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组成原理实验报告
计算机组成原理 实验指导
肇庆学院计算机学院 计算机组成原理课程组2012年9月目录(一)．实验准备和实验注意事项 ........................................................................................... 2(二)．实验装置各单元介绍 ................................................................................................... 2（三）、实验设备的数据通路结构 ......................................................................................... 6实验一
运算器实验：算术逻辑运算实验 ......................................................................... 7实验二
运算器实验：进位控制实验 ............................................................................... 14实验三
静态随机存储器实验 ........................................................................................... 19实验四
数据传送实验 ....................................................................................................... 24实验五
微控制器实验 ....................................................................................................... 27实验六 基本模型机实验 ....................................................................................................... 37实验七、系统认识 ................................................................................................................. 491．实验目的 ........................................................................................................................... 492．实验设备 ........................................................................................................................... 493．实验准备知识 ................................................................................................................... 494．实验原理 ........................................................................................................................... 495．实验步骤 ........................................................................................................................... 506．实验思考 ........................................................................................................................... 52 1
TDN-CM++计算机组成原理教学实验设备介绍(一)．实验准备和实验注意事项1．本课程实验使用专门的TDN-CM++计算机组成原理教学实验设备，使用前后均应仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入装置内导致线路短路、元件损坏。2．完成本实验的方法是先找到实验板上相应的丝印字及其对应的引出排针，将排针用电缆线连接起来，连接时要注意电缆线的方向，不能反向连接；如果实验装置中引出排针上已表明两针相连，表明两根引出线内部已经连接起来，此时可以只使用一根线连接。3．为了弄清计算机各部件的工作原理，前面几个实验的控制信号由开关单元“SWITCH UNIT”模拟输入；只有在模型机实验中才真正由控制器对指令译码产生控制信号。在每个实验开始时需将所有的开关置为初始状态“1”。4．本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。5．实验接线图中带有圆圈的连线为实验中要接的线。6．电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。7．电源线应放置在机内专用线盒中。8．保证设备的整洁。(二)．实验装置各单元介绍实验装置如下图所示。整个实验装置由若干个相互独立的、又有一定联系的逻辑电路单元组成。利用本实验装置开展实验的基本方法就是根据某个具体实验目的和要求将相应单元用电缆线连接起来，通过输入装置输入数据和模拟控制信号，通过输出装置的显示检查结果。这些单元包括：
1．运算器单元(ALU
UNIT)运算器单元位于实验线路板左部，它包括运算器单元和寄存器堆单元。(1) 运算器单元(ALU
UNIT)运算器单元由以下部分构成：两片74LSl81构成8位ALU；两个8位寄存器DRl和DR2作为暂存工作寄存器，保存参数或中间运算结果。ALU的输出由三态门74LS245通过排针连到数据总线上；一片8位的移位寄存器74LS299可通过排针连到数据总线上，由GAL和74LS74锁存器组成进位标志控制电路和为零标志控制电路，进位标志和为零标志指示灯。(2)寄存器堆单元(REG UNIT)寄存器堆单元由三片8位寄存器(都是74LS374)R0、R1、R2组成，它们用来保存操作数及中间运算结果等，三个寄存器的输入已经和总线连接，而三个寄存器的输出共用一个引出排针RJ1，等待用排线连至总线。2．计数器与地址寄存器单元(ADDRESS
