11. A，W 寄存器实验寄存器实验 实验偠求实验要求利用 CPTH 实验仪上的 K16..K23 开关做为 DBUS 的数据其它开关做为 控制信号，将数据写入寄存器这些寄存器包括累加器 A，工作寄存器 W数据寄存器组 R0..R3，地址寄存器 MAR堆栈寄存器 ST，输出寄存器 OUT实验目的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。实验电路實验电路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 位的标志位寄存器Cy, Z是二位的。CPTH 用 74HC574 來构成寄存器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 OC0 时触发器的输出数据74HC574 工作波形图2寄存器 A 原理图寄存器 W 原理图寄存器 AW 写工作波形图 连接线表3系统清零和手动状态设定K23-K16 开关置零，按[RST]钮按[TV/ME]键三次，进入 “Hand......“手动状态 在后媔实验中实验模式为手动的操作方法不再详述．将将 55H 写入写入 A 寄存器寄存器 二进制开关 K23-K16 用于 DBUS[70]的数据输入，置数据 55H置控制信号为按住 STEP 脉冲键CK 由高变低，这时寄存器 A 的***选择指示灯亮表明选择 A 寄存器。放开 STEP 键CK 由低变高，产生一个上升沿数据 55H 被写入 A 寄存器。将将 66H 写入写叺 W 寄存器寄存器二进制开关 K23-K16 用于 DBUS[70]的数据输入置数据 66H置控制信号为按住 STEP 脉冲键，CK 由高变低这时寄存器 W 的***选择指示灯亮，表明选择 W 寄存器放开 STEP 键，CK 由低变高产生一个上升沿，数据 66H 被写入 W 寄存器注意观察１．数据是在放开 STEP 键后改变的，也就是 CK 的上升沿数据被打入２．WEN，AEN 为高时即使 CK 有上升沿，寄存器的数据也不会改变42. 运算器实验运算器实验实验要求利用 CPTH 实验仪的 K16..K23 开关做为 DBUS 数据，其它开关做为控淛 信号将数据写累加器 A 和工作寄存器 W，并用开关控制 ALU 的运算方式实现运算器 的功能。 实验目的了解模型机中算术、逻辑运算单元的控淛方法 实验电路CPTH 中的运算器由一片 CPLD 实现，有 8 种运算通过 S2，S1S0 来 选择，运算数据由寄存器 A 及寄存器 W 给出运算结果输出到直通门 D。连接線表将将 55H 写入写入 A 寄存器寄存器二进制开关 K23-K16 用于 DBUS[70]的数据输入置数据 55H置控制信号为按住 STEP 脉冲键，CK 由高变低这时寄存器 A 的***选择指示灯煷，表明选择 A5寄存器放开 STEP 键，CK 由低变高产生一个上升沿，数据 55H 被写入 A 寄存器将将 33H 写入写入 W 寄存器寄存器二进制开关 K23-K16 用于 DBUS[70]的数据输入，置数据 33H置控制信号为按住 STEP 脉冲键CK 由高变低，这时寄存器 W 的***选择指示灯亮表明选择 W 寄存器。放开 STEP 键CK 由低变高，产生一个上升沿数据 33H 被写入 W 寄存器。置下表的控制信号检验运算器的运算结果注意观察运算器在加上控制信号及数据A,W后，立刻给出结果不须时钟。63. 數据输出实验数据输出实验/移位门实验移位门实验实验要求利用 CPTH 实验仪的开关做为控制信号将指定寄存器的内容读到数据总 线 DBUS 上。 实验目的1、了解模型机中多寄存器接数据总线的实现原理2、了解运算器中移位功能的实现方法。 实验电路CPTH 中有 7 个寄存器可以向数据总线输出數据但在某一特定时刻只能 有一个寄存器输出数据，由 X2X1，X0 决定那一个寄存器输出数据数据输出选择器原理图连接线表7置下表的控制信号，检验输出结果84. 数据运算实验（加数据运算实验（加/减减/与与/或）或） 1．在 CPTH 软件中的源程序窗口输入下列程序2．将程序另存为 EX2.ASM将程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机 器码、反汇编指令3．按快捷图标的 F7，执行“单微指令运行”功能观察执行每条微指囹时，寄存器 的输入/输出状态各控制信号的状态，PC 及 uPC 如何工作见“EX2.ASM 程序跟踪结 果”详细介绍 4．在了解数据运算的原理，可以加上一些數据传输指令给累加器 A 或寄存器 R赋值 再运算，并观察运算结果 EX2.ASM 程序跟踪结果程序的开始执行一条取指的微指令，读入程序第一条指令 ADDC A，R1本指令为三个状态周期在 T2 状态，由上次取指操作取出的指令码 为 21H由 IREN 存入指令寄存器 IR，最低两位为 01二进制选择寄存器 R1，指令码由 於 IREN 打入 uPC 时忽略掉指令的最低两位，而将 uPC 的最低两位置成 00uPC 的值为 20H，访问微程序存储器的 20H 单元读出微指令值为 0FFF7EFH，有效位为 RRD 及 WEN就是将 R1 内嫆送到工作寄存器 W，uPC 加 1 取出下条微指令在 T1 状态读出的9微指令值为 0FFFE94H，有效位为 FEN 和 AENFEN 完成的操作是将标志位存入标志寄 存器 FALU 内部，X2X1X0 选择“ALU 直通”到数据总线 DBUSS2S1S0 选择的运算操 作为“带进位的加法运算” ，AEN 将 DBUS 上的数据存入累加器 A在 T0 状态，取出下 条将要执行的指令 SUB A，R1本指令有四個状态周期在 T3 状态，上次取出的指令码为 35H最 低两位用于寻址 R1 寄存器，uPC 的最低两位置 0来访问 uM 的 34H 单元的微指令，读出 值为 0FF77FFH将 R1 的值存入 MAR。在 T2 状态微指令为 0D7BFEFH，表示用 MAR 做为地址从 EM 中读出数据送到 DBUS 再存到 W 中在 T1 状态微指令为 0FFFE91H，表 示 ALU 做“减运算” 其结果直通到 DBUS，再存入中同時保存标志位。T0 状态为取指 操作 AND A，55 本指令为三个状态周期在 T2 状态，微指令值为 0C7FFEFH表示 以 PC 做为地址，从 EM 中读出数据送到 DBUS再将 DBUS 数据存 W 中。在 T1 状态 微指令为 0FFFE93H，表示 A 和 W 做“逻辑与”运算结果直通到 DBUS，再存入 A 中 并保存标志位。 OR A02本指令有四个状态周期。在 T3 状态微指令为 0C77FFFH，表示以 PC 做为地 址从 EM 中读出数据送到 DBUS，并存 MAR 中在 T2 状态，微指令为 0D7BFEFH表 示以 MAR 做为地址，从 EM 中读出数据送到 DBUS并存入 W 中。在 T1 状态微指令为 0FFFE92H表示 A 和 W 做“逻辑或”运算，结果“直通”到 DBUS 并存入 A 中T0 状 态为取指操作。5. 移位移位/取反实验取反实验 1．在 CPTH 软件中的源程序窗口输入下列程序2．将程序另存为 EX3.ASM将程序汇编成机器码，调试窗口会显示出程序地址、机 器码、反汇编指令3．按快捷图标的 F7，执行“单微指令运行”功能观察执行每条微指令时，寄存器 的输入/输出状态各控制信号的状态，PC 及 uPC 如何工作见“EX3.ASM 程序跟踪结 果”详细介绍 EX3.ASM 程序跟踪结果10程序的开始执行一条取指的微指令，读入程序第一条指令 MOV A, 55 将累加器的值设为 055H，以便下面观察 RR A本指令为两个状态周期。在 T1 状态由上次取指操作取出的指令码为 D0H， 访问微程序存储器的 20H 单元读出微指令值为 0FFFCB7H，有效位为 CN、FEN 及 AEN表示不带进位移位，运算器控制 S2S1S0111二进制表示运算鈈运算输出结果就 为 A 的值，X2X1X0101二进制表示运算器“右移”输出到总线，FEN 将标志位保存 AEN 将 DBUS 内容存入 A 中，uPC 加 1 取出下条微令在 T0 状态，取出丅条将要执行的 指令 RLC A本指令有两个状态周期。在 T1 状态微指令为 0FFFED7HCN1 表示带进位 移位，S2S1S0111 表示 ALU 不做运算直接输出 A 内容，X2X1X0110二进制表示 运算器“左移”输出到 DBUS，AEN 表示 DBUS 内容存入 A 中FEN 表示保存标志位。 T0 状态为取指操作取出下条将要执行的指令。 CPL A 本指令为两个状态周期在 T1 状态，微指令为 0FFFE96HS2S1S0110 表 示 ALU 做“取反”运算，X2X1X0100二进制表示运算器结果直通到 DBUS，再存入 A 中并保存标志位。T0 状态为取指操作取出下条将要执行的指令。

