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rl
UliD
nuol
T-4LS0E
A■PT-Uii;辽
LQ•相
2.实验数据流图
CN
S1
S2
图4-2运算器实验数据流图
3.实验原理
运算器实验是在ALUUNIT单元进行;单板方式下,控制信号,数据,时序信号由实验
仪的逻辑开关电路和时序发生器提供,SW-swot个逻辑开关用于产生数据,并发送到总
线上;系统方式下,其控制信号由系统机实验平台可视化软件通过管理CPU来进行控制,
SW产SW(八个逻辑开关由可视化实验平台提供数据信号。
(2)
(3)
DR1DR2运算暂存器,
LDDR1控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1高电平有效。
LDDR2控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2高电平有效。
S3,S2,S1,S0:
确定执行哪一种算术运算或逻辑运算(运算功能表见附录1或低电平的按钮开关信号输入,状态显示均在系统机上进行。
下面实验以手动方式为例进行。
者课本第
49页)。
(5)
MMk0执行算术操作;Mk1执行逻辑操作。
(6)
/CN:
/CN=0表示ALU运算时最低位加进位1;/CN=1则表示无进位。
(7)
ALU-BUS控制运算器的运算结果是否送到总线BUS低电平有效。
(8)
SV-BUS控制8位数据开关SW-SW(的开关量是否送到总线,低电平有效。
四、实验步骤:
实验前首先确定实验方式(是手动方式还是系统方式),如果在做手动方式实验则将方
式选择开关置手动方式位置(31个开关状态置成单板方式)。
实验箱已标明手动方式和系统
方式标志。
所有的实验均由手动方式来实现。
如果用系统方式,则必须将系统软件安装到
系统机上。
将方式标志置系统模式位置。
学生所做的实验均在系统机上完成。
其中包括高
我们相信学生在手动方式下完成各项实验后,进入系统方式会变的更加得心应手。
具体步骤如下:
1.
实验前应将MlOUT俞出信号与MF相连接。
2.
如果进行单板方式状态实验,应将开关方式状态设置成单板方式;同时将位于EDA
设计区一上方P0K开关设置成手动方式位置,P1KP2K开关位置均设置成手动方
式位置。
3.
如果进行系统方式调试,则按上述方式相反状态设置。
4.
频率信号输出设置:
在CPU1UNIT区有四个f0-f4状态设置,在进行实验时应保
证f0-f4四个信号输出只能有一个信号输出,及f0-f4只有一开关在On的位置。
5.
不管是手动方式还是系统方式,31个按钮开关初始状态应为
1”即对应的指示灯
处于发光的状态。
6.
位于UPCUNIT区的J1跳线开关应在右侧状态。
说明:
开关AL—BUSSWlBUS标识符应为“/AL-BUS;/SW-BUS
注意事项:
AL—BUSSW—BUS不能同时按下;因为同时按下会发生总线冲突,
损坏器件。
实验前把TJ,DP对应的逻辑开关置成11状态(高电平输出),
并预置下列逻辑电平
状态:
/ALU—BUS=1,/PC—BUS=1,R0—BUS=1,R1—BUS=1,R2—BUS=1时序
发生器处于单拍输出状态,实验是在单步状态下进行DR1,DR2的数据写入及运算,以便
能清楚地看见每一步的运算过程。
实验步骤按表1进行。
实验时,对表中的逻辑开关进行操作置1或清0,在对DR1,
DR2存数据时,按单次脉冲P0(产生单拍T4信号)。
表1中带X的为随机状态,无论是
高电平还是低电平,它都不影响运算器的运算操作。
总线D7—D0上接电平指示灯,显示
参与运算的数据结果。
表中列出运算器实验任务的步骤同表4相同,16种算术操作和16种逻辑操作只列出
了前面4种,其它实验步骤同表4相同。
带“T”的地方表示需要按一次单次脉冲P0,无
“T”的地方表示不需要按单次脉冲P0。
表1运算器实验步骤与显示结果表
S3S2S1S0
M
/Cn
LDDR1
LDDR2
SWT
BUS
ALT
BUS
SW7
SW0
D7
D0
