信号由逻辑开关或微控制器输出信号提供。1、S3S2S1SO：ALU操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的一种操作。2、M：ALU操作方法选择信号端。M=0执行算术操作；M=1执行逻辑操作。3、Cn：进位标志信号。/Cn=0表示ALU运算时最低位加进位1；/Cn=1,则表示无进位。4、LDAR:将SW7〜SW0逻辑开关量或程序计数器的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 打入到地址寄存器AR中，产生RAM的地址。5、/CE：RAM片选信号，CE=0时RAM6116被选中。6、WE：RAM读写控制信号。当CE=0时，如WE=0为存贮器读；如WE=1为存贮器写。7、LDDR1:控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1。8、LDDR2:控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2。9、StBUS：控制八位数据开关SW7〜SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。10、ALU-BUS:控制运算器的运算结果是否送到总线BUS，低电平有效。11、LDPC：程序计数器PC计数控制信号，LDPC=l时，在时序信号上升沿到来时，程序计数器PC地址加1。12、/LOAD：LOAD=O时，PC程序计数器处于并行置数状态，LOAD=l时,PC处于计数状态。13、/UP:微地址寄存器输出控制信号，UP=O,微地址信号输出。14、匹迹：控制程序计数器的内容是否送到总线BUS，低电平有效。15、ROUS：控制发送数据信号，将寄存器R0的数据发送到总线上，低电平有效。16、R^BUS：控制发送数据信号，将寄存器的R1数据发送到总线上，低电平有效。17、R2zBUS：控制发送数据信号，将寄存器R2的数据发送到总线上，低电平有效。18、LDIR:控制把总线上的数据（指令）输入到指令寄存器IR中。19、LDR0:控制把总线上的数据打入寄存器R0。20、LDR1:控制接收数据信号，将总线上的数据打入到寄存器R1。21、LDR2:控制接收数据信号，将总线上的数据打入到寄存器R2。22、TJ、DP:时序发生器的停机单步控制信号端。当TJ、DP均为低电平时，按一次P0按键，产生连续时序信号Tl、T2、T3、T4。当DP、TJ中某一或二个均为高电平时，时序发生器处于单拍状态，按一次P0，产生一拍（单拍）时序信号Tl、T2、T3、T4。23、IR7〜IR5:指令寄存器的IR7、IR6、IR5输出信号，输入至微程序控制器修改微地址的信号。24、SWE:微程序控制器的微地址修改信号。SWE已接逻辑开关，先按下CLR（即P2）清零键，使微地址为全0时；将逻辑开关SWE从“1”一“0”一“1”（相当于负脉冲），微地址修改为10000,使机器处于写RAM微程序。25、SRD:微程序控制器的微地址修改信号。SRD己接逻辑开关，先按下CLR（即P2）清零键，使微地址为全0时，将逻辑开关SRD从“1”一“0”一“1”（相当于负脉冲），微地址修改为01000，使机器处于读RAM的微程序。26、T1〜T4:时序信号发生器提供的四个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时序输出信号，可以采用单拍或连续两种方式输出。27、MF：时序发生器的时钟输入端，从F0、Fl、F2、F3中任选一个。28、F0〜F3：时钟源输出信号端，F0输出频率为250KHz,Fl输出频率为500KHz,F2输出频率为1MHz、F3输出频率为2MHz。29、PO、P0、Pl、巴、P2、P2：单次脉冲(按键)输出端。P为正脉冲，P为负脉冲。其中P0,巴为时序发生器启动控制信号，按一次P0，时序发生器可输出一拍或连续时序信号T1、T2、T3、T4。P2为复位按键，按一次P2可使实验计算机、单片机复位。30、Cn+4：ALU的进位输出端，Cn+4=0表示运算后有进位输出。31、P(1)：微程序控制器输出的修改微地址卩(1)标志信号。用于机器指令的微程序分支测试。32、D7〜D0八位数据通路的8条总线，D7为高位，D0为低位。33、A7〜A0存贮器RAM的地址输入信号，A7为高位，A0为低位。34、PC7〜PC0：程序计数器PC输出信号端，PC7为高位，PC0为低位。此信号己连接到逻辑电平指示灯上，以监视PC值变化。35、SW7〜SW0八位数据输入端，在SW-BUS有效时，将八位数据输入到总线。(开关向上为1，向下为0)36、uA4〜uA0：微程序控制器的微地址输出信号，uA4为高位，uA0为低位。