UNIT)此单元位于实验线路板的中部，由地址寄存器AR(74LS273)、程序计数器PC(74LS161)及8位地址显示灯构成。单元中程序计数器及地址寄存器的输入已接至总线，而程序计数器的输出以排针形式引出(ADJ6)，地址寄存器的输出已连接到外总线单元“EXT BUS”中的AD7--AD0，以排针形式引出。3．指令寄存器单元(INS UNIT)指令寄存器单元中指令寄存器的输出以排针形式引出，构成模型机时用它作为指令译码电路的输入，实现程序跳转控制。4．时序电路单元(STATE UNIT)时序电路单元位于装置的左上部，其电路由四部分构成：消抖电路(KK2)、时序控制(TSl、TS2、TS3、TS4)、时钟信号源( Ф)、拨动二进制开关组(STOP、STEP)。用户只需将Ф信号与信号源的输出插孔相连，然后按动START微动开关，根据STOP及STEP的状态，T1--T4将输出有规则的方波信号。各部分电路详细介绍如下：(1)单拍脉冲及消抖电路在实验中KK2一般用作为单脉冲信号发生器；START已将其输出接入时序电路中的START处，作为时序电路的启动开关。所以，START一般用作启动时序电路。(2)时序控制电路、拨动开关组STEP(单步)、STOP(停机)分别是来自实验台上部的两个二进制开关STEP、STOP的模拟信号。启动是来自微动开关START的按键信号。当STEP=O(EXEC)时，按下START微动开关，运行触发器Cr一直处于“1”状态，因而时序信号TSl--TS4将周而复始的发送出去。若STEP=1时，按下START微动开关，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机。利用单步方式，每次只产生一条微指令，因而可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行时，如果使STOP开关置“1”(STOP)也会使机器停机。此电路经译码逻辑产生不受控制的间隔时序信号TSl、TS2、TS3、TS。(3)信号源此单元位于&STATE UNIT&左侧，标有&SIGNAL UNIT&，调节W可以使H24端输出用户期望的某一频率的方波信号，调节W2可使H23端输出特定占空比的信号。3
5．微控器电路单元(MICRO-CONTROLLER UNIT)本系统的微控器单元主要由编程部分和核心微控器部分组成。编程部分是通过编程开关MJ20的相应状态选择及由CLK、CLKO引入的节拍脉冲的控制2来完成将预先定义好的机器指令对应的微代码程序写入到2816 EPROM控制存储器中，也具有现场直接编程能力，将自编的微程序写入2816中，还可以对控制存贮器中的微代码进2行校验。本系统使用2816 EPROM具备掉电保护功能。核心微控器主要完成接收机器指令译码器送来的代码，使控制转向相应机器指令对应的首条微代码程序，对该条机器指令的功能进行解释或执行的工作。更具体讲，就是通过接收CPU指令译码器发来的信号，找到本条机器指令对应的首条微代码的微地址入口，再通过由CLK引入的时序节拍脉冲的控制，逐条读出微代码。实验板上的微控器单元(Micro-Controller UNIT)中的24位显示灯(MDl--MD24)显示的状态即为读出的微指令。其中的几位经过译码产生实验板所需的相应控制信号，将它们加到数据通路中相应的控制位，就可对该条机器指令的功能进行解释和执行。当一条微指令解释完毕，再继续接收下一条微代码对应的微地址入口，这样周而复始，即可实现机器指令程序的运行。核心微控器同样是根据24位显示灯所显示的相应控制位，经部分译码后产生的二进制信号来实现机器指令程序的顺序、分支、循环。所以，有效地定义24位微代码对系统的设计至关重要。(1)核心微控器单元通过编程开关(MJ20)的不同状态，可进行微代码的编程、校验、运行。在实验台上： ?微地址显示灯显示后续微地址，24位微代码显示灯显示后续微地址的二进制控制位。 ?CLKO为微地址锁存器的时钟信号，实验台中已接到“W/R UNIT”的T1中。?三片2816单元的片选信号在手动状态下一直为“0”。?MKl---MK24为微控器的微代码输入二进制开关。?MJ19为微地址输入端，微控器实验中在编程和校验状态时，可通过它人为确定微地址单元并完成读、写操作。CLK为微代码输出锁存器及后续的微地址输出锁存器的信号引出端。实验板中已将CLK接至“W／R UNIT”单元中的T2。CLR为清零信号的引出端，实验板中已接至“SWITCH
UNIT”中最右边的CLR开关上，所以此二进制开关为CLR专用。SEl―SE6端挂接到CPU的指令译码器的输出端，通过译码器确定相应机器指令的微代码入口，也可人为手动模拟CPU的指令译码器的输出，达到同一目的。(2)编程器单元在该实验电路中设有编程开关MJ20，它具有三种状态：PROM(编程)、READ(校验)、RUN(运行)。?处于编程状态PROM时，微地址锁存器读有效：微代码输入三态门打开，后续微地址三态门关闭，同时2816写有效，读无效。此时若启动时序电路，即可将微代码写入到相应的微地址中，并在相应的显示灯上显示。?处于校验状态READ时，微地址锁存器读有效，微代码输入三态门关闭，后续微地址三态门关闭，同时2816读有效，写无效。此时若启动时序电路，即可将相应的微地址中的微代码读出，并在显示灯上显示。? 处于运行状态RUN时，微地址锁存器关闭，微代码输入三态门关闭，后续微地址三态门打开，同时2816读有效，写无效。此时若启动时序电路，即从微地址显示灯显示的地址开始继续运行。4
6.逻辑译码单元(LOG UNIT)本单元主要功能是根据机器指令及相应的微代码进行译码使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，同时实现三个工作寄存器R0、R1、R2的选通译码。7．主存贮器单元(MAIN MEM)8．输入设备单元(INPUT DEVICE)9．输出设备单元(OUTPUT DEVICE)10．总线单元(BUS UNIT)本单元位于实验装置中部，包括6组排针，它们是横向对应连通的。排针下方是和总线对应的8位数据显示灯，以显示总线上的二进制数值，将引出的排针与总线单元用8孔排线连好，就可构成相应的实验电路的数据通路。11．控制信号发生单元(W/R UNIT)此单元位于线路板左中部，用来转接产生各单元电路所需的时序信号，以及外总线(EXT BUS)所需的读／写控制信号W／R。该单元电路由2部分组成:(1) 4个排针引出端T1、T2、T3、T4为时序信号输入端，它们和实验单元中相应的时序信号控制端全部相连．在做部件实验时，须将相应线接至KK2来产生单脉冲；做模型机实验时，T1、T2、T3、T4接至“STATE UNIT”相应的TSl、TS2、TS3、TS4即可。(2) 在实验中只需适当定义24位微代码信号的含义，并将读／写控制位接入到WE上，就可为系统外总线提供W/R信号。12．扩展总线单元(EXT BUS)此单元位于实验装置中下角，其中AD7―AD0排针为“ADDRESS UNIT”的地址总线输出：D7--DO排针为“BUS UNIT”的数据总线输出；W/R作为“W/R
UNIT”的输出读／写控制线；A8、A9为转接插座，可接至&MICRO-CONTROLLER UNIT&的24位控制位中的任意两位，作为外设选择信号。13．外总线单元(EX UNIT)此单元位于实验装置的左下角，单元两侧的8线排针为两组独立的总线扩展转接区，中间为I/O译码电路，采用一片74LSl39作译码器。当A9=O，A8=O时，选中YO；当A9=O，A8=l时，选中Y1；当A9=l，A8=O时，选中Y2；当A9=l，A8-1时，选中Y3。其中：Y0、Y1、Y2、Y3为低电平有效。14．逻辑信号测量单元(OSC UNIT)
15．单片机控制单元(8051 UNIT)
16．开关单元(SWITCH UNIT)此单元位于装置右下方，单元中的开关都可作为通用电路使用，为防止实验时接至二进制开关产生混乱，二进制开关下方均有丝印字(用户也可以自定义)，所以实验接线时可将实验中的各电平控制模拟信号接至相应二进制开关。17．指示灯单元(LED UNlT)18．PLD单元19．Pc driver 编程驱动单元20．Power 电源21．Reg unit 寄存器单元22．Signal unit 信号单元23．Bus 总线单元（三）、实验设备的数据通路结构利用本实验装置构造的模型机的数据通路结构框图如下图。其中各单元内部已经连接好，单元之间可能已经连接好，其它一些单元之间的连线需要根据实验目的用排线连接。
