计算机组成原理实验课件.ppt

1、运算器运算器存储器存储器微控器微控器时序电路时序电路地址地址/数据开关数据开关数据总线数据总线控制信号开关控制信号开关电源开关电源开关74LS273 2片片 分别组成数据寄存器分别组成数据寄存器 DR1、DR274LS299 8位移位寄存器位移位寄存器74LS245 2片片 分别组成输入三态门和输出三态门分别组成输入三态门和输出三态门AUJ3 数据输出排针数据输出排针2. 2. 存储器模块（存储器模块（PRAM UNIT）静态静态RAM6116611674LS273 地址寄存器地址寄存器74LS161 PC寄存器寄存器AUJ5 数据输出排针数据输出排针ADJ6 PC输出排针输出排针地址指示灯地

2、址指示灯 AD7AD01. 运算器模块（运算器模块（ALU UNIT）SN74181 2片片 组成组成8位算术逻辑单元位算术逻辑单元3. 微控器模块（微控器模块（MICRO-CONTROLLER UNIT）E2PROM 2816 控存（控存（3片片,24位）位）MK23MK0 24位微代码输入开关位微代码输入开关 MD23MD0 24位数据指示灯位数据指示灯 UA5UA0 6位微地址指示灯位微地址指示灯4. 4. 时序电路（时序电路（STATE UNIT） 时钟源时钟源START START 微动开关微动开关KK2 KK2 微动开关微动开关5. 数据数据/地址开关地址开关SWJ3 数据数据/地

3、址排针地址排针D7D0 数据数据/地址指示灯及开关地址指示灯及开关 指示灯亮指示灯亮 0 指示灯灭指示灯灭 1实验仪上所有指示灯均按此规定实验仪上所有指示灯均按此规定6. 数据总线（数据总线（BUS UNIT）数据总线由若干排针组成，数据总线由若干排针组成，B7B0，总线指示灯指示总线数据总线指示灯指示总线数据几点要求几点要求: :1.1.实验完成后请将排线理好放入实验箱内。实验完成后请将排线理好放入实验箱内。2.2.将电源线放入实验箱内。将电源线放入实验箱内。实验一实验一 运算器实验运算器实验实验目的实验目的 1.掌握运算器的数据传送通路。掌握运算器的数据传送通路。 实验设备实验设备TDN-

4、CM 实验系统实验系统实验内容实验内容 1.实验电路分析（实验手册实验电路分析（实验手册P2）图）图1-1 2. 电路连接电路连接 （实验手册（实验手册P3） 图图1-2 T4KK2 ALU单元与二进制控制信号开关之间的连接：单元与二进制控制信号开关之间的连接：S3S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B2.验证运算器的组合功能。验证运算器的组合功能。数据单元数据单元SW-B与控制信号开关单元之间的连接。与控制信号开关单元之间的连接。排线连接时注意排线的排线连接时注意排线的颜色，中间不要扭转。颜色，中间不要扭转。ALU的数据输出与总线连接：的数据输出与总线连接：AUJ3总线单元总线单

5、元3.运算器功能验证运算器功能验证步骤：步骤：（1）数据置入）数据置入DR1、DR2 DR1：01100101 DR2：10100111 （具体步骤见讲义（具体步骤见讲义P2）（2）检验）检验DR1、DR2的数据输入是否正确的数据输入是否正确 （P3 第一段）第一段）（3）验证运算器功能）验证运算器功能 通过搬动通过搬动S3S0、Cn、M的二进制开关，观察运算器的输出结果，的二进制开关，观察运算器的输出结果，与已经算出的表与已经算出的表1-1的结果相比较。的结果相比较。数据开关与数据总线的连接：数据开关与数据总线的连接：SWJ3总线单元总线单元*在进行电路连接时一定要关掉电源。在进行电路连接时

6、一定要关掉电源。功能表验证举例：功能表验证举例： S3S0=0100教材教材P31 ALU功能表功能表M =0（算术运算）（算术运算）Cn=1（无进位）（无进位）A加加(AB反反)A=01100101 B=10100111BB反反=01011000 (AB反反)=01000000（逻辑与）（逻辑与）A加加(AB反反)=10100101=A5H（算术加）（算术加）Cn=0（有进位）（有进位） A加加(AB反反) 加加1=A6HM=1（逻辑运算）（逻辑运算） （AB）反反 （AB）：）： 01100101 10100111=00100101（AB）反反：11011010=DAH实验一完实验一完存储