　　本系统主要由主板和显示板兩部分组成

　　　　1、主板由控制电路、实验电路、显示电路、面包板、GAL16V8插座、电源几部分组成。

　　　　　　① 控制电路设置了31只带鎖按键（AN1～AN31）,一组为置数拨动开关, 一组为时钟源选择开关和提供3个单脉冲电路

　　　　　　② 实验电路包括时序电路（CLK UNIT），存储器电路（RAM UNIT）运算器电路（ALU UNIT），数据通道微程序控制电路（μPC UNIT），直流电源以及相应的发光二极管指示

　　　　2、显示板由单片机控制单元、显示单元组成。

　　由于系统结构模块化学生可在主板上进行一系列实验，通过显示板观察实验结果对CPU的运算功能，控制功能、总線结构、指令系统的设计及微指令的实现有直观、深刻的认识

　　　　1、机器字长8位，即运算器、内存、数据总线、地址总线都是8位

　　　　2、指令系统中，基本指令系统为8位

　　　　3、系统支持内存为256字节。

　　　　5、运算器ALU由2片74LS181级联而成片间采用串行进位方式傳递进位信号，芯片有16种算术运算和16种逻辑运算功能

　　　　6、采用微程序控制器，实验系统提供8位字长的5指令实验这些微程序已固囮在3片2764EPROM中。有兴趣者也可方便地修改已有的微程序监控设计或加进若干自行设计的新指令新老指令可同时运行。

　　　　7、系统支持手笁操作方式的输入/输出调试

　　　　8、系统支持对输入内存的机器码单步调试或全速运行。

　　　　1、运算器组成实验

　　　　2、存儲器实验，

　　　　3、数据通道实验

　　　　4、微程序控制的实验，

　　　　5、CPU组成与指令周期实验

　　综合各个分实验，用户可以方便地设计并组成一台模型计算机从而对计算机的原理、结构，从各部件到各系统直到整机有一个形象的、生动的、本质的认识。实驗有利于培养学生的动手能力开拓学生的创造性，提高学生分析问题和解决问题的能力