运算器实验：算术逻辑运算实验一．实验目的1．了解运算器的组成结构；2．掌握运算器的工作原理；3．掌握简单运算器的数据传送通路。4．验证运算功能发生器(74LSl81)的组合功能。二．实验设备TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验原理实验中所用的运算器数据通路如图1-l所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8位字长的ALU，ALU的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-B控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。为实现双操作数的运算，ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2(由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DR1、DR2中，锁存器的控制端LDDR1和LDDR2必须为高电平，同时由T4脉冲到来。数据开关(“INPUT DEVICE”)用来给出参与运算的数据，经过三态门(74LS245)后送入数据总线，三态门由SW-B控制，低电平有效。数据显示灯(“BUS
UNIT”)已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W／R
UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均由“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。
运算器数据通路图
四．实验内容1．输入数据通过三态门74LS245后送往数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示2．向DR1(或DR2)中置数，经ALU直传后，经过三态门245送入数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示3．将输入DR1和DR2中的两个数进行算术逻辑运算，验证ALU的功能，结果在数据显示灯和数码显示管LED上显示五．实验步骤1．输入数据通过三态门74LS245后经过数据总线在数据显示灯和数码显示管LED上直接显示(1)
按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。
图1-2 总线数据显示连线图(注：可以选择PC-B开关，或者是本实验中不用的任一个开关)
结果：2．向DR1(或DR2)中置数，经ALU直传后，经过三态门245送入数据总线，在数据显示灯和数码显示管LED上显示(1) 重新按下图连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源
实验接线图
(2)向DRl和DR2寄存器中置入数据65H和A7H。输入的流程为：
使用以下操作步骤向DRl寄存器中置入数据65。设置：
结果是： 65
使用以下操作步骤向DR2寄存器中置入数据A7。设置：
结果是：A7
(3) 检查输入DRl和DR2寄存器中的数据是否正确。操作步骤如下，设置：结果(
显示DR1中的数据)：设置：
结果(显示DR2中的数据)：A7
3．将输入DR1和DR2中的两个数进行算术逻辑运算，验证ALU的功能，结果在数据显示灯和数码显示管LED上显示(1) 接线图同2，保持DR1,DR2中的数据不变，若不知道DR1,DR2中是否有数据，可按实验步骤2中的(3)去检查；(2) 通过“SWITCH UNIT”改变开关S3、S2、S1、S0、Cn、M的值，可将两数进行不同的运算，例如：设置S3S2S1S0CnM=10010，运算器进行加法运算，设置S3S2S1S0CnM=01100，运算器进行减法运算。具体设置的值见74LS181的功能表。然后根据运算结果填写下表：
六．思考题1． 在运算器数据通路图中,DR1、DR2连接到74LS181时为什么要交叉？答：左边的74LS181运算高四位数据，右边的74LS181运算低四位，两片181通过进位端进行连接。2． 两个4位的74LS181是如何构成8位的ALU的？答：两片74LS181以并联\串联形式构成字长为8位的算术逻辑运算器。“+”和“加”的区别是什么？答：符号“+”是指逻辑加，“加”是指算术加，运算要考虑进位。3． 运算器是如何完成多种不同的功能的？怎样控制它？答：算术逻辑运算器单元ALU（74LS181）能跟据S3 S2 S1 S 0 M端口控制来对输入的数据完成各种不同的运算。S3、S2、S1、S0是运算选择控制端,有它们决定运算器执行哪一种运算;M是算术逻辑运算选择,M=0时,执行算术运算,M=1时,执行逻辑运算。小结：通过这次实验，我明白了要很好的完成实验首先一定要注意线路的连接，需要对应的要一一对应。我掌握了算术逻辑运算单元ALU（74LS181）的工作原理，并熟悉了怎样输入12数据和验算由74LS181等组合逻辑思电路的运算功能发生器运算功能等实验步骤和要求。 13
运算器实验：进位控制实验一．实验目的1．验证带进位控制的运算器的组成结构；2．验证带进位控制的运算器的功能；3．观察给定数据是否产生进位，以及如何进行带进位运算。二．实验设备TDN―CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验原理进位控制运算器的实验原理如图2―1所示，在实验一的基础上增加进位控制部分，基本原理是：两数在181中进行运算后最高位的进位C(n+4)连接到一个74锁存器的输入端D，是否锁存由T4和AR(低电平有效)信号控制。T4是脉冲信号，实验时将T4连至“STATE UNIT”的微动开关KK2上。当T4脉冲到来时，进位结果就被锁存到74锁存器中了。如果锁存器中已有进位保存，可以控制下一次在181中的运算是否带进位运算。这是通过改变Cn和AR的值来进行的。本实验中运算结果是否产生进位、结果是否为0是根据进位指示灯CY和零标志指示灯ZI的状态来判断的。进位标志指示灯CY亮(cy=0)时表示进位标志为假[此时运算没有产生进位]；标志指示灯CY灭(cy=1)时表示进位标志为真[此时运算产生了进位]。零标志指示灯ZI灯亮时表示零标志为假[此时运算结果不为“0”]，灯灭时表示零标志为真[此时运算结果为“0”]。14
图2-1 进位控制实验原理图
四．实验内容通过输入几组不同的数据(一组产生进位，一组不产生进位)，完成指定的运算，观察进位标志和零标志灯的状态，以及进位对ALU下一步操作的影响
五．实验步骤(1) 按图2―2连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。
图2-2 实验接线图
用二进制数码开关向DR1和DR2寄存器置数55H和AAHH，具体方法同实验一。输入流程如下：
(3) 按照实验一的方法检查DR1和DR2中的数。
观察结果： (DR1)=______55_______
(DR2)=____AA_________(4) 进位标志清零，具体操作方法是：让CLR开关做1→0→1操作。实验板中“SWITCH
UNIT”单元中的CLR开关为标志CY、ZI的清零开关，它为零时是清零状态，所以将此开关做1→0→1操作，即可使标志位清零。
(5) 验证带进位的运算及进位锁存功能。设置Cn=l，Ar=O进行带进位算术运算。此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志的值，相加的结果是否产生进位,检查CY灯，若进位标志灯亮，表示无进位，16
反之，有进位；本次运算结果是否为0，检查ZI灯，若零标志灯亮，运算结果不为0，反之，结果为0
观察结果(此时只能观察到本位和)：按动微动开关KK2，观察进位标志灯CY，零标志灯ZI的变化。（此时将显示锁存器74中的内容，同时也会将锁存内容加到ALU的低位），现象是：ZI=0
(6) 输入另一组数据000001到DR1和DR2中，重复(2)、(3)、(4)、(5)的步骤，观察CY，ZI显示灯以及运算结果。