此信号己接有指示灯，可监视微地址变化。37、CLR：清零信号输入端，已连接单次脉冲P2按键。注意1：WE存储器读写信号，由于接至RAM时，经过了与非门，因此实际运用时，WE=0为存储器写，WE=1为存储器读。注意2：LDR0、LDR1、LDR2、LDDR1、LDDR2、LDAR、LDPC、LDIR、WE控制信号受时序信号T3或T4控制，当上述信号为高电平时，T3信号或T4信号上升沿到来时，该信号才起作用。1．5系统技术指标⑴机器字长8位，即运算器、内存、数据总线、地址总线等都是8位。⑵指令系统中，基本指令系统为8位，指令简炼、实用。⑶系统支持内存为256字节。⑷主频为250KHz〜2MHz。⑸运算器由2片74LS181级联而成，片间采用串行进位方式传递进位信号ALU内部有实现16种算术与逻辑运算功能。⑹控制器采用微程序控制，在实验仪上可进行8位字长具有5条指令的计算机系统实验，此微程序已固化在3片2764芯片中。实验者也可方便地修改已有的微程序监控设计或加进若干条自己设计的新指令，新老指令可同时运行。⑺系统支持最底层的手工操作方式的输入/输出和机器调试。1．6系统使用与初始化实验前必须仔细阅读本节，某些说明在实验指导中不再赘述。①标识定义数码管定义ALU:运算器输出结果DR1:暂存器1DR2:暂存器2R0：工作寄存器0R1：工作寄存器1R2：工作寄存器2RAM：内存结果AR:内存地址PC：程序计数器IR：指令寄存器uAR：微地址寄存器INPUT：输入缓冲器发光二极管定义LALU:运算器输出指示LEDR1：暂存器1锁存指示LEDR2:暂存器2锁存指示LER0：工作寄存器0锁存指示LER1：工作寄存器1锁存指示LER2：工作寄存器2锁存指示LEAR:内存地址锁存指示LEPC：PC装载指示LEIR:指令寄存器输入指示RDY/BUSY:正常闪动表示管理单片机处于待命准备状态，由闪动转为常亮或灭表示单片机忙(处于中断服务状态)。LCMB:数据总线公用指示，该指示灯组由闪动一常亮，表示有寄存器输出占用总线，具体哪个寄存器输出由BUSUSEFLAG发光管指示，某灯点亮，表示该单元输出占用总线。DO〜D7：二进制显示数据总线值A0〜A7：二进制显示内存地址值PCO〜PC7：二进制显示PC计数器值uA4〜uAO：二进制显示微地址值②确认已连好CZ1-CZ3,CZ2-CZ4,并按下表置逻辑开关状态，开关按下为“1”，否则为“0”。/SW-BUS/ALU-BUS/R0-BUS/R1-BUS/R2-BUS/CE/PC-BUS1111111③将标有220V的电源线插头插入市电插座，接通开关，+5VLED指示灯亮，表示系统电源工作正常，RDY/BUSY灯正常闪动表示单片机处于待命准备状态，按P2(RST)键，使单片机、实验计算机手动复位。/PC-BUS/R0-BUS/R1-BUS/R2-BUSLDR0LDR1111111LDR2DPTJUPLDIR11101④初始化设置a.按下表置逻辑开关状态DIP1DIP2LDAR/CEWELDDR1LDDR2/SW-BUS/ALU-BUSLDPC/LOAD00f0101110110操作状态说明：通过上表设置，初值置数00,时钟源f0(250KHZ),机器处于单步状态。此时总线控制信号只有/SW-BUS、/RD-RAM有效，总线占用标志灯/SW-BUS、/RD-RAM点亮，同时LCMB总线指示灯组闪动几下后转为常亮，表明此时INPUT、RAM两单元输出占用总线，此时RDY/BUSY灯亮或灭表示单片机正处于忙态(中断服务)。如其它总线控制信号/XX-BUS有效，以此类推。b.按一下启动按键P0(START)，各寄存器单元值应为下表DR1DR2R0R1R2INPUTRAMARPCIRUARALU0000000000000000000000XX操作状态说明：通过b操作，使各寄存器单元初值为0(ALU除外)，同时发光二极管LEDR1、LEDR2、LER0、LERI、LER2、LEAR、LEPC、LEIR先后闪动转为常亮，表示实验计算机在时序信号控制下，对相应单元给出写入指示，并保留当前操作状态。⑤关于总线控制信号/XX-BUS说明：实验时，总线控制信号一般在同一时刻只允许一个有效，不允许有二个或几个同时有效，以免引起总线混乱，如有其它总线控制信号进入，应等原总线控制信号退出后方可进入。第二章实验指导实验一运算器组成实验一、实验目的⑴掌握运算器单元(ALU)的工作原理。⑵熟悉运算功能发生器(74LS181)的组合功能。⑶按给定数据，完成几种指定的算术逻辑运算。二、实验电路96♦3210ssss4Ti■1r»6卜s；*—*■r-*m■rY■>—<0T—16LS181(ALU)mcm—0mz【$phyH2m15273SUET2寸LOW性MQaBMa27H