计算机硬件基础实验指导书.pdf

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1、计算机硬件基础实 验 指 导 书合 肥 工 业 大 学目 录第一章实验系统概述.11.1 系统特点.11.2 软件环境.21.3 系统构成.2第二章 手 动“搭接”实验.52.1 手动实验环境的建立.52.2 手控实验提示.62.3 手 动“搭接”实验示例.72.3.1 十六位机运算器实验.72.3.2 通用寄存器实验.372.3.3 准双向I/O 口实验.412.3.4 存储器读写实验.45第三章 手 动“在线”实验.523.1 地址总线组成实验.523.2 十六位数据总线实验.573.3 指令总线运用实验.643.4 微控制器实验.71第四章典型模型机实验.824.1 基本模型机的设计与实

2、现.824.2 分段模型机的设计与实现.87第五章按键操作指南.915.1 键盘概述.915.1.1 键盘功能简介.915.1.2 键盘监控工作状态.925.1.3 初始待命状态.925.2 工作模式设置.925.2.1 设置为手动模式.925.2.2 设置为微程序模式.935.2.3 设置为组合逻辑模式.945.3 寄存器读写操作.955.4 存储器读写操作.955.4.1 程序与微程序读写选择操作.955.4.2 程序存储器ROM读写操作.965.4.3 微程序存储器uM 读写操作.965.4.4 数据存储器RAM读写操作.965.4.5 内部存储器IM 读写操作.97第六章集成开发环境的

3、使用.986.1 集成开发环境主界面.986.1.1 菜单栏.996.1.2 工具栏.1006.1.3 代码区.1006.1.4 结构区.1006.1.5 信息区.1016.1.6 状态栏.1016.2 设置环境参数.1016.2.1 设置工作方式.1016.2.2 设置通信端口.1016.3 程序的建立.1026.3.1 源程序文件操作.1026.3.2 指令系统/微程序文件操作.1026.4 程序的汇编与装载.1036.4.1 源程序中的预调入命令.1036.4.2 源程序中的伪指令.1036.4.3 源程序的汇编与装载.1046.5 调试实例.1046.5.1 机器级调试.1046.5.

4、2 应用级调试.1046.5.3 全速运行.1046.5.4 暂停与复位.1046.5.5 即时观察.105III ll第一章实验系统概述1.1 系统特点Dais-CMX16+是十六位体系结构的面向教学实践领域的原理计算机运用类实验装置。系统以STC 89c58RD+单片机为核心组成操作与控制平台，内置3 X 8 键盘、2X16 LCD显示、RS232串行口及USB接口，配备功能较强的集成开发软件，拥有前后台两个操作环境，可实时跟踪模型机运行轨迹，受理中断请求，随机变更微控制模式，监视和控制模型机的实时运行，动态捕捉和传梯模型机现场信息，通过上位机及LCD显示窗展示当前微状态及数据流向，使其组

5、成原理一目了然。1.实时监视器各寄存器、部件均有四个七段数码管显示其十六进制内容，两个数据流方向指示灯，以直观反映当前数据值及该数据从何处输出，而又是被何单元接收的。2.万用汇编器用户可以自定义指令/微指令系统，用户既可按通用计算机来定义，亦可根据自己的喜好以及实验的需要来定义完全属于自己的个性化指令系统,达爱思万用汇编器可对用户定义的汇编助记符进行汇编，自动生成机器指令代码/微代码。3.两种控制方式系统提供手动控制与微控制两种控制方式，所谓手动控制，就是用二进制拨动开关模拟微控制信号，以手动方式设置相互关联的逻辑控制电位，建 立“源与目”的有效状态，实现和完成实验制定的控制任务本系统微控制器

6、由组合逻辑与存储逻辑集合组成，两者按独立控制器的规范与标准设计，既可单独控制，亦可交替互补（混合）控制。4.两种实验方式搭接：所 谓“搭接”就是在部件控位与控制器控位之间通过连接的方法形成控制电路。为此 在“搭接”方式，首先考虑控制电路的连接，然后才能进行实验。在线：所 谓“在线”就是以零连线为前提，为此在进入“在线”方式前必须卸取所有实验连接导线，然后再进入在线方式的实验。5.两种操作环境系统设有16个数字键，8 个功能键，2X16LCD液晶显示窗，向用户提供了一个按键式操作环境。系统设有USB与 RS232接口，连接P C,通过Window调试环境及图形方式进行更为直观的实验。1.2 软件