P0
注释
XXXX
X
X
0
0
0
1
55H
55H
XXXX
X
X
0
0
0
1
AA
H
AAH
XXXX
X
X
1
0
0
1
55H
55H
T
向DR1送
数
XXXX
X
X
0
1
0
1
AA
H
AAH
T
向DR2送
数
1111
1
X
0
0
1
0
XX
H
55H
读出DR1
数
1010
1
X
0
0
1
0
XX
H
AAH
读出DR2
数
XXXX
X
X
1
0
0
1
AA
H
AAH
T
向DR1送
数
XXXX
X
X
0
1
0
1
55H
55H
T
向DR2送
数
0000
0
1
0
0
1
0
XX
H
AAH
算术运算
0000
0
0
0
0
1
0
XX
H
ABH
算术运算
0000
1
X
0
0
1
0
XX
H
55H
逻辑运算
0001
0
1
0
0
1
0
XX
H
FFH
算术运算
0001
0
0
0
0
1
0
XX
H
00H
算术运算
0001
1
X
0
0
1
0
XX
H
00H
逻辑运算
0010
0
1
0
0
1
0
XX
H
AAH
算术运算
0010
0
0
0
0
1
0
XX
H
ABH
算术运算
0010
1
X
0
0
1
0
XX
H
55H
逻辑运算
0011
0
1
0
0
1
0
XX
H
FFH
算术运算
0011
0
0
0
0
1
0
XX
H
00H
算术运算
0011
1
X
0
0
1
0
XX
H
00H
逻辑运算
注意:
运算器实验时,把与T4信号相关而本实验不用的LDR0LDR1LDR2接低电平,否则
影响实验结果。
其它注意事项:
进行系统方式实验时应注意如下几点:
实验前应将MF-OUT输出信号与MF相连接。
1、
检查通讯电缆是否与计算机连接正确。
2、
开关方式状态应置成系统方式;(31个开关)。
3、
P0K、P1K、P2K都置成系统方式;
4、
信号连接线必须一一对应连接好。
即在实验机左上方的信号接口与实验机右下方的
信号接口分别一一对应连接。
左上方
右下方
地址指针
地址指针
地址总线
地址总线(在实验机右侧中部)
数据总线
数据总线(在实验机右侧中部)
运算暂存器DR1
运算暂存器DR1
运算暂存器DR2
运算暂存器DR2
微地址
微地址
检查完毕可以通电;注意事项:
1、计算机屏幕上所有的按钮与实验机上的按钮完全对应。
2、在做实验时,要保证总线不发生冲突。
即对总线操作时只有一个操作状态有效。
3、运算器、存储器、数据通路,三个实验按操作步骤操作即可
实验二、存储器实验
、实验目的
1.掌握存储器的数据存取方式。
2.了解CPU与主存间的读写过程。
3.掌握半导体存储器读写时控制信号的作用。
、实验内容:
向RAM中任一存储单元存入数据;
三、实验原理
并读出任一单元的数据。
1.实验电路(见下图)
D7
nmc'm
«P5X)
1PD--F71
'■叫
d
»
ei]fi
wk
-y
2.实验原理
存贮器实验电路由RAM(6116),AR(74LS273)等组成。
SW7—SW0为逻辑开关量,
与产生地址和数据;寄存器AR输出A7—A0提供存贮器地址,通过显示灯可以显示地址,
D7—DO为总线,通过显示灯可以显示数据。
当LDAR为高电平,SW—BUS为低电平,T3信号上升沿到来时,开关SW7—SW0
产生的地址信号送入地址寄存器AR。
当CE为低电平,WE为高电平,SW—BUS为低电
平,T3上升沿到来时,开关SW7-SWO产生的数据写入存贮器的存贮单元内,存贮器为
读出数据,D7—D0显示读出数据。
实验中,除T3信号外,CE,WE,LDAR,SW—BUS为电位控制信号,因此通过对
应开关来模拟控制信号的电平,而LDAR,WE控制信号受时序信号T3定时。
四、实验步骤
(在完成一个实验后,应将所有的信号状态置成“1”高电平状态)
实验前将TJ,DP对应的逻辑开关置成11状态(高电平输出),使时序发生器处于单拍输出状态,每按一次P0输出一拍时序信号,实验处于单步状态,并置ALU—BUS=1。
P0。
实验步骤按表2进行,实验对表中的开关置1或清0,即对有关控制信号置1或清0。
