《指导-组成原理dice-cp226实验一至五》由会员分享，可在线阅读，更多相关《指导-组成原理dice-cp226实验一至五（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机组成原理实验 实验指导 DICE-CP226系统概述1.1 DICE-CP226特点1、采用总线结构DICE-CP226实验系统使用三组总线即地址总线ABUS、数据总线DBUS、指令总线IBUS和控制信号，CPU、主存、外设和管理单片机等部件之间通过外部数据总线传输， CPU内部则通过内部数据总线传输信息。各部件之间，通过三态缓冲器作接口连接。 2、计算机功能模块化设计DICE-CP2226为实验者提供运算器模块ALU，众多寄存器模块（A，W，IA ，ST，MAR，R0R3等），程序计数器模块PC，指令部件模块IR，主存模块EM，微程序控制模块控存uM，微地址计数器模块UPC，组合逻辑控
2、制模块及I/O等控制模块。各模块间的电源线、地线、地址总线和数据总线等已分别连通，模块内各芯片间数据通路也已连好，各模块的控制信号及必要的输出信号已被引出到主板插孔，供实验者按自己的设计进行连接。3、智能化控制系统在单片机监控下，管理模型机运行和读写，当模型机停机时，实验者可通过系统键盘，读写主存或控存指定单元的内容，使模型机实现在线开发。模型机运行时，系统提供单步一条微指令（微单步）、单步一条机器指令（程单步），连续运行程序及无限止暂停等调试手段，能动态跟踪数据，流向、捕捉各种控制信息。4、提供两种实验模式手动运行“Hand”：通过拨动开关和发光二极管二进制电平显示，支持最底层的手动操作方式
3、的输入/输出和机器调试。自动运行：通过系统键盘及液晶显示器或PC机，直接接输入或编译装载用户程序，实现微程序控制运行。5、开放性设计运算器采用了EDA技术设计，随机出厂时，已提供一套已装载的方案，能进行加、减、与、或、带进位加、带进位减、取反、直通八种运算方式，若用户不满意该套方案，可自行重新设计并通过JTAG 口下载。用户还可以设计自己的指令/微指令系统。系统中已带三套指令/微程序系统，用户可参照来设计新的指令/微程序系统。系统的数据线、地址线、控制线均在总线接口区引出，并设计了40 芯锁进插座，供用户进行RAM、8251、8255、8253、8259等接口器件的扩展实验。6、支持中断实验采
4、用最底层的器件设计，让学生可以从微程序层面上学习中断请求、中断响应、中断处理、中断入口地址的产生、中断服务程序及中断返回（RETI）整个过程。7、支持两种控制器实验系统提供两种控制器方式，即微程序控制器和组合逻辑控制器。8、支持子程序调用、返回、指令流水线和RISC精简指令系统实验。9、配备以Win98/2000/XP为操作平台的集成调试软件包系统通过RS-232C串行通讯接口与PC机联接，借助PC资源形成了强大的在线文档与图形的动态管理系统，自带编译器，支持汇编语言的编辑、编译、调试，可动态显示数据流向、实时捕捉数据、地址、控制总线的各种信息，使调试过程极为生动形象。1.2 实验系统组成CP
5、226计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成。实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器W、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展单元、总线接口区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、管理单片机、24个按键、字符式LCD、RS232口。1.3 实验系统总体结构实验系统由实验箱、PC机、软件三大部分组成。实验箱包含七个部分：1.数据处理部件：有运算单元ALU、累加器A、暂存器W、寄存器组R0-R3、直通门D、左移门L、右移门R、进位标志灯RCy、零标志
6、灯Rz、中断向量寄存器和码健IA、中断请求标志灯REQ、中断响应标志灯ACK、程序计数器PC、指令寄存器IR、地址寄存器MAR、堆栈寄存器ST和存储器EM等经典计算机的基本数据处理部件部件2.微程序结构部件：有微程序计数器uPC、微程序存储器uM、微程序运行周期指示灯RT1和RT0。它们用于学习微程序结构对指令译码的工作原理。3.组合逻辑结构部件：由（编程）组合逻辑芯片（in-system IC）LC4256V和它的I/O引脚及指令周期指示灯CT0和CT1组成。用于学习由组合电路构成的指令译码器的工作原理，4.输入通道：有电键和键盘两种形式，是实验中的主要操作部件。电键k0k15用于人工以电平
7、形式发出控制命令（机器指令），k16K23用来设定输入数据， 这是第三种译码方式，用于学习“译码器”的工作原理。键盘用于以代码形式发出控制命令（针对实验箱提供的两种自动译码方式）和数据，用于学习“机器指令码”的实质，进而学习“程序指令”的控制原理，再进而理解“程序”的控制原理，液晶显示器用于辅助和显示键盘的输入。 5.输出通道：由散布于各处的数码管、发光管和液晶显示器组成。数码管用于指示所在处寄存器的值，发光管用于指示总线或标志位状态，液晶显示器用于显示键盘输入、机器状态和某些处理结果6.总线：任何计算机系统都有数据总线、地址总线和控制总线。数据总线：设备上以白色粗线标出走向，并标有DBUS字