7、环境Dais-CMX软件支持Windows98/2000/XP/Vista,集成编辑器、汇编器、调试器，具有模拟调试，可模拟实验系统的基本功能。1.集成开发环境Dais-CMX十六位体系结构计算机组成原理所配备的集成开发环境支持编辑、编译，向系统装载实验程序，提供了单拍、单步、宏 单 步（含断点）、运行等调试手段。还示意实验各部件的结构图、时序图、电路原理图。结构图中实时反映程序执行过程中的数据流向及相关的部件；原理图中再现了各部件的详细的组成原理；时序图中则实时反映当前的逻辑关系。2.模型机结构图该窗口中完全模拟了模型机结构框图，能实时反应程序执行过程中各单元状态变化，总线的数据流向。点击各

8、模块即可在线修改部件数据。3.微程序及跟踪器跟踪器窗口跟踪程序的执行过程，包括：微程序注释、微地址、微指令、数据来源、数据去向、总线规则、ALU运算表达式、微变址、EM地址、PC、uPC。1.3 系统构成Dais-CMX16+硬件组成见表1.3.1。该十六位原理计算机体系结构与原理组成由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有16位通用寄存器、16位运算器、16位累加器、16位暂存器、16位地址寄存器、11位程序计数器、16位准双向I/O 单元、16位 EM 主存、16位RAM内存、16位指令寄存器、8 位指令译码寄存器、16位堆栈、单级中断源、11位微程序计数器，拥有 个 35位字

9、长的微控制器和24位字长的组合逻辑控制器，并设置了一组24位字长的二进制模拟开关，系统提供逻辑笔和24个按键操作环境。配有字符式LCD、USB通信口、RS232通信口及外设扩展区。2外 DBUS外ABU3控 制 总 线：外部设备I/OROMRAM扩展区DBUS（发送总线）图1 3 1系统体系结构图3表L3.l DaisCMX16+硬件组成部件名称部件主要电路十六位运算器单元由4片574组成A X、B X运算源寄存器，由5256VE构成运算器，其内核有十六位累加器、十六位暂存器，支持算术运算、逻辑运算、移位运算、进位与零标志控制、支持字与字节的运算操作十六位通用寄存器由4片574组成CX(RI

10、R O)、DX(R3 R 2)十六位通用寄存器组，支持字与字节操作十六位准双向I/O 口由2片574和2片245缓冲组成准双向输入/输出I/O,内置16位数据开关，16只状态灯，支持字与字节操作十六位堆栈寄存器由2片574组成十六位SP指针，支持字与字节操作十一位程序计数器由3片161组成11位PC指针，寻址范围4K(0-7 F F),按字方式寻址十一位微地址计数器由3片161组成11位uPC指针，寻址范围4K(0-7 F F),只写不可读，按字方式寻址十六位地址寄存器由2片574组成十六位数据指针，寻址范围64K(O-OFFFF),只写不可读，按字方式寻址十六位E M主存由两片6116组成E

11、 M主存，字容量4K(寻址范围0 7 F F),支持字与字节操作十六位R A M内存由两片6116组成R A M内存，字容量256个单元十六位指令寄存器由2片574组成十六位指令寄存器I R,只写不可读，按字节方式寻址指令译码器由CPLD组成八位指令译码器，只写不可读，按字节写入中断源由D触发器组成中断允许、中断请求及中断响应标志微程序控制器由两片6264、1片6116组成微程序控制器，微控制位字长2 4位，分段输出微命令(24位)和下续微址(11位)。组合逻辑控制器由CPLD器件9572独立构成组合逻辑控制器，微控制位字长24位，内核含有四个机器周期的状态触发器二十四位二进制模拟开关及灯由2

12、 4只拨动开关及2 4个发光管组成二进制模拟控制电路，在微控制状态该24位通常用于指示当前微逻辑，在外设扩展实验中亦可定义为外设的 I/O 口外设扩展区提供IC-40芯通用型锁紧式扩展插座，用于外设扩展逻辑笔内置逻辑笔，提供一路高低电平及脉冲测试中央控制单元由时序发生器、逻辑合成器、中断逻辑、目态管理器、LC D显示窗及USB、RS232等组成电源内置高性能带短路保护、具过流、过压、静电隔离等功能的开关电源，输出电压为DC+5V/5A4第 二 章 手 动“搭接”实验所谓手动控制，就是用二进制拨动开关模拟微控制信号，以手动方式设置相互关联的逻辑控制电位，建 立“源与目”的有效状态，实现和完成实验