表格中只列出了存贮器实验步骤中的一部分,即对几个存贮器单元进行了读写,其它
单元的步骤同表格相同。
表中带一的地方表示需要按一次单次脉冲
注意:
表中列出的总线显示D7-DO及地址显示A7—A0,显示情况是:
在写入RAM
地址时,由SW7—SW0开关量地址送至D7—DO,总线显示SW7—SW0开关量,而A7—
A0则显示上一个地址,在按P后,地址才进入RAM,即在单次脉冲(T3)作用后,A7
—A0同D7—D0才显示一样。
表2存贮器实验步骤显示结果表
SW
LDAR
CE
WE
SW7—
D7—D0
P0
A7—A0
注释
SW0
BU
0
1
1
1
00H
00H
t
00H
地址00写入AR
0
0
0
1
00H
00H
t
00H
数据00写入RAM
0
1
1
1
10H
10H
t
10H
地址10写入AR
0
0
0
1
10H
10H
t
10H
数据10写入RAM
0
1
1
1
00H
00H
t
00H
地址00写入AR
1
0
0
0
00H
00H
t
00H
读RAM
0
1
1
1
10H
10H
t
10H
地址10写入AR
1
0
0
0
10H
10H
t
10H
读RAM
0
1
1
1
40H
40H
t
40H
地址40写入AR
0
0
0
1
FFH
FFH
t
40H
数据FF写入RAM
0
1
1
1
42H
42H
t
42H
地址42写入AR
0
0
0
1
55H
55H
42H
数据55写入RAM
0
1
1
1
44H
44H
t
44H
地址44写入AR
0
0
0
1
AAH
AAH
t
44H
数据AA写入RAM
0
1
1
1
40H
40H
t
40H
地址40写入AR
1
0
0
0
40H
FFH
t
40H
读RAM内容
0
1
1
1
42H
42H
t
42H
地址42写入AR
1
0
0
0
42H
55H
t
42H
读RAM内容
0
1
1
1
44H
44H
t
44H
地址44写入AR
1
0
0
0
44H
AAH
t
44H
读RAM内容
说明:
实验机中符号“CE”;当CE信号为“0”低电平时,表示存储器6264的数据输入
为有效状态。
实验三、数据通路组成与故障分析实验
、实验目的
熟悉计算机的数据通路
掌握数据运算及相关数据和结果的存储的工作原理
、实验内容:
利用SW0-SW7数据输入开关向DR1DR2预置数据,做运算后将结果存入RAM并实现
任一单元的读出。
例如:
将数据做如下操作
44H+AAH=EEH结果放在RAM勺AAH单元
44H®EEH=AAH结果放在RAM勺ABH单元
三、实验原理:
1.实验电路
DH54■JJW?
-_ii'lT—■UJfi—
M>h
丄31
liilr
AilI和
MbR
h*■
M.U
AThr
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Ah-
一y
nr
E3
A
14
2.实验原理
I
5一M壬二
a
亠——占戏
—垃—
数据通路实验是将前面进行过的运算器实验模块和存贮器实验模块两部分电路连
在一起组成的。
原理图见图7。
实验中,除T4,T3信号外,所有控制信号为电平控制信号,这些信号由逻辑开关
来模拟,其信号的含义与前两个实验相同。
我们按图7进行实验。
四、实验步骤
(在完成一个实验后,应将所有的信号状态置成“1”高电平状态)
实验前将TJ,DP开关置11,使时序发生器处于单拍状态,按一次P时序信号输出
表3数据通路实验过程表
SW7
BUS
ALU
7BUS
CE
WE
LDA
R
LDD
R1
LDDR
2
S3S2S1
S0
M
/CN
SW77
SW0
A7—
A0
D0—D7
单次按
钮P
注释
0
1
1
1
0
1
0
XXXX
X
1
44H
XXX
X
44H
44H存入DR1
0
1
1
X
0
0
1
XXXX
X
1
AAH
XXX
X
AAH
t
AAH存入DR2
1
0
1
X
0
0
0
1110
1
1
XXH
XXX
X
EEH
DR1+DR2=EEH(或运算)
