华中科技大学，组成原理实验报告，微程序控制器实验，第三次实验.doc-资料库

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课程实验报告课程名称：计算机组成原理专业班级：信息安全 1003 班学号： U201014669 姓名：蒋志斌同组成员：张源信报告日期： 2012 年 6 月计算机科学与技术学院

目录一、实验名称 .......................................................................................................................... 3 二、实验目的 .......................................................................................................................... 3 三、实验设备 .......................................................................................................................... 3 四、实验任务 .......................................................................................................................... 3 五、预备知识 .......................................................................................................................... 4 1、运算器的相关知识...................................................................................................... 4 2、 RAM6116 的功能特性.............................................................................................. 4 3、数据通路的基本概念................................................................................................ 5 4、微程序的基本概念 .................................................................................................... 5 六、设计思路、电路实现与电路分析说明 ..........................................................................5 1、任务分析...................................................................................................................... 5 2、设计思路 .................................................................................................................... 9 3、电路实现与详细分析说明........................................................................................ 9 七、实验结果的记录与分析 ................................................................................................ 12 八、实验中碰到的问题及解决办法....................................................................................13 九、收获与体会.................................................................................................................... 13 十、参考书目 ........................................................................................................................ 13

一、实验名称实验名称：微程序控制器实验二、实验目的 1、复习与巩固微程序控制器基本原理。 2、练习简单微程序的控制与调试。 3、为整机实验做准备。 4、进一步加深对运算器、存储器及时序电路的理解。 5、熟练连接硬件电路，为课程设计做好准备。三、实验设备 JZYL—Ⅱ型计算机组成原理教学实验仪一台；芯片：74LSl81：运算器芯片 74LS373：八 D 锁存器 74LS244：数据开关 74LS193：同步 4 位计数器 6116 存储器或 2114 存储器 2 片片片片 1~2 片四、实验任务按照下面的参考电路实现取数、加法、或操作等运算。

要求： 1）使用实验台上的节拍 T。 2）6116 中只存数据，不存指令。 3）指令执行时处于读模式及读操作下，此时 193 变化时，6116 的输出也随之变化。 4）可单条指令或单节拍执行。五、预备知识 1、运算器的相关知识运算器是对数据进行加工处理的部件，它具体实现数据的算术运算和逻辑运算，所以又称算术逻辑运算部件，简称 ALU，它是中央处理器的重要组成部分。计算机中的运算器结构一般都包含如下几个部分：加法器、一组通用寄存器、输入数据选择电路和输出数据控制电路等。74LS181 能执行 16 种算术运算和 16 种逻辑运算，当工作方式控制端（M）为低电平时执行算术运算，当工作方式控制端（M）为高电平时执行逻辑运算，运算功能由功能选择端（S0-S3）决定。对 74LS181 的说明：引出端符号： 0 ~ A A 3 0 ~ B B 3 nCI 4nCO 0 ~ F F 3 M 0 ~ S S 3 运算数输入端（低电平有效）运算器输入端（低电平有效）进位输入端进位输出端运算输出端（低电平有效）工作方式控制功能选择 2、RAM6116 的功能特性 RAM6116：RAM6116 是一种 2K*8 位的高速静态 CMOS 随机存取存储器 RAM （random access memory）。随机存取存储器是指存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。具有如下的功能特性： 1）随机存取：所谓“随机存取”，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，