结果是：ZI=0
(7) 当刚才运算的进位已经锁存到74LS74时，输入另一组数据000001到DR1和DR2中，观察进位灯及结果。
结果是：ZI=0
(8) 输入另一组数据000001到DR1和DR2中，观察进位灯及结果。结果是：CY=1
六．思考题1． 本次运算的进位是如何进行锁存的？答：设置Cn=l，Ar=O进行带进位算术运算。此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志的值，相加的结果是否产生进位,检查CY灯，若进位标志灯亮，表示无进位，反之，有进位；17
2． 控制信号Cn设为0与锁存信号为0的含义是否相同？答：不同。3． 进行加法运算时为什么要关闭DR1,DR2?答：如不关闭，模型机会向寄存器中输入数据，会影响结果。4． 叙述带进位的加法的实现原理。答：74LS181的进位进入一个74锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，将T4连至“STATE UNIT”的微动开关KK2上。AR是电平控制信号（低电频有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算结果锁存到极为锁存器中。 总结：在计算机组成原理实验的学习过程中还是发现了很多自己不成熟的地方，需要在以后的学习当中不断地提高自己的实践能力。
静态随机存储器实验一．实验目的掌握静态随机存储器RAM的工作特性及数据的读写方法。二．实验设备TDN―CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图3-1所示，实验中的静态存储器由一片6116(2K×8)构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器(74LS273)给出。地址灯ADO~AD7与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经三态门(74LS245)连至数据总线，分时给出地址和数据。因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7--AO，而高三位A8―A1O接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线；CE(片选线)、0E(读线)、WE(写线)。当片选有效(CE=O)时，OE=O时进行读操作，WE=0时进行写操作。本实验中将0E常接地，因此6116的引脚信号WE=1时进行读操作， WE=0时进行写操作。在此情况下，要对存储器进行读操作，必须设置控制端CE=O、WE=O，同时由T3脉冲到来，要对存储器进行写操作，必须设置控制端CE=O、WE=1，同时由T3脉冲到来，其读写时间与T3脉冲宽度一致。实验时将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中，其脉冲宽度可调，其它电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B为低电平有效，LDAR为高电平有效。
图3-1 存储器实验原理图
四．实验内容1. 向存储器中指定的地址单元输入数据,地址先输入AR寄存器，在地址灯上显示;再将数据送入总线后，存到指定的存储单元，数据再数据显示灯和数码显示管显示。2. 从存储器中指定的地址单元读出数据, 地址先输入AR寄存器,在地址灯显示; 读出的数据送入总线, 通过数据显示灯和数码显示管显示。五．实验步骤(1)．将时序电路模块中的Φ和H23排针相连。将时序电路模块中的二进制开关“STOP”设置为“RUN”状态、将“STEP”设置为&STEP&状态。(2)．按图3―2连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。20
存储器实验接线图
(注意:关于stop和step的说明: 将“STOP”开关置为“Run&状态、“STEP”开关置为“EXEC”状态时，按动微动开关START，则T3输出为连续的方波信号，此时调节电位器W1，用示波器观察，使T3输出实验要求的脉冲信号。当“STOP”开关置为“RUN”状态、“STEP”开关置为&STEP&状态时，每按动一次微动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。)
(3) 向存储器指定的地址送入数据，如:向00单元中输入11, 步骤如下:① 向地址寄存器AR中输入地址00的流程如下：
操作步骤是，设置：
观察地址灯的变化:
② 输入要存放的数据11的流程如下：
操作步骤是，设置：
观察数据显示灯和数码显示管的变化:11③ 按照①②的步骤继续向下面的几个地址中输入下述数据:
(4) 从存储器指定的地址中读出数据. 如从00中读出的流程如下：
同样从其它4个地址: 01 ,02 ,03 , 04中读出数据，观察地址显示灯, 数据显示灯和数码显示管的变化，并检查是否和输入的数据一致。地址显示灯
数据显示灯
数码显示管01：
OF六．思考题1．OE, A10 ~A8为什么要接地, 不接地有何影响?答：A8-A10接地，其实际容量为256字节；OE接地，在此情况下，当CE=0,WE=0时进行读操作，CE=0，WE=1时进行写操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。如果CE不接地，当片选有效时，OE=0时进行读操作，WE=0时进行写操作。2．本实验中存储器能够存储的最大容量是多少？PC、AR寄存器的位数是多少？存储器的每个单元能存放的最大整数和最小整数是多少？答：存储器能够存储的最大容量为256，PC,AR寄存器的为数为8位,,存储器的每个单元能存放的最大整数位为256，最小整数位0.3．存储器本身是怎样存取数据的？本实验中是如何控制内存的读和写？答；要对存储器进行读写操作，必须设置控制端CE=0，WE=0(WE=1),同时有T3脉冲到来。 小结：本实验考查的是数据输入到存储器的指定单元，再将数据读出，观察数据显示灯和数码显示管的变化，通过该实验我理解了静态存储器的工作特性，数据的读写方法以及存储器的组成方法。23
数据传送实验一．实验目的1．理解总线的概念及其特性: 三态控制,单向双向传送等。2．掌握总线传输控制特性。二．实验设备TDN―CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验原理总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。因此，总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。本实验所用总线传输实验框图如图4―1所示，需要用排线连接，使几种不同的设备挂至总线上，有存储器、输入设备、输出设备、寄存器。这些设备都需要有三态输出控制，按照传输要求恰当有序的控制它们，就可实线总线信息的传输。
图4-1 总线传送实验框图
四．实验内容1．输入设备将一个数打入R0寄存器。2．输入设备将另一个数(存储器地址)打入地址寄存器AR。3．将R0寄存器中的数写入到地址寄存器指定的存储器地址单元中。4．将存储器指定地址单元中的数读出用LED数码管显示。五．实验步骤(1)．按下图连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。24
图4-2 数据传送接线图
(2)．设置初始状态:
(4)(5) 将R0中的数据63H读出,送入到AR指定的存储器单元20H中,设置: 25
(7) 按同样的方式重复步骤(3)~(7), 输入数据64到存储器单元21中。
(8) 检查数据是否写入到指定的存储单元中，步骤如下：a)
b) 从存储器中将数据取出，送入输出设备显示：