7、器存储器时序电路时序电路地址地址/数据开关数据开关数据总线数据总线实验二模块图实验二模块图实验二实验二 存储器实验存储器实验实验目的实验目的掌握静态随机存储器掌握静态随机存储器RAM的特性及读写方法。的特性及读写方法。实验设备实验设备TDN-CM 实验系统实验系统实验内容实验内容1.实验电路分析（实验手册实验电路分析（实验手册P12 图图2-1） 静态静态RAM6116，2k8； AR地址寄存器地址寄存器(74LS273)； 地址指示灯地址指示灯AD7AD0； ADJ5存储器数据输出排针存储器数据输出排针 若干控制信号：若干控制信号：CE(CS)、WE、T3、LDAR、SW-B *按图中的连接

8、，用户只能使用存储芯片的前按图中的连接，用户只能使用存储芯片的前256个单元。个单元。2. 电路连接电路连接 （实验手册（实验手册P13 图图2-2 ）3.存储器的写操作存储器的写操作 给指定的单元置入数据。给指定的单元置入数据。 单元地址单元地址单元内容单元内容00H0001000101H0001001002H0001001103H0001010004H00010101“写写”操作步骤操作步骤P13存储器读写规定：存储器读写规定：CE(CS)WE操作操作00读读01写写4.存储器的读操作存储器的读操作从指定的存储单元读出数据。从指定的存储单元读出数据。“读读”操作步骤：操作步骤：P14实验二

9、完实验二完控存控存微地址指示灯微地址指示灯微代码指示灯微代码指示灯微代码输入开关微代码输入开关三态开关三态开关CLR实验三、实验四模块图实验三、实验四模块图实验三微程序控制器组成实验实验三微程序控制器组成实验 实验目的实验目的掌握微程序控制器的组成原理掌握微程序控制器的组成原理掌握微程序的编写、输入、及运行掌握微程序的编写、输入、及运行实验设备实验设备TDN-CM 实验系统实验系统实验内容实验内容1.实验电路分析图实验电路分析图3-2（实验手册（实验手册P18）微代码输入开关微代码输入开关 MK0MK23（24位）位）微代码指示灯微代码指示灯 MD0MD23控存控存E2PROM 2816（24

10、位）位）微地址（微地址（6位）来自微地址寄存器位）来自微地址寄存器数据的前数据的前18位送数据寄存器，后位送数据寄存器，后6位微地址送微地址寄存器位微地址送微地址寄存器 18 18位数据前位数据前9 9位为直接控制位，后位为直接控制位，后9 9位作译码器输入信号位作译码器输入信号微指令共微指令共2727位，在实验模块中分别有引脚插针位，在实验模块中分别有引脚插针微地址寄存器（微地址寄存器（6 6位）及微地址指示灯位）及微地址指示灯本实验中微地址来自于开关本实验中微地址来自于开关SESE1 1SESE6 6，总清开关总清开关CLRCLR，将寄存器、微地址清零，将寄存器、微地址清零时序信号时序信号

11、T1T1、T2T22.2.实验电路连接实验电路连接 图图3-6 3-6 （图（图3-6 3-6 实验手册实验手册P19P19）3.3.实验步骤实验步骤(1)(1)微代码写入控存微代码写入控存 输入表输入表3-23-2步骤：步骤：P20 P20 编程编程A.A.三态开关：置为编程三态开关：置为编程PROMPROM状态。状态。B.STEPB.STEP、STOPSTOP开关状态分别为：开关状态分别为： STEPSTEP、RUNRUN。C.置微地址：在二进制开关单元的置微地址：在二进制开关单元的S3CN即即UA5UA0置表置表3-2第一列中的第一列中的“微地址微地址”。注意：拨微地址时，微地址指示灯不