13、制定的控制任务。手动控制是原理计算机的基础，从部件单元电路入手，围饶单元部件、关联部件及微控制器由浅入深地逐一展开，为原理模型机的设计与实现奠定基础。本系统手控态提供“在线”与“搭接”两种实验方式。“在线”态按微控制器设计规范定义和命名控制信号，实验时必须遵循，不得愈越，否则有误。在“搭接”态可忽略微控制器组成环节，自行设计和构造原理计算机部件，自由定义和搭接单元部件与关联部件电路。2.1 手动实验环境的建立1）初始待令状态单元手动模式 微控制器模式 组合逻辑模式第1行包含了产品型号和控制字，第2行的光标闪动位显示提示符，表示实验系统处于初始待令状态，可以进入系统按键命令所定义的操作。2）工作

14、摸式设置在初始待令状态卜，按【减址】键，LCD显示器提示工作模式选项：按【增址】键，将光标移到“KLD”单元手动模式，按【减址】键确定后，询问用户是否使用噌接方式的选项：Dais-CMX16+XXXMUD PLDDais-CMX16+f kid1st/nDais-CMX16+kid1st y/J选择手动模式是，选择搭接方式，须连线否，选择在线方式，零连线按【增址】键，将光标移到“y”选择搭接方式、或将光标移到“n”选择在线方式，按【减址】键确定设置，返回待命状态。Dais-CMX16+kid设置完毕，返回待命状态5设置工作状态亦可借助PC系统在达爱思集成开发环境下进行，使用方法可参阅第六章。2

15、.2 手控实验提示1）初始化操作一旦进入手控状态，首先应把实验系统左下方“二进制开关单元”的24位微控制开关拨至下 方（即高电平信号“1”），使24位微控制状态指示灯处“暗态”，关闭全部控制信号，完成微控制器的初始化操作。2）控制信号的建立有效状态的特征：本系统提供的是“负逻辑 控制电路，通常情况下把低电平“0”定义为有效状态，以点亮绿色发光二极管为标志。有效状态的建立：结合实验项目，按实验要求把相关的二进制开关拨向上方，点亮对应的发光二极管。有效状态的控制源操作：为了避免总线的冲突与竞争，保证其唯一性，系统以编码方式定义总线来源，实验忖必须按照源编码表的要求选择当前总线源。例如：IN A X

16、 J/O源编码开关X2、X I、X 0时应二进制开关设为“100”，再 把“XP”、“W”对应的二进制开关拨向上方，此时I/O 单元右上方的奇偶绿色指示灯“亮”，然后按动I/O 单元的数据开关，总线单元的显示器及二进制发光管应随之变化。目的操作：首先应把与控制目的操作部件相对应的二进制开关拨向上方，建立目的寻址的有效状态，其特征是该部件单元周边的黄色指示灯“亮”，然后按动【单拍】按钮向目的部件提供写脉冲，把数据打入黄色指示灯处 亮 旁边的部件中。例如：IN AX,I/O在源状态已建立的基础上，首先令I/O 口单元的数据开关为“00010010 00110100”，以A X部件处黄色指示灯“亮”

17、为条件按 动【单拍】按钮，把I/O的内容打入A X,该部件单元显示器显示“1234H”。源与目的编码表2.2源与目的寻址编码表总线源编码M10M9M8功能X2XIX0111禁止110ALU101SP100I OR011MRD010XRD001RRD000PC在线态E的编码Ml 9M18M17功能020100111禁止110MAR101BX100AX011SP010I OW001XWR000RWR上表中源编码无“在线”与“搭接”之分，八中选一属必须遵守的潜规则；之于目的编码表的定义仅适用于“在线”方式；在“搭接”方式，由实验者自行定义。3）设计与连接环节提示6(1)实验方式设置规定由于“在线”方