六．思考题1. 数码显示管与总线数据灯显示一致吗？答:一致，2. 什么是总线，总线有几种，总线的作用是什么？答：总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。3．哪些总线应是单向总线，哪些是双向总线?答：单向总线有：数据输入开关p地址寄存器ARp数码显示器LED双向总线有：存储器RAMpRO寄存器26
微控制器实验一．实验目的1．掌握微程序控制器的组成原理;2．为模型机定义五条机器指令，并编写相应的微程序;3. 掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行。二．实验设备TDN―CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。三．实验原理控制器的功能是产生执行指令所需的控制信号，但指令执行时所需的控制信号是依赖于具体计算机的数据通路的。本实验所用模型机的数据通路如图5-1所示。即指令执行时需产生标注的控制信号。
数据通路结构框图
1．微程序控制器的工作原理：微程序控制的计算机的工作原理是：计算机所识别的全部指令都是通过执行相应的微程序来完成的。因此应将本机器能识别的所有指令编成对应的微程序，写入控制存储器中,以后在执行用户程序的过程中,每次先从内存储器中取出一条机器指令，其解释执行过程都是从控制存储器中读出相应的微程序, 执行每条微指令的过程。本实验实现的模型机共包含五条机器指令：IN(输入)、ADD(加法)、STA(存数)、OUT(输出)、JMP(
下图是上述几条机器指令对应的参考微程序流程:
图5-2 微程序流程图
为了向RAM中装入程序和数据,检查写入是否正确,并能启动程序执行,还必须设计三个控制台操作微程序。? 存储器读操作(KRD): 拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为&0 0&时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。? 存储器写操作(KDE)：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为&0 1&时，按START微动开关可对RAM进行连续手动写入。? 启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA置为&1 l&时，按START微动开关，即可转入到第01号“取址”微指令，启动程序运行。上述三条控制台指令用两个开关SWB、SWA的状态来设置，其定义如下：
控制台操作微程序如图5-3所示：
图5-3 控制台操作微程序流程图
在编制微程序之前，必须确定微指令的格式。在实验中使用的模型机的微指令格式如下表给定，长度共24位。
其中最后六位uA0~uA5 为6位的下一条微指令的地址, A,B,C为3个译码字段,分别由三个控制位译码出多位。其含义如下:
根据上述流程图可以编制微程序。在拟定“取指”微指令时，应根据P(1)测试字段进行测试，由于“取指”操作是每条机器指令都要使用的公共微指令，因此，其测试应出现多路分支，转向执行不同的微程序流程。上述流程根据P(1)的测试条件出现了五路分支，占用五个固定的微地址单元。其实，P(1)测试是根据指令寄存器(IR)的前4位IR7?IR4作为测试条件的。指令寄存器(IR)是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存中取到缓冲寄存器中，然后再传送至指令寄存器。指令划分为操作码和地址码字段，由二进制数构成，为了执行任何给定的指令，必须对操作码进行测试(p(1)),通过节拍脉冲T4的控制以便识别所要求的操作。由“指令译码器”(即实验板上标有“INS DECODE”的芯片)根据指令中的操作码译码强制置微控制器单元的微地址，使下一条微指令指向相应的微程序的首址。
当每条机器指令对应的微程序全部设计完毕后，应将全部的微程序按微指令格式转换成二进制微代码表，如下：30
其中，微地址表示控制存储器中存放该微指令的地址。最后就可以将这些内容输入到微程序控制器中。
2．微程序控制电路2 微程序控制电路如图5-2。其中控制存储器采用3片2816 EPROM，具有电保护功能，微命令寄存器18位，用两片8D触发器(273)和一片4D(175)触发组成。微地址寄存器6位，用三片正沿触发的双D触发器(74)组成，它们带有清“0”端和预置端。在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强制将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开关(位于实验板右上方)，它具有三种状态：PROM(编程)、READ(校验)、RUN(运行)。当处于“编程状态”时，学生可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器2816中。当处于“校验状态”时可以对写入控制存储器中的二进制代码进行验证，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。31
图5-2 微程序控制电路33
四．实验内容1. 将微程序输入到控制存储器中并校验；2. 单步运行、连续运行，观察微程序控制器的工作原理。五．实验步骤1. 按下图接线:34
图5-3 微控器实验接线图
2. 将微程序输入控制存储器中① 将编程开关MJ20置为PROM(编程)状态．② 将“STATE UNIT“中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态③ 用二进制模拟开关uA0~uA5输入当前微地址MA5一MAO。④ 在MK24--MK1开关上置微指令代码，24位开关对应24位显示灯，开关量为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭.2⑤ 按动启动按纽&START”即将微指令代码写入到EPROM 2816的相应地址对应的单元中．2⑥ 重复③―⑤步骤，将上表的微指令代码写入EPROM 2816中.
3. 校验① 将编程开关MJ20设置为READ(校验)状态。② 将实验板的“STEP”开关置为“STEP”状态，“STOP”开关置为“RUN”状态。 ③ 用二进制模拟开关uA0~uA5置好微地址MA5一UA0。④ 按动“START”键，启动时序电路，读出微代码。观察显示灯MD24---MD1的状态，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，将开关置为PROM编程状态，重新输入微指令代码即可。
4. 单步运行①．将编程开关MJ20置于“RUN(运行)”状态。②．实验板的“STEP&及&STOP&开关保持原状。③．拨动CLR开关使CLR从1-&0-&1，此时微地址寄存器MA5――MA0清零，从而确定本机的运行入口微地址为000000(二进制)。④．按动“START”键，启动时序电路，则每按动一次启动键，读出一条微指令，此时实验台上的微地址显示灯和微命令显示灯将显示所读出的一条微指令。
5. 连续运行①．将编程开关MJ20置为“RUN(运行)”状态。②．将实验板的单步开关“STEP”置为“EXEC”状态。③．拨动CLR开关使CLR从1-&0-&1，此时微地址寄存器清“0”，从而给出取指微指令的地址为000000(二进制)。④．按动“START”键，启动时序电路，则可连续读出微指令35
六．思考题1. 单字长指令和双字长指令的差别是什么?答：单子长指令指令长度等于机械字长度的指令，双子长指令指令长度等于两个机械字长度的指令。2. 为什么ADD等指令的微程序流程中PC要加两次?答：第一次PC加一是预备取址，取出固定地址，第二次加一是预备取数，从固定地址中取出数据3. 微指令执行的含义是什么？ 它们与指令的执行有何区别?