12、会亮，按动注意：拨微地址时，微地址指示灯不会亮，按动START后地址打入，后地址打入，微地址指示灯才会亮。微地址指示灯才会亮。*注意把八进制地址转换成二进制地址注意把八进制地址转换成二进制地址D.在在MK23MK0开关上置表开关上置表3-2中的微代码。中的微代码。E.按动按动“START”，将微代码写入控存，将微代码写入控存(注意观察微地址指示灯注意观察微地址指示灯)。F.重复重复CE，直至表格输入完成，直至表格输入完成(2)校验输入的代码（校验输入的代码（P20）A. 三态开关置为三态开关置为READ。B. STEP等开关不变。等开关不变。C.用二进制开关用二进制开关UA5UA0置微地址。置

13、微地址。D.按动按动“START”，读控存微代码，读控存微代码，通过通过MD0MD23检验读出的控存数据是否与表检验读出的控存数据是否与表3-2一致。一致。STOPSTEPPROMREADRUNUA5UA0MA5MA0SE6SE1CLR总清总清微地址指示灯微地址指示灯(3)单步运行微程序单步运行微程序A. STEPSTEP、STOPSTOP开关状态分别为：开关状态分别为： STEPSTEP、RUNRUN。三态开关置于三态开关置于“RUN” ，开关开关UA5UA0置为置为1 。B.上下上下拨动拨动CLR开关开关一次。一次。C.按按START开关一次。开关一次。将将MA5MA0排针取出，插在排针取

14、出，插在SE6SE1插针上，插针上， 按按START开关一次，执行图开关一次，执行图3-5KT中间分支的微指令中间分支的微指令22(八进制八进制)流程图流程图3-5中中 KT分支的运行：在分支的运行：在微地址为微地址为20时，时，用上下拨动开关的方式使用上下拨动开关的方式使UA5UA0地址为：地址为：21或或23。例如，要产生例如，要产生21，则将，则将UA0上下拨动一次上下拨动一次 要产生要产生23，则将，则将UA0、 UA1都上下拨动一次都上下拨动一次*按一次按一次START开关，执行一条微指令。默认执行开关，执行一条微指令。默认执行20、22分支。分支。实验三完实验三完23分支分支RP的

15、运行：的运行： CLRSTART微地址为微地址为20时拨动时拨动UA0、UA1，产生，产生23按动按动3次次START，分别执行，分别执行01、02、10，继续按动，继续按动START1次，微地址回到次，微地址回到01，当微地址再次为，当微地址再次为10时，拨动相应的时，拨动相应的UA5UA0，执行：，执行： 11，将，将11分支执行完。分支执行完。仿此执行仿此执行12、13、14等分支。等分支。在每个分支运行时，注意观察微地址指示灯的变化，检查微程在每个分支运行时，注意观察微地址指示灯的变化，检查微程序流程是否与图序流程是否与图3-5一致。一致。实验四实验四 基本模型机设计与实现基本模型机设

16、计与实现 实验目的实验目的将微控器模块与运算器及存储器模块连接，组成模型计算机，将微控器模块与运算器及存储器模块连接，组成模型计算机，牢固建立整机的概念。牢固建立整机的概念。 通过运行通过运行5条机器指令组成的程序，掌握机器指令与微程序的关系。条机器指令组成的程序，掌握机器指令与微程序的关系。实验设备实验设备TDN-CM 实验系统实验系统实验内容实验内容1.按按实验三实验三的线路进行连接，将微程序单元内容运行或检查一遍。的线路进行连接，将微程序单元内容运行或检查一遍。（实验（实验3、4连做此步可省略）连做此步可省略）2. 运行运行P26机器代码程序段机器代码程序段分析机器代码程序（分析机器代码

17、程序（P26）：）：“助记符助记符”列采用汇编语言格式，列采用汇编语言格式，“内容内容”列为机器代码，列为机器代码，“地址地址”列为机器指令的主存地址编号。列为机器指令的主存地址编号。地址地址机器代码机器代码助记符助记符说明说明0100 00000000 0000IN从开关取入一个数送从开关取入一个数送R00100 00010001 0000ADD 4AH将将R0的内容与的内容与4AH单元的内容相加单元的内容相加0100 00100100 10100100 00110010 0000STA 4BH将相加结果存放在将相加结果存放在4BH单元单元0100 01000100 10110100 010