18、式下，控制器与部件之间已建立了“主从式”控制关系，也就是说控制器已进入载体工作状态，此时若出现对控制器已定义部件的“实验搭接”，从控制角度称谓“重叠定义”，造成总线混乱；从电路的层面讲称谓超负荷加载，危及器件安全。因此“在线”方式下对于控制器已定义部件的“实验电路连接”是不允许的，属非法操作。在实验方式选择与相互转换中应做到：山“搭接”方式转向“在线”方式时、首先卸去所有的实脸连接，然后才能进入在线方式的设置操作。在进入“实验电路连接 操作之前，必须判断当前的实验环境是否处“搭接”状态，若否首先设置搭接实验方式，然后才能进入“实验电路的搭接”。(2)“搭接”态并行性设计制约二进制模拟控制开关K

19、23K 0的负载能力为四个TTL电平，在构造并行输出控制信号时它的受控部件通常以三个以下为宜。为了延缓模拟控制电路的使用寿命，对于三个以上TTL电平的控制应通过追加隔离驱动电路的途径耒实现。4)手控态按键命名【减址】：模式选择命令，主要用于更改“控制字”与“连接字”。【返回】：系统复位命令，主要用于带预置或清零控制部件的复位。涉及的清零器件为PC、uPC、AR、A、B寄存器及CY与零标志；涉及置位操作的是十六位I/O。2.3 手 动“搭接”实验示例所谓手控“搭接”实验是以自行定义和连接单元部件与关联部件电路为前提,在进入“实验电路连接”操作之前，必须把实验箱工作状态设置为“手动”、“搭接”，然

20、后才能进入“实验电路的搭接”。2.3.1 十六位机运算器实验一、实验目的掌握十六位机字与字节运算的数据传输格式，验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。二、实验要求完成算术、逻辑、移位运算实验，熟 悉ALU运算控制位的运用。三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图2-3-1所示。ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、B X的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。7DATA BUS图 2-3-1 运算器

21、数据通路图 2-3-1中，AXW、BXW在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的负脉冲把总线上的数据打入，实现AXW、BXW写入操作。四、运算器功能编码表 2.3.1 ALU运算器编码表算术运算 逻辑运算Ml 5M13M12Mil功能MS2SISO0000A+B+C0001A-B-C0010RLC0011RRC0100A+B0101A-B0110RL0111RRM15M13M12Mil功能MS2S1SO1000B1001/A1010A-l1011A=01100A#B1101A&B1110A+l1111A五、实验连线K23K 0置“1”，灭 M23M 0控位

22、显示灯。然后按下表要求“搭接”部件控制电路。连线信号孔接入孔作用有效电平1DRCKCLOCK单元手动实验状态的时钟来源上升沿打入2WK6(M6)总线字长：0=16位字操作，1=8位字节操作3XPK7(M7)源部件奇偶标志：0=偶寻址，1=奇寻址84X2KIO(MIO)源部件定义译码端X2三八译码八中选一低电平有效5XIK9(M9)源部件定义译码端XI6X0K8(M8)源部件定义译码端X07MK15(M15)运算控制位：0=算术运算，1=逻辑运算8S2K13(M13)运算状态位S29SIKI2(M12)运算状态位S110S0K ll(M ll)运算状态位so1 1OPK16(M16)目标部件奇偶

23、标志：0=偶寻址，1=奇寻址12AXWK17(MI7)A X运算寄存器写使能，本例定义到M17位低电平有效13BXWK18(M18)BX运算寄存器写使能，本例定义到M18位低电平有效实验1算术运算1.字算术运算(1)字写操作通过I/O单 元“S15SO”开关向累加器AX 和暂存器BX置数，操作步骤如下:数据来源 置数 寄存器AX工/。单元 工/O=1122h I(1122h)K10-K6=10000 KI 8 KI 6=100如图:寄存器BX(3344h)K18-K16=010按【单拍】按钮按【单拍】按钮9(2)字读操作关闭AX、BX写使能，令 K18=K17=1”，按下流程分别读AX、BX。

24、Dbus:1122 i;3344h关闭写控位读FUN数据总线显示A X值数据总线显示B X值读BXK18-K17=11 K10-K6=11000 K15-K11=11111 K13-Kll=000如图:10(3)字加法与减法运算令 M S2 sl SO(K15 K13Kll=0100),FUN 及总线单元显示 AX+BX 的结果。4466令 M S2S1S0(K15 K13Kll=0101),FUN 及总线单元显示 AX-B X 的结果。ddde112.字节算术运算(1)偶字节写(置数操作)12通过I/O 单元“S15SO”开关向累加器AL和暂存器BL置数，具体操作步骤如下：置 0022h和