4. 连续执行的结果是什么？为什么？5．指令寄存器的作用是什么？ 计算机根据什么来选择执行不同的微程序流程？6．微指令中的S3,S2,S1的作用是什么？7．简述微程序方式控制的计算机的工作原理。
181716DRiDR1DR2DRIRDADDARS-BD-BJ-B99-BLU-BC-B三、 实验原理
二、 实验设备一、 实验目的C（1）C（2）C（3）C（4）RDPC371. 2. 3. 4.实验六 基本模型机实验E1E2E3E4E5E6掌握微程序执顺序强制改变的原理 掌握机器指令与微程序的对应关系。 掌握机器指令的执行流程。掌握机器指令的微程序的编制、写入。TDN－CM＋计算机组成原理教学实验系统。
图1：微控器原理图部件实验过程中，各部件单元的控制信号是人为模拟产生的，如运算器实验中对74LS－181芯片的控制，存储器实验中对存储器芯片的控制信号，以及几个实验中对输入设备的控制。而本次实验将能在微程序控制下自动产生各部件单元控制信号，实现特定指令的功能。这里，计算机数据通路的控制将由微程序控制器来完成，CPU从内存中取出一条机器指令到指令执行结束的一个指令周期全部由微指令组成的序列来完成，即一条机器指令对应一段微程序。1. 微程序执行顺序强制改变原理如图2 所示，后继地址是由6片正沿触发的双D触发器（74）构成，它们带有清“0”和置“1”端，可以让CLR有效（低电平）使MA0～MA5置0，也可以让SE1～SE5有效（低电平），使对应的触发器置1。在微程序的运行过程中，在T2时刻，将当前运行的微指令中的μA5～μA0置入对应的触发器中，作为下条执行微指令的地址，如果在T2后的T4时刻，可能会使SE1～SE5中的某一位或者几位有效，将强制的置对应触发器为“1”，从而改变由μA5～μA0指定的微地址，改变微程序执行流程。
后继微地址输出SE1SE2SE3SE4SE5
SE6图2：后继地址逻辑图注：CLR：清零信号T2：时钟信号μA5～μA0：对应微指令中μA5～μA02. 机器指令与微程序的对应关系每条机器指令由多条微指令按一定的顺序完成，如MOV指令（从存储器到存储器）需要6条微指令的执行才能完成，其执行流程为：
将完成某条机器指令的这些微指令的第一条指令放置在微控器的存储器的固定位置，通过对机器指令的编码，当读到某条机器指令后，能将微程序的执行流程转入该指令对应的微38
程序位置。如有某机器指令对应的微程序如下安排：
若微控器读到该指令后，能使微程序的后继地址转向“00”，即可实现机器指令与微程序的对应。微控器读取一条机器指令后，将通过如下的逻辑电路，对SE1～SE5中的某一位或者几位激活，从而实现机器指令与微程序的对应。当然，该逻辑电路还能接收外部控制输入SWA、SWB，内部状态输出FC、FZ等信号，并对这些信号给出相应的输出。FCFZT4SWASWB
注：FC：进位标志 FZ：0标志SWA、SWB存储器读写控制标志P（1）～P（4）：微指令C字段译码输出结果 I2～I7：机器指令第2位～第7位。根据该逻辑电路图，得SE1～SE5的逻辑表达式如下：SE5?(FC?FZ)?T4?p(3)?(FC?FZ)?T4?P(3)
SE4?I7?T4?P(1)?I7?T4?P(1)
（2）SE3?I6?T4?P(1)?I6?T4?P(1)
（3）SE2?(I5?T4?P(1))?(I3?T4?P(2))?(SWB?T4?P(4))?(I5?T4?P(1))?(I3?T4?p(2))?(SWB?T4?P(4))
（4）SE1?(I4?T4?P(1)?(I2?T4?P(2))?(SWA?T4?P(4))?(I4?T4?P(1))?(I2?T4?P(2))?(SWA?T4?P(4))
（5）由这些逻辑表达式可知：? 由于P（1）～P（4）微指令中C字段译码后的部分输出，所以它们至多有一个有效（低电平）。? 当P（1）有效时，在T4时刻，可以通过对I4～I7置“1”，使对应的SE1～SE4有效（低电平）。? 当P（2）有效时，在T4时刻，可以通过对I2～I3置“1”，使对应的SE1～SE2有效（低电平）.? 当P（3）有效时，在T4时刻，标志位FZ或者FC有效（高电平）使SE7有效（低电平）。? 当P（4）有效时，在T时刻，外部输入控制信号SWA或者SWB有效（高电平），使SE1～SE2有效（低电平）。假如某微控器的微程序流程如下图所示，微程序微控器的00单元内容如表所示。
计算机启动后，微控器从微程序存储器的第一个单元（00）处读取微指令，该微指令中的C字段值为“100”，该值的译码结果使P（4）有效，而μA5～μA0的值“0 1 0 0 0 0”。由逻辑表达式（4）、（5）以及上面的分析可知：? 当SWA有效，SWB无效，对应的取值组合为（01），将使SE1的值有效，由图1可知，SE1有效将使MA0的输出将变为“1”。而MA1～MA5的值为μA1～μA5的输入，所以微控器中下条执行的微指令地址为“0 1 0 0 0 1”（对应8进制为21），从而转入输入流程。? 当SWA无效，SWB无效，对应的取值组合为（00），不会使SE1及SE2值有效，由图1可知，MA0～MA5的值为μA0～μA5的输入，则下条执行的微指令地址为“0 1 0 0 0 0”（对应8进制为20），从而转入输出流程。? 当SWA有效，SWB有效，对应的取值组合为（11），会使SE1及SE2值都有效，由图1可知，SE1有效将使MA0的输出将变为“1”， SE2有效将使MA1的输出将变为“1”，MA2～MA5的值为μA2～μA5的输入，则下条执行的微指令地址为“0 1 0 0 1 1”（对应8进制为23），从而转入执行机器指令流程。40
图4计算机启动后，微程序流程将按图4 所示流程运行，由上面分析可知，当SWA、SWB
知将会产生“LDAR”信号、“PC-B”信号、“LDPC”信号，由数据通路图可知，这3个信号将会选通PC所指的存储器单元，同时将PC＋1。同时该微指令的μA5～μA0的值为“0 0 0 0 1 0”，由图1和图2可知，下条微指令地址为“0 0 0 0 1 0”（02）02单元中微指令中的A字段的值为“100”，将产生LDIR信号。WE信号“0”，将会发出WR信号。A9A8的值为“01”，将会使存储器的CE有效。这几个信号的配合将会把PC所指单元的机器指令读入机器指令寄存器IR中。B字段的值为“000”，不产生控制信号。C字段的值分别为“001”，是P（1）有效。由逻辑表达式（2）～（5）可知，当P（1）有效时，机器指令中的I4～I7中的“1”将会对应的SE有效。如图4所示，现设计STA、ADD、OUT的机器指令为：STA：ADD：OUT：当读取的机器指令为STA时，由逻辑表达式（4）可知，将会使SE2有效。由图2可知，SE2将会使MA1输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“0 0 1 0 1 0”（12），从而转向STA指令对应的微程序。当读取的机器指令为ADD指令时，由逻辑表达式（5）可知，将会使SE1有效。由图2可知，SE1将会使MA0输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“0 0 1 0 0 1”（11），从而转向ADD指令对应的微程序。当读取的机器指令为OUT指令时，由逻辑表达式（4）、（5）可知，将会使SE1、SE2有效。由图2可知，SE1、SE2将会使MA0、MA1输出1，其余的与微地址输入一致，所以产生的后继微地址为“0 0 1 0 1 1”（13），从而转向OUT指令对应的微程序。41