1
0
1
X
0
0
1
1110
1
1
XXH
XXX
X
EEH
t
EEH存入DR2
1
0
1
X
0
0
0
0110
1
1
XXH
XXX
X
AAH
DR1®DR2=AAH(异或运
算)
1
0
1
X
0
1
0
0110
1
1
XXH
XXX
X
AAH7
44H
t
AAH存入DR1;DR1®DR2
=44H
0
1
1
X
1
0
0
XXXX
X
1
AAH
AAH
AAH
t
地址AAH存入AR
1
0
0
1
0
0
0
1010
1
1
XXH
AAH
EEH
t
DR2内容存入RAM
0
1
1
1
1
0
0
XXXX
X
1
ABH
ABH
ABH
地址ABH存入AR
1
0
0
1
0
0
0
1111
1
1
XXH
ABH
AAH
t
DR1内容存入RAM
0
1
1
1
1
0
0
XXXX
X
1
AAH
AAH
AAH
t
地址AAH存入AR
1
1
0
0
0
1
0
XXXX
X
1
XXH
AAH
EEH
t
读RAM内容送DR1
0
1
1
1
1
0
0
XXXX
X
1
ABH
ABH
ABH
t
地址ABH存入AR
1
1
0
0
0
0
1
XXXX
X
1
XXH
ABH
AAH
t
读RAM内容送DR2
0
1
1
1
1
0
0
XXXZX
X
1
ACH
ACH
ACH
t
地址ACH存入AR
0
1
0
1
0
0
0
XXXX
X
1
FFH
ACH
FFH
t
数据FFH存入RAM
0
1
1
1
1
0
0
XXXX
X
1
ADH
ADH
ADH
t
地址ADH存入AR
0
1
0
1
0
0
0
XXXX
X
1
00H
ADH
00H
数据00H存入RAM
表3中,列出了数据通路组成实验的一部分实验步骤,其它部分同表中的实验步骤相同,只是实验的数据及存贮单元不同。
表中带X的内容是随机状态,它的电平不影响实验结果。
表中带“一”的地方表示需要按单次脉冲P,无“一”
的地方则表示不需要按单次脉冲P。
注意:
A7—A0所接的地址显示情况是按单次脉冲P后的状态,A7—A0的
显示才与表中相同,否则显示的是上一个地址。
实验四微程序控制器实验
、实验目的
熟悉微指令格式的定乂。
掌握微程序控制器的基本原理。
二、实验内容:
分别完成输入指令、加法指令、存数指令、输出指令、无条件转移指令、强
迫RAM卖、强迫RAMI的微指令流程,并观察微地址的变化。
三、实验原理:
3.1实验电路图
ini
GMb7b
□
Em
卒
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14JI9
图4-4微程序控制器电路图
3.2
实验原理
一条指令由若干条微指令组成,而每一条微指令由若干个微指令及下一微地
址信号组成。
不同的微指令由不同的微命令和下一微指令地址组成。
它们存放在
控制存贮器(2764)中,因此,用不同的微指令地址读出不同的微命令,输出不
同的控制信号。
微程序控制器的电路图见图4-4,UA4-UAO为微地址寄存器。
控制存贮器由3片2764组成,从而微指令长度为24位。
微命令寄存器为20位,由2片8D触发器74LS273和1片4D触发器74LS175
组成。
微地址寄存器5位,由3片正沿触发的双D触发器74LS74组成,它们带有清零端和预置端。
在不判别测试的情况下,T2时刻打入的微地址寄存器内容为
下一条指令地址。
在需要判别测试的情况下,T2时刻给出判别信号P
(1)=1及下一条微指
令地址01000。
在T4上升沿到来时,根据P
(1)IR7,IR6,IR5的状态条件对
微地址01000进行修改,然而按修改的微地址读出下一条微指令,并在下一个
T2时刻将读出的微指令打入到微指令寄存器和微地址寄存器。
CLR(即P2)为清零信号。
当CLR为低电平时,微指令寄存器清零,微指
令信号均无效。
微指令格式见下表:
表4-4微指令格式表
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
S3
S2
S1
S0
M
/CN
LOAD