25、0044h ax和 bx显示数据来源I/O单元K10-K6=10001置数I/O=XX22h寄存器AL(22h)K18-K16=100按【单拍】按钮置数I/O=XX44h寄存器BL(44h)K18-K16=010按【单拍】按钮13(2)偶字节读操作(运算寄存器A L和B L内容送总线)关闭AL、B L写使能，令K18=K17=1,按下流程分别读A L、BL。关闭写控位读FUN数据总线显示AL值读BL数据总线显示BL值K18-K17=11K10-K6=11001 K15-K11=11111 K13-Kll=00014(3)字节减法算术运算(不带进位加)4-M S2S1 SO(K15 K13-K1

26、1=0100),令 M S2 sl SO(K15 K13-K11=0101),FUN及总线单元显示AL+BL的结果。0066FUN及总线单元显示A L-B L 的结果。ffde1591实验2逻辑运算1.字逻辑运算(1)字写操作(置数操作)通过I/O单 元“S15SO”开关向累加器A X和暂存器B X置数，操作步骤如下：1122,3344数据来源工/0单元K10-K6=10000置数I/O=1122h寄存器AX(1122h)K18-K16=100按【单拍】按钮置数I/O=3344h寄存器BX(3344h)K18-K16=010按【单拍】按钮(2)字读操作(运算寄存器A X和B X内容送总线)K1

27、8-K17=11 K10-K6=11000 K15-K11=11111 K13-Kll=000关闭AX、B：关闭写控位K写假;能，令KI S读 FUN?=K17=T,按 一数据总线显示AX值;流程分别读AX读 BXBXo1122,3344数据总线显示BX值17(3)字逻辑运算令 MS2S1 SO(KI 5 K13K ll=1101),为逻辑与，FUN及总线显示AX逻辑与BX 的结果。1100令 MS2S1 SO(KI 5 K13K ll=1100),为逻辑或，FUN及总线显示AX逻辑或BX 的结果。3366c-u l u u u u m nE u u u _ _2.字节逻辑运算19(1)奇字节

28、写操作(置数操作)通过I/O单 元“S15 SO”开关向累加器A H和暂存器B H置数，具体操作步骤如下:数据来源工/O单元置数I/O=XX22h寄存器AH(22h)置数I/O=XX66h寄存器BH(66h)K10-K6=10001K18-K16=101按【单拍】按钮K18-K16=011按【单拍】按钮(2)奇字节读操作(运算寄存器A H和B H内容送数据总线)关闭A H、B H写使能，令K18=K17=1,按卜流程分别读A H、BH。2200；6600关闭写控位读 FUNK18-K17=11K10-K6=11011数据总线显示AH值K15-K11=11111读 BH数据总线显示BH值K13-

29、Kll=00020 若运算控制位设为(MS2S1 SO=1111)则 F=A H,即 A H 内容送到数据总线。若运算控制位设为(M S2 SI S0=1000)则 F=B H,即 B H 内容送到数据总线。(3)奇字节逻辑运算令 MS2S1 SO(KI 5 K13K ll=1101),为逻辑与，FUN及总线显示AH逻辑与B H 的结果。2200令 MS2S1 SO(KI 5 K13K ll=1100),为逻辑或，FUN及总线显示AH逻辑或B H 的结果。66002122实验3移位运算Dais-CMX16+在移位运算时把累加器A视为移位的源寄存器,也就是说移位是通过累加器A实现的。1.表2.3

30、.2移位编码表移位控制编码 不带进位循环左移：各位按位左移，最高位移入最低位。不带进位循环右移：各位按位右移，最低位移入最高位。带进位循环左移：各位按位左移，最高位移入C中，C中内容移入最低位。带进位循环右：各位按位右移，最低位移入C中，C中内容移入最高位。循环移位一般用于实现循环式控制、高低字节的互换，还可以用于实现多倍字长数据的算术移位或逻辑移位。3.字移位运算(1)向A X寄存器置数拨 动“I/O输入输出单元”开关向移位源寄存器A X置数，具体操作步骤如下：23数据来源I/O单元K10-K6=10000置数I/0=0080hAX写选通AX=0080K18-K16=100按【单拍】按钮(2