18、10011 0000OUT 4BH输出输出4BH单元内容单元内容0100 01100100 10110100 01110100 0000JMP 40H跳转到开始处跳转到开始处0100 10000100 00000100 10010100 10100000 00014AH中的操作数为中的操作数为:01H0100 1011存放运算结果存放运算结果*整个程序是一个循环程序整个程序是一个循环程序*需要从开关拨一个数据需要从开关拨一个数据*4AH单元需要事先存放一个数据单元需要事先存放一个数据*通过运行程序验证通过运行程序验证4BH单元的结果与理论值是否一致单元的结果与理论值是否一致实验步骤：实验步骤：

19、(1)按图按图4-2连接线路连接线路(将各模块连接成计算机将各模块连接成计算机)注意：注意： LDR0LDRI； R0BRSB； LDPCLDPC； I7I2(I1、I0不连接不连接) P(1) P(4)实际为实际为P(1) P(2) P(3) P(4)控制台信号约定：控制台信号约定：SWASWB写写10写机器代码写机器代码读读00读机器代码读机器代码启动启动11运行机器指令运行机器指令REG UNITINS UNIT LOG UNITSWASWB(2)手动方式输入机器指令手动方式输入机器指令（P27）检查开关状态检查开关状态三态开关三态开关:RUN； STEP开关开关:STEP； STOP开

20、关开关:RUN拨动总清拨动总清CLR；从数据输入开关拨；从数据输入开关拨RAM区首地址：区首地址：40H控制台控制台SWA、SWB开关状态为：开关状态为：1、0(写机器代码写机器代码KWE分支分支) 按动按动START开关一次，微地址指示灯为：开关一次，微地址指示灯为：010 001（21）再按动再按动START开关一次，微地址指示灯为：开关一次，微地址指示灯为：010 100（24）输入一条机器指令代码，按动输入一条机器指令代码，按动START开关一次开关一次重复重复 直到所有机器指令都输入完毕直到所有机器指令都输入完毕(无内容单元跳过无内容单元跳过)。*只有输入第只有输入第1条机器代码时要

21、输入主存地址，以后地址自动增条机器代码时要输入主存地址，以后地址自动增1。*只能在微地址是只能在微地址是010 100（24）时才能输入机器代码。时才能输入机器代码。*4AH单元需要输入数字：单元需要输入数字：0000 0001。(3)检查机器指令的正确性检查机器指令的正确性总清（总清（CLR）从数据开关拨从数据开关拨RAM首地址首地址40H SWA、 SWB为：为：0、0(读主存机器代码，读主存机器代码，KRD分支分支)按动按动START一次，微地址指示灯为：一次，微地址指示灯为：20再按动再按动START一次，微地址指示灯为：一次，微地址指示灯为：22再按动再按动START一次，微地址指示

22、灯为：一次，微地址指示灯为：20时，观察总线上的输时，观察总线上的输出是否与输入的机器代码相同。出是否与输入的机器代码相同。不断按不断按START，在微地址为，在微地址为20时，逐一检查总线机器代码。时，逐一检查总线机器代码。(4)单步运行程序单步运行程序（P28）三态开关：三态开关：RUN；STEP开关：开关：STEP；STOP开关：开关：RUN总清（总清（CLR） SWA、 SWB为：为：1、1(运行机器指令，运行机器指令，RP分支分支)从数据开关拨从数据开关拨RAM首地址首地址40H按动按动START一次，运行一条微指令一次，运行一条微指令对照流程图对照流程图RP分支，当微地址为分支，当

23、微地址为10时，从开关拨入一个加数时，从开关拨入一个加数一边按一边按START ，一边对照，一边对照RP流程图，将程序运行完毕，即流程图，将程序运行完毕，即RP的的5个分支全部运行完。个分支全部运行完。(5)检查检查4BH单元是否和理论值计算一致单元是否和理论值计算一致 SWA 、SWB：0 0数据开关拨：数据开关拨：01001011（4BH）按按START一次，地址送上总线一次，地址送上总线按按START一次，地址打入地址总线（主存单元地址指示灯）一次，地址打入地址总线（主存单元地址指示灯）按按START一次，数据总线上即为一次，数据总线上即为4BH单元内容单元内容*5条机器指令程序由条机器指令程序由RP分支中分支中5段微程序段微程序(5个分支个分支)解释执行。解释执行。实验四完实验四完