所需要的时间与这段信息所在的位置无关。 2）易失性：当电源关闭时 RAM 不能保留数据。 3）高访问速度：现代的随机存取存储器几乎是所有访问设备中写入和读取速度最快的，取存延迟也和其他涉及机械运作的存储设备相比，也显得微不足道。 4）需要刷新：现代的随机存取存储器依赖电容器存储数据。电容器充满电后代表 1(二进制)，未充电的代表 0。由于电容器或多或少有漏电的情形，若不作特别处理，数据会渐渐随时间流失。刷新是指定期读取电容器的状态，然后按照原来的状态重新为电容器充电，弥补流失了的电荷。需要刷新正好解释了随机存取存储器的易失性。 5）对静电敏感：正如其他精细的集成电路，随机存取存储器对环境的静电荷非常敏感。静电会干扰存储器内电容器的电荷，引致数据流失，甚至烧坏电路。故此触碰随机存取存储器前，应先用手触摸金属接地。 3、数据通路的基本概念数字系统中,各个子系统通过数据总线连接形成的数据传送路径称为数据通路。数据通路的设计直接影响到控制器的设计，同时也影响到数字系统的速度指标和成本。一般来说，处理速度快的数字系统，它的独立传送信息的通路较多。但是独立数据传送通路一旦增加，控制器的设计也就复杂了。因此，在满足速度指标的前提下，为使数字系统结构尽量简单，一般小型系统中多采用单一总线结构。在较大系统中可采用双总线或三总线结构。 4、微程序的基本概念微程序控制的基本思想是：仿照程序设计的基本方法，将实现指令系统中所有指令功能所需要的控制信号，按照一定的规则编写成微指令，若干条实现同一条指令的微程序构成一段微程序。将实现所有指令的微程序存放在一个只读存储器中。当机器运行指令时，逐条取出对应的微指令并执行，使相应的部件执行规定的操作，执行完这段微程序，就给出指令处理所需要的全部控制信号，从而完成指令的功能。重复这一过程，直到一段程序中的所有指令都执行完毕。六、设计思路、电路实现与电路分析说明 1、任务分析方案综述：这次实验是前两次实验的一个综合，试验中的芯片在前两次实验过程中均已使用过，且需要自行设计的溢出检测和读写冲突处理也已在前两次实验中实现，所以本次只需将前两次实验综合的基础上添加微指令和时序控制。芯片选择与分析：根据方案的示意图，方案需要用到一片 74LS181 芯片、三片 74LS373 芯片、一片 6116 芯片、一片 193 芯片和一片 244 芯片。其中 74LS181

做数据运算器，74LS373 做指令锁存器，6116 做数据存储器，193 做地址计数器， 244 做读写控制器。各芯片介绍如下： 1）74LS373：74LS373 是一个 8D 锁存器。当三态允许控制端 OE 为低电平时， O0~O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0~O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。引出端符号： D0～D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 O0~O7 输出端 74LS373 管脚图 74LS373 真值表 LE H H L X OE L L L H On H L Q0 高阻态 Dn H L X X 2）74LS181：74LS181 是一个四位运算器。实验中要用多个如下图所示的异或门来实现数据的奇偶校验。 74LS181 管脚图

3）6116 芯片：6116 芯片容量为 2K*8，它有 11 根地址线（A0---A10)，8 根数据线（I/O1---I/O8)。它有一个片选段~CS，两个读写控制端 OE 和~WE，OE 和 ~WE 配合使用控制读写。芯片 6116 管脚图

~CE H L L ~WE X H L ~OE X L X 方式待用（未选中）读出写入 6116 芯片功能表 I/O 引脚高阻 Dout Din 4）74LS244：74LS244 是一个 3 态 8 位缓冲器。控制 8 位数据的输入的，Oea 和 Oeb 是控制信号，接同一个开关，低电平有效，当他们为低电平时，对应的输出端和输入一样再控制 6116 便可以存入数据。当控制信号为高电平时，输出端为高阻输 ~OEa L L H Ia L H X 入 OEb Ib L L L H H X 74LS244 真值表输 Ya L H 高阻出 Yb L H 高阻 74LS244 管脚图 5）74LS193：74LS193 为可预置的十进制同步加/减计数器，可通过数据输入进行预置，通过 CLR（高电位有效）完成清除操作，通过 LD（低电位有效完成数据预置），CPu 与CPd 接脉冲信号控制数据加减。引线名称 CLR LD , ABCD , , UCP DCP 功能清除预置控制预置初置累加计数脉冲累减记数脉冲

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