31、)A X寄存器移位数据来源AX移位控制M=0 S l=l移位选通移位结果打入AXK10-K6=11000S2 SO方式选择K18-K16=100按【单拍】按钮24令 M=OS1=1参照表2.3.2改变S2、SO的状态，再按动【单拍】按钮，观察A X 移位变化。0080-0040-0020-0010-0008-0004-0002-0001 -8000-4000-2000-1000-0800-0400-0200-0100-080025mum4.字节移位运算(1)A L 寄存器置数拨动“I/O输入输出单元”开关向移位源寄存器A L 置数，具体操作步骤如卜.:数据来源工/0单元K10-K6=10001

32、置数I/O=XX80hAL写选通 AL=80K18-K16=100 按【单拍】按钮26数据来源AL(2)A L寄存器移位移位控制M=0 Sl=lK10-K6=11001 S2 so方式选择 K18-K16=100 按【单拍】按钮令 M=OS1=1参照表2.3.2改变S2、SO的状态，再按动【单拍】按钮，观察AL移位变化。80-40-20-10-08-04-02-01-80(3)自行完成A H 寄存器移位运算数据来源AH移位控制M=0 Sl=l移位选通移位结果打入AHK10-K6=11010S2 S0方式选择K18-K16=101按【单拍】按钮80-40-20-10-08-04-02-01 -8

33、027实验思考验证表2.3.3 ALU运算器编码表所列的运算功能。在给定AX=6655h、BX=AA77h的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下页表格中，并和理论分析进行比较、验证。表 2.3.3 ALU运算器真值表运算控制运算表达式MS2SIsoAXBX运算结果带进位算术加A+B+C00006655AA77FUN=(1OCC)带借位算术减A-B-C00016655AA77FUN=(BBDE)带进位左移RLC A00106655AA77FUN=(CCAA)带进位右移RRC A00116655AA77FUN=(332A)算术加A+B01006655AA77FUN=(10CC)算

34、术减A-B01016655AA77FUN=(66DE)左移RL A01106655AA77FUN=(CCAA)右移RR A01116655AA77FUN=(632A)28取BX值B10006655AA77FUN=(AA77)AX取反NOT A10016655AA77FUN=(99 AA)AX减1A-l10106655AA77FUN=(6654)清零010116655AA77FUN=(0000)逻辑或A OR B11006655AA77FUN=(EE77)逻辑与A AND B11016655AA77FUN=(2255)AX加1A+l11106655AA77FUN=(6656)取AX值A11116

35、655AA77FUN=(6655)实验4进位控制与零标志1.标志控制原理AXW?BXWO(374)AX图2-3-2标志位锁存原理图(1)进位标志CY运算标志CY 是带复位可预置的进位标志，在运算时由M 信号控制，当 M=0时，按【单拍】按钮，在 DRCK上升沿把当前运算溢出位(进位或借位)打入C Y 的锁存输出端Q2。在 M=1时，由 CN 位控制C Y 的“位操作。当 CN=0时，按【单拍】按钮，在 D R C K 上一升沿执行CY的 置“1”、清零、取反操作；遇 M=l、CN=1时，CY 保持原始状态。C Y 的复位端由管理CPU直接控制。(2)零标志Z29零标志Z 是带复位端的运算结果判

36、零标志，取源于运算器输出FUN。当 FUN=00h时，zd为“1”，反之为“0”。；零标志由M 信号控制，当 M=0时，按【单拍】按钮，在 DRCK上升沿把当前zd打入Z(零标志)的锁存输出端Q1。遇 M=l,零标志Z 保持原始状态。(3)标志位的初始化标志位的清零端由系统掌控与控位无关，在手动实验中需要清标志时，通过按动【返回】键来实现标志位的初始化。系统提供C Y 与 Z 的状态灯，其显示特征为：进位标志CY=1时，灯“亮”，反之灯“灭”；零标志Z=1时，灯“亮”，反之灯“灭”。2.实验连线 按实验指导书P11页表2.3.2 的要求搭接运算器。进位控制信号CN与 K14所对应的引出端Ml4