图53. 寄存器控制信号的产生逻辑在微控器内部设计了多个寄存器，用于存储运算的中间结果。对于这些寄存器的控制信号有两类，一类是寄存器的数据载入信号，另一类信号是寄存器的数据输出信号（输出到总线伤）。每个寄存器的这两类信号由图5所示的逻辑电路产生。图中输入信号由两类构成，一类是有微指令的A字段和B字段产生的译码输出信号，LDRi、RD－B，RS－B。一类是机器指令中的I0和I1。A字段和B字段产生的译码输出信号作为2－4译码器的门控信号，当这类信号有效时，2－4译码器才可能有有效信号的输出。当门控信号有效时，机器指令中的I0和I1的不同组合决定了2－4译码器的输出，具体对应关系为：
在这段微程序中的15单元中，存储的微指令的B字段的值为“001”，该值使译码器输出“RS－B”有效信号，而STA机器指令的（I0，I1）值为（0，0），由上面分析可知，将会产生“R0－B”信号，使R0中的数据输出到数据总线上。
图64. 其它控制信号? 设备片选控制信号，由微指令中“A9 A8”字段的值通过译码产生，其具体对应关系如下：
WE”字段的值决定了对存储器的读写操作。当“WE”为0时，对存储器读，当“WE”为1时，对存储器写。四、 实验内容本实验采用五条机器指令：IN（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、
根据实验要求，设计如图所示的数据通路图。图7中包括运算器、存储器、微控器、输入设备、输出设备以及寄存器。这些部件的动作控制信号都有微控器根据微指令产生。需要特别说明的是由机器指令构成的程序存放在存储器中，而每条机器指令对应的微程序存储在微控器中的存储器中。43
图7根据机器指令的要求和数据通路图，设计各指令对应的微程序流程图如下：
图8为了向RAM中装入程序和数据，检查写入是否正确，并能启动程序执行，还必须设计三个控制台操作程序，流程图如下。存储器读操作（KRD）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“0 0”时，按START微动开关，可对RAM连续手动读操作。存储器写操作（KWE）：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“0 1”时，按START微动开关，可对RAM连续手动写入。启动程序：拨动总清开关CLR后，控制台开关SWB、SWA为“1 1”时，按START44
微动开关，即可转入到第01号“取指”微指令，启动程序运行。
45本实验设计机器指令程序如下：
五、 实验步骤1. 按图10连接实验线路 2. 写入程序1) 手动写入A. 按如下步骤讲微代码写入微控器中的存储器2816中： ① 将编程开关置为PROM（编程）状态。② 将实验板上“STATE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。③ 用二进制模拟开关置微地址MA5―MA0。④ 在MK24－MK1开关上置微代码，24位开关对应24位显示灯，开关量置为“0”时灯亮，开关量为“1”时灯灭。⑤ 启动时序电路（按动启动按钮“START”），即将微代码写入到2816的相应地址对应的单元中。⑥ 重复①－⑤步骤，将表？的微代码写入2816中。 B. 按如下步骤校验微代码① 将编程开关置为READ（校验）状态。② 将实验板上“STATE UNIT”中的“STEP”置为“STEP”，“STOP”置为“RUN”状态。③ 用二进制模拟开关置微地址MA5―MA0。 ④ 启动时序电路（按动启动按钮“START”），读出微代码。观察显示灯MD24－MD1的状态（灯亮为“0”，灭为“1”），检查读出的微代码是否与写入的相同。如果不同，则将开关置于PROM编程状态，重新执行③）即可。 C. 按如下步骤使用KWE微程序进行机器指令程序的装入。 ① 使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。 ② 拨动总清开关CLR（0→1→0），微地址寄存器清零，程序计数器清零，然后使控制台SWB、SWA开关置为“0 1”，并按动一次START，微地址显示灯显示“010001”。 ③ 再按动一次START，微地址灯显示“010100”，此时数据开关的内容置为要写入的机器指令。再按动两次START键后，即完成该条指令的写入，并且微地址显示灯显示“010001”。（注：由KWE的流程图可知，该流程每执行一次，将向PC寄存46
器所指向的存储器单元中写入一个字节的数据，并且将PC加1。）④ 如果还需要向存储器中输入数据，则需重复重新执行③。D. 按如下步骤使用KRD微程序进行机器指令程序的检查。① 使编程开关处于“RUN”，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。② 拨动总清开关CLR（0→1→0），微地址寄存器清零，程序计数器清零，然后使控制台SWB、SWA开关置为“0 0”， 并按动一次启动开关START，微地址显示灯显示“010000”。③ 再按动一次START，微地址灯显示“010010”，第三次按动STRAT，微地址灯显示为“010111”，再按动STRAT后此时输出单元的数码管显示为PC寄存器所指单元的内容。（注：由KRD的流程图可知，该流程每执行一次，将显示PC寄存器所指向的存储器单元中一个字节的数据，并且将PC加1。）④ 如果还需要检查存储器中其他单元的数据，则需重复重新执行③。2) 联机读/写程序按照下图格式，将机器指令写文十六进制地址标识符机器指令转换格式如：$P000$P0110按照下图格式，将微指令指令写文十六进制地址标识符微指令转换格式如：$M$M0101ED82将按上述格式转换好的文3. 运行程序1) 本机运行A. 单步运行程序① 使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“STEP”状态，STOP为“RUN”状态。 ② 拨动总清开关CLR（0→1→0），微地址寄存器清零，程序计数器清零。③ 单步运行一条微指令，每按动一次START键，即单步运行一条微指令。对照微程序流程图，观察微地址显示灯是否与流程一致。④ 当运行结束后，可检查存数单元（0BH）中的结果是否和理论计算结果一致。B. 连续运行程序① 使编程开关处于“RUN”状态，STEP为“EXEC”状态，STOP为“RUN”状态。 ② 拨动总清开关CLR（0→1→0），微地址寄存器清零，程序计数器清零。 ③ 按动START键，系统将连续运行程序，直至将STOP拨至“STOP”状态。 47
