计算机组成与结构实验指导

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1、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

2、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系统组成系统出主板DTCE-2HA和演示板DTCE-2HB组成。一、主板DTCE-2HA主要由以下几部分组成1、控制电路①设置了31只按键开关(Ani~Ami),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”

3、，指示灯点亮，否则为“0”，指示灯灭。②DIP1为置数拨动开关，用于完成数据和地址等输入。③DIP2为吋钟源选择开关，开关某位向上为选通。④设置了3个单脉冲电路(Po~P2),P0(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，P1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、uAi^uAO作为

4、二进制显示，用于显示实验屮数据、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主要由以下儿部分组成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、显示单元(DISPLAYUNTT)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，其屮BUSUSEF

5、LAG(总线占用标志)发光二极管组用丁•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，一般某一吋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

6、整机有一个形象的、生动的、木质的认识。有利于培养学生的动手能力，创造性分析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”O2、31个电平显示电路（见图2B）013R3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岀端P+、P-o每按一下按钮，在和应的输出端输出正、负脉

7、冲各一个。Vcc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1MHZ,F3为2MHZ,此方波信号为实验吋钟及产生时序信号的时钟。MFrrnU1IC厶10PF图4时钟电路图三、吋序发生器及启停电路（见图5）图5时序发牛器及启停电路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和巴己接入）产生一拍时序信号Tl、T2、T3、T4o当TJ、DP都为低电

8、平吋,按一次启动按钮P0,产牛连续吋序信号，CLR接P2（已接入）作清除按钮。连续输出吋序波形见图6所示。Tl、T2、T3、T4冇二组输出信号，以提高负载能力。T2T3T4图6连续输出时序波形图四、接口定义UBINUPCOUT此座信号来h逻辑开关并已连到实验电路