37、 相连。3.进位标志CY实验CY标志控制实验进位控制流程K231wf-aupe”.m BUSBUS-R。680运行微程序1 QPC-BUSBUS-AR600打操作码6C0oyT1 7QQ/JPC+1-BUSBUS-丽PC+l-BlS8US ARPC+1-BUSB U S-X RI，68RAM-BUSBUS-BL6C1I 682RAM-BUSBUS-BLPC+1-BUSBUS-AR1 6里RAM-BUSJ际BX-BUSBUS-AR1 68号RAM-BUSBU5-BLR9-BUSI 687A+B-BUS|BUS-R6J 6c2J 7Q1RAM-BUSBUS-BLPC+1-BUSBUS-AR1 7处

38、1 6CQRAM-BUSBUS-BH1 6日BX-BUSBUS-ARJ 6CWR0-BUSBUS-RAMPC+1-BUSBUS-ARJ 7 RAM-BUSJ 70,BX-BUSBUS-ARRAN-BUSBUS-UO/J7呼1 7 PC+1-BUSBUS：ARI 7 4：RAM-BUSBUS：BL1 7%PC+1-BUS|RAM-BUSBUS-BHJ 743BX-BUSBUS-PC705未手义 未尽义J 780 7co空操作 空操作z001图412基本模型机微程序流程图按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码表,并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。M2

39、3 M2 2 M21M20 M19 M18 M17 M16 M15 M14 M13 M12 Mil MIOM9M8M7M6M5M4M3M2MlMOE/MIPMWR R/M目的编码OPMCNS2S1SO源编码XPWALUluIE工R Icz Ids源编码 目的编码MIOM9M8功能X2XIXO111禁止110ALU101SP100IOR011MRD010XRD001RRD000PCM19M18M17功能0201OO111禁止110MAR101BX100AX011SP010IOW001XWR000RWR实验所用的机器指令程序:地址指令代码助记符功能8400020I N R0zI OLI/O （数据

40、开关）偶字节-R000140 60 02ADD RO,ADDRRO+RAM-RO00460 61 02STA ADDR,ROR0-RAM00780 61 02OUT ADDRzI OHRAM-1/O（奇字节）00AA0 00 00JMP 0000HRAM-PC四、实验方法键盘操作首先卸去实验连接，然后参阅第五章5 2 2小节，把系统工作方式设为“微控/在线”。机器程序与对应的微控制程序的写入：在待令状态下，键入数字键“1”（基本模型机代号），然后再键入【减址】命令键，实验装置装载基本模型机代码程序及对应的微程序，装载完毕自动返待令态。运行程序单拍运行：每按一次【单拍】按钮模型机运行-啪，系统提

41、供可变时序，非“取指”微周期 它 的 节 拍 按 匚 匕 上归次序循环，在取指微周期按日二无二H口 次序循环。微单步：每按一次【单步】命令键运行一条微指令，对照微程序流程，观察微址是否和流程一致。对照微指令表，观察执行结果是否和理论值一致。宏 运 行（指令单步或宏调用）：每按动一次【宏运】命令键，运行一条机器指令。对照机器指令程序，观察PC地址是否和流程一致。程序运行与暂停：按 动【运行】命令键使模型机进入实时运行状态；在实时运行状态按左下方任一数字键即可暂停模型机程序的运行，以便实验者查看模型机现场。联机运行若在联机状态下，首先应打开mxjl.asm（基本模型机机器指令及对应微指令代码文件）

42、，然后点击工具栏“装载”按钮开始装载，如源程序无语法错误即可完成装载，进入调试状态。可点击工具栏快捷按钮（具体操作请参阅第六章6.5节）：单拍：单节拍运行微指令单步：单步跟踪机器指令运行：以全速方式运行模型机程序微单步：单周期运行微指令宏单步：单步跨越机器指令暂停：暂停正在运行的模型机程序85表4.1.1基本模型机微指令表微址M 23422磔M l 9M l 8M l 7肛6代码M l 5M 14M l 3M l 2MHM I OM 9 M 8代码M 7 M 6 M 5雨M 3 M 2 M l M O代码后续微址说明E/H I Po2 01 oO O PM C N S2 S2 SO X 2 X

43、I X OX P Klu I E I R I cz I ds00011111111FF11111111FF11111111FF+1空操作00111111100FC11111000F8001111113F+1PC-*AR002011111117F11111011FB11111010FA操作码OP_*upc64010110001Bl11111100FC011011016D+11/O f RO68010111100BC11111000F8001110113F+1PC+1-*AR681011110107A11111011FB11011111DF+1RAM-*BL68210111100BC1111100