④ 当运行结束后，可检查存数单元（0BH）中的结果是否和理论计算结果一致。 2) 联机运行
图1048实验七、系统认识1．实验目的(1)搭建并操作一个最基本的模型计算机。(2)建立对计算机组成及其原理的基本认识。2．实验设备(1)TDN - CM ++教学实验系统一套。(2) PC 机一台。(3)导线若干3．实验准备知识初次接触实验设备，连线比较复杂，在做实验开始时需认识一下TDN CM++这套实验设备。
(1)信号引脚的接法：实验仪器上的信号引脚一般分为两种情况：一种是双输出信号如 SWICTH单元的 SW-B信号，SW-B上面有倒括号标识，意思是这两根引脚输出是同一个信号，所以接导线时可以单接和双接，也没有方向之分。另一种是单输出信号如ALU 单元的LDDR1和LDDR2信号，输出的信号只有一根引脚输出，这时接导线的时候就要分清那根信号是所要接的。(2)导线分为双口线、4口线、6口线和8口线。双口线一般都接单输出和双输出信号引脚如 SWICTH单元的 SW-B信号。6口线一般都接6根信号引脚如：ALU单元的CN…..S3信号引脚。8口线一般是接8根信号引脚如BUS单元的B0….B7信号引脚。(3)对应连接。连接导线时一定要注意对应即引脚之间的对应，如BUS单元的B0所对应的是ALU单元的B0信号，所以连接的时候注意导线的颜色，如BUS单元的B0信号是用8口的蓝色线来连接，那么ALU单元的B0信号也要用8口的蓝色线来连接。否则出错。(4)数据显示：该设备只有两种显示方式：一种是数据灯显示，另一种是LED七段数码显示器。其中数据灯的显示是用二进制来显示的如INPUT单元、BUS单元和ADDRESS单元的信号灯（亮的时候表示0，灭的时候表示1）。LED七段数码显示器显示的内容是用16进制的表示二进制进数，如MAIN MEN单元的内容.。4．实验原理为了更好地理解计算机的各组成部件是如何相互配合进行工作的，可以设计一个最基本的模型计算机根据前面的知识，将算术逻辑运算器、控制器、寄存器、内部总线等部件搭接起来构成一个CPU ， 然后再加上存储器、输入设备、输出设备即可构成一台完整的模型计算机。49
5．实验步骤(l)构造一台模型计算机首先，参照图1-2，在教学实验系统中使用连接导线（排线）将模型计算机的各个部件连接在一起，构成一台完整的模型计算机。连接图中凡是标有小圆圈的连线都是需要连接导线的，而未标小圆圈的连线是系统已经连接好的，如W/R单元的W/R信号已经和MAIN单元W/R信号线连接好了，所以在连接导线时就不用连接该信号。
图 1-2系统认识实验接线图
连接完成后，请仔细检查，以保证连接的正确性。
(2)模型机操作前的准备工作使用通信电缆将实验系统的串行接口与PC机的串行接口相连接，并将实验系统的电源线接到电源插座中。1)然后启动PC机，进入windows系统，打开PC机上的应用软件CMPP。2)若联机正常，则菜单里的所有选项都是可选择的否则所有选项全是灰色的，联机不正常的话则按如下步骤处理：本软件的默认串口为l号串口，若通信电缆连接到2号串口上，则可进入【端口】菜单，选择2号串口，然后选择【端口】→【端口测试】选项，若还不正常，请确保打开系统电源及检查通信电缆的连接。50
3）选择【转储】→【转载】选项，进入转载，选择系统软件安装时在＼CMPP＼SAMPLE目录下的例程EX.TXT，单击“打开”按钮后即进行装载。此文件包含有上述设计的模型机要执行的机器指令程序及定义该机器指令系统的微程序。4）装载完成后，选择【运行】→【通路图】→【复杂模型机】选项，可打开一个对应的数据通路图。(3）在执行指令之前，要将实验系统右下角的CLR 清零开关向上拨到0位再拨回1位，以将程序计数器和微地址寄存器清零，使得程序从零地址开始运行。选择【运行】→【单步微指令】功能选项，每按动一次，系统运行一条微指令并在界面中显示动态数据流及微地址等的变化，仔细观察运行过程则可了解并掌握计算机的工作过程。(4）选择【运行】→【单步机器指令】功能选项，每按动一次，则单步执行一条机器指令。一条机器指令对应一段微程序，每执行一条微指令，计算机同时显示数据流，执行完这条机器指令对应的所有微指令后则自动停止。此时可以再继续单步执行下一条机器指令。当模型计算机执行完一条指令后，PC机根据指令的执行过程，在屏幕上显示出其数据流，图中各部件的有效控制信号用高亮显示，并将下一条微指令代码显示在下方。这样就可以形象地看到一条指令的执行过程。选择【运行】→【单步微指令】选项的功能是单步执行一条微指令，同时显示其数据流。 选择【运行→【连续运行】选项，则连续运行全部程序．同时连续显示整个数据流。当选择【运行】→【停止】选项时才会停止执行，但不是立即停止，只有当一条机器指令运行完后才会停止。(5）单步执行机器指令，并对下表观察对应一条机器指令的一系列微操作的运行过程，例如：INR0指令的微操作：当执行一条微指令（PC→AR，PC+1→PC）时，计算机同时显示数据流的流动，先是一条数据流从PC流向MEN中，然后PC内容增加1。同理当执行下一条微指令（RAM→BUS，BUS→IR）时，数据流从MEN经过BUS总线再流向IR，当执行到INPUT→R0时，应该在INPUT单元设置一个加数，当执行OUTR0指令时，相加的结果就会在LED中显示出来。下图是数据的流通。51
6．实验思考(1)单步执行微指令，观察应用软件的数据通路图中各部件的有效控制信号（高亮显示）, 思考这些控制信号的作用，并对照图1-2找到这些控制信号的来源，思考它们是如何产生的以及它们与微代码的关系是怎样的。思考微程序控制器在整个模型计算机运行中的作用。(2)单步执行指令：ADD X , R0，观察微操作[DR1]+[DR2]→R0执行时，运算器ALU的有效控制信号S0～S3、M、CN，思考它们对运算器算术逻辑操作的作用。(3)怎样利用连接好的实验系统执行2+9的操作。
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