8、样和指示灯。数据输入通道：由下部左侧的8位电键（K16k23）赋值，向右转直接连到插座J3；向左连到输入锁存器IN，然后连到插座J2；再由8位扁平线把J2或J3同J1相连，使数据进入数据处理部件。数据输出通道：由数据处理部件的各部件产生数据，经数据总线的（最上面部分）送到输出锁存器，经数码管显示。地址总线：设备上以白色粗线标出走向，并标有ABUS字样和指示灯。 地址总线上的信号是存储器（EM）的地址，而这个地址在这个经典机模型中总是由指令发出的，所以，ABUS只在PC、EM和MAR间存在。控制总线：指令和微指令结构译码的控制总线设备上以白色粗线标出走向，并标有IBUS字样和指示灯。组合逻辑译码
9、的控制总线没有标出，但实际上也是这个通路（因为拨动开关KC保证二者只有一个工作）。 7模型机有24位控制位以控制寄存器的输入、输出，选择运算器的运算功能，存储器的读写。24位控制位分别介绍如下：+XRD ：外部设备读信号，当给出了外设的地址后，输出此信号，从指定外设读数据。EMWR：程序存储器EM写信号。EMRD：程序存储器EM读信号。PCOE：将程序计数器PC的值送到地址总线ABUS上。EMEN：将程序存储器EM 与数据总线DBUS接通，由EMWR和EMRD决定是将DBUS数据写到EM中，还是从EM读出数据送到DBUS。IREN：将程序存储器EM读出的数据打入指令寄存器IR和微指令计数器uP
10、C。EINT：中断返回时清除中断响应和中断请求标志，便于下次中断。ELP：PC打入允许，与指令寄存器的IR3、IR2位结合，控制程序跳转。MAREN：将数据总线DBUS上数据打入地址寄存器MAR。MAROE：将地址寄存器MAR的值送到地址总线ABUS上。OUTEN：将数据总线DBUS上数据送到输出端口寄存器OUT里。STEN：将数据总线DBUS上数据存入堆栈寄存器ST中。RRD：读寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。RWR：写寄存器组R0-R3，寄存器R?的选择由指令的最低两位决定。CN：决定运算器是否带进位移位，CN=1带进位，CN=0不带进位。FEN：将标志位存入AL
11、U内部的标志寄存器。WEN：将数据总线DBUS的值打入工作寄存器W中。AEN： 将数据总线DBUS的值打入累加器A中。S?： S2、S1、S0三位组合决定ALU做何种运算。X?：X2、X1、X0三位组合来译码选择将数据送到DBUS上的寄存器。实验箱基本操作1. 启动：打开实验箱右侧面的电源开关，各数码管显示不同初值。2. 手动模式：按一下实验箱的复位按钮（RST），然后按小键盘的（TV /ME）键三次，液晶屏显示“hand”后进入此模式。当采用人工译码方式时，使用此工作模式。这时控制总线信号由人工用K0k15产生。数据总线的输入值由人工用K16k23产生，并经J3通过8位扁平线和J1进入数据处
12、理部件。3. 工作脉冲 CP226 实验仪的寄存器输入输出需要脉冲控制（即微程序控制的时序脉冲）。手动操作时该脉冲控制信号是由实验仪的 CK 脉冲产生的。本实验仪设置小键盘的 STEP 键作为CK 脉冲的控制键。当按下小键盘的 STEP 键 CK 脉冲由高变低（产生下降沿，CK 信号呈亮灭），根据控制信号选通某个寄存器；放开小键盘的 STEP 键CK脉冲由低变高（即产生上升沿，CK 信号呈灭亮），数据打入选通的寄存器。 4. 自动模式：实验箱启动后或按一下RST按钮，进入此模式。 当采用自动译码方式时，使用此工作摸式。这时数据总线的输入值应该事先存入IN寄存器，供系统运行时自动读取，即数据输入
13、路线为：由IN寄存器的输出产生，经J2和8位扁平线从J1进入数据处理部件。具体操作待后续实验中介绍。1.4 实验系统所用芯片型号名称备注16V8PLD 可编程逻辑器件低密度PLD器件74LS245三态输出的总线收发器具有双向三态功能，既可以输出，也可以输入数据。74LS32四2输入或门74LS574八D边沿触发触发器(三态)74LS1383线8线译码器74LS08四2输入与门74LS139两个2线4线译码器74LS161同步四位二进制计数器6116RAM2K8位高速静态CMOS随机存取存储器MAX232串口芯片RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片8253可编程计数器/定时器1016PL
14、D 可编程逻辑器件高密度isp（在线可编程）PLD器件8255可编程并行I/O接口芯片有3个8位并行I/O口LC4256VCPLD可编程逻辑器件CPLD（复杂可编程逻辑器件）主要是由可编程逻辑宏单元（LMC，Logic Macro Cell）围绕中心的可编程互连矩阵单元组成实验一 寄存器实验【实验要求】利用CP226 实验系统上的K16.K23 开关做为DBUS 的数据，其它开关做为控制信号，将数据写入累加器A，寄存器W。【实验目的】了解模型机中各种寄存器结构、工作原理及其控制方法。【实验涉及的电路及原理】寄存器的作用是用于保存数据的，因为我们的模型机是8位的，因此在本模型机中大部寄存器是8
15、位的，标志位寄存器(Cy, Z)是二位的。用74HC574（八D边沿触发触发器(三态)）来构成寄存器。74HC574 的功能如下： 1. 在CLK的上升沿将输入端的数据打入到8个触发器中 2. 当OC = 1 时触发器的输出被关闭，当OC=0 时触发器的输出数据OCCLKQ7.Q0注释1X高阻态OC为1时触发器的输出被关闭00Q7.Q0当OC=0时触发器的数据输出01Q7.Q0当时钟为高时，触发器保持数据不变XD7.D0在CLK的上升沿将输入端的数据打入到触发器中【实验内容】或1：A，W 寄存器实验或寄存器A原理图或寄存器W 原理图连接线表：连接信号孔接入孔作用状态说明1J1座J3座将K23-K16接入DBUS7:0实验模式：手动2AENK3选通A低电平有效3W