44、0F800011111I F+1PC+1-*AR683011110117B11111011FB11011111DF+1RAMBH68410111100BC11000110C600011111I F+1BX-*AR685011110107A11111011FB11011111DF+1RAMBL68611111000F811111001F911011111DF+1R0-AL68711110001Fl0110011066010011014D001A+B f RO6C010111100BC11111000F8001111113F+1P C+l-A R6C1011110107A11111011FB110

45、11111DF+1RAM f BL6C210111100BC11111000F800011111I F+1P C+l-A R6C3011110117B11111011FB11011111DF+1RAMBH6C410111100BC11000110C600011111I F+1B X f AR6C5010111115F11111001F911101101ED001RO f RAM70010111100BC11111000F8001111113F+1PC+1-*AR701011110107A11111011FB11011111DF+1RAM-*BL70210111100BC11111000F800

46、011111I F+1PC+1-*AR703011110117B11111011FB11011111DF+1RAM f BH70410111100BC11000110C600011111I F+1BX-*AR705011101017511111011FB11101101ED001RAM-*I/O74010111100BC11111000F8001111113F+1PC+1-*AR741011110107A11111011FB11011111DF+1RAM-BL74210111100BC11111000F800011111I F+1P C+l-A R743011110117B11111011FB

47、11011111DF+1RAMBH744001111113F11000110C600001101O D001BX PC864.2分段模型机的设计与实现一、实验目的1.在掌握基本模型机的基础匕 构造-台含有段概念（程序与数据）分段寻址的模型机。2.机器指令与基本模型机相同的情况下编写段式的微程序，上机调试掌握段概念运用。二、实验设备Dais-CMX16+计算器组成原理教学实验系统-台。三、实验原理在基本模型机的实践中，CPU的取指以AR作为地址指针，在微程序流程中必须要通过PC送 A R 这一途径完成操作码与操作数的存取，这种瓶颈现象降低了 CPU的工作效率，仅适用于基础教学，与通用机的设计规范

48、差距甚远。目前通用机的规范寻址方式通常把存储器组织分为程序段、数据段、堆栈段地址指针的定义由此分为程序指针、数据指针、堆栈指针等，进一步提高了 CPU的工作效率。段式模型机在取指时直接默认PC指针，完成操作码与操作数的存取。使我们的模型机设计“不存在”也“不需要”考虑指令预取的问题。遇外部程序的执行通常采用“调入执行法”，例如：80286以上的CPU在执行用户程序时均通过系统BUS的 DMA操作先将用户程序调入系统程序段，然后再转入用户程序的运行入口。本实验的机器指令与基本模型机相同：I N（输入）、ADD（二进制加法）、STA（存数）、OUT（输出）、JMP（无条件转移），其指令格式如下（前

49、三位为操作码）：助记符机器指令码说明IN RO,IOL001000001/0（数据开关）偶字节-R0ADD RO,addr01000000 XXXXXXXX XXXXXXXXR0+addr -R0STA addr,RO01100000 XXXXXXXX XXXXXXXXR0-addrOUT addr,工 OH10000000 XXXXXXXX XXXXXXXX奇字节）JMP addr10100000 XXXXXXXX XXXXXXXXaddr-PC其中IN 为单字节（8 位），其余为三字节指令，XXXXXXXX XXXXXXXX为 addr对应的二进制地址码。根据以上要求设计数据通路框图，如

50、图 4-2-1所示。系统涉及到的微程序流程见图4-2-2当拟定“取指”微指令时，省略了“PC-A R”取地址环节，直接进入“取指”操作，在微指令的判别测试字段I R（M2）=0时，把操作码打入1D译码器。由于“取指”微指令是所有微程序公用的微入口，因此I R（M2）的测试结果经ID 译码后出现多路分支。本机用指令寄存器的前3 位（I R7I R5）作为测试条件，出现8 路分支，占用8 个固定微地址单元。当全部微程序设计完毕后，应将每条微指令代码化，表 4-2-1就是按照图4-2-2的微程序流87程定义的微指令格式转化而成的“二进制微代码表”0比对分段模型机与基本模型机的微程序流程，我们可以看出