实验五_指令部件模块实验

实验五指令部件模块实验

一、实验目的

⒈掌握指令部件IU（PC，IR，ID）的组成方式。

⒉熟悉指令操作码产生微程序入口地址的工作过程。

二、实验要求

按照实验步骤完成实验项目，完成将数据打入IR寄存器的数据打入PC指针式寄存器，PC指针自动加1。

三、指令部件模块的构成

⑴如图4-1所示，2片74LS163连接成8位PC程序计数器，其输出端经三态门（245）与8位输入端共用8芯扁平线与BUS总线接口相连接。

图4-1程序计数器PC（IP）单元

2片74LS163组成了PC程序计数器，它有LDPC、LOAD信号，脉冲T3来控制PC 指针的装载和加1操作。在“L”状态下，由8位置数开关装入起始地址，当LOAD=1、LDPC=1时，按【单步】命令键，在T3上升沿把数据开关的内容装入PC。当CBA=001、LOAD=0、LDPC=1、LDAR=1时，按【单步】命令键，在单周期四节拍时序的T2时刻打开PC-B三态门，在T3时刻PC值通过总线打入地址寄存器、同时PC值加1。

⑵如图4-2所示，1片74LS273作为指令寄存器单元，其8位输入端与BUS总线之间实验装置已作连接，其输出端用一8芯扁平线与SE5~SE0接口连接。

图4-2指令寄存器单元

指令数据寄存器IR(74LS273)的LDIR为电平正跳变时，把来自数据总线的数据打入寄存器IR，IR的输出就作为本系统内的8位指令I7~I0。在本系统内由这8位指令（可最多译码256条不同的指令），通过编码可对应这些指令在微程序存储器中的入口地址，并且输出相应的微控制指令。

⑶1片74LS74用来实现多种条件的跳转指令（JZ、JC等跳转指令）。

图4-3A CY、零标志锁存原理图

74LS74芯片是双D触发器，其中一组是锁存进位位CY标志，另一组是锁存零标志(Z)可通过AR来控制JC和JZ建立，以实现条件跳转的指令。

⑷1片74LS74用来实现开中断、关中断、中断服务。

图4-3B中断控制电路图

74LS74芯片是双D触发器，其中一组锁存开中断标志，另一组锁存中断服务标志，通过LOAD来控制EA、ED的建立，以实现中断响应与中断服务。

四、实验连接

图 4-4 实验连线示意图

按图4-4所示，连接实验电路：

① 总线接口连接：用8芯扁平线连接图8-4中所有标明“”或“”图案的总线接口。

② 控制线与时钟信号“

”连接：用双头实验导线连接图8-4中所有标明“”或“”图案的插孔（注：Dais-CMH 的时钟信号已作内部连接）。

五、实验内容

在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键 ，使LED 显示器自左向右第4位显示提示符“L ”，表示本装置已进入手动单元实验状态。

（一）程序计数器（PC 值）的置数、输出与加1

⑴ PC 值的写入

拨动二进制数据开关向程序计数单元置数（置数灯亮表示它所对应的数据位为“1”、反之为零）。具体操作步骤图示如下：

注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲

⑵ PC 值的读出

关闭数据输入三态(SW-B=0)、CE 保持为0、LOAD=0、LDPC=0、CBA=001时，按【单步】键，打开PC-B 缓冲输出门，数据总线单元应显示00000000；

⑶ PC 值送地址寄存器并加1

在保持PC 值读出的开关状态下，置LDAR=1、LDPC=1，按【单步】命令键，在T3节拍把当前数据总线的内容（即PC ）打入地址锁存器，地址总线单元的显示器应显示00H ，在T3节拍的上升沿PC 计数器加1，PC 单元的显示器应显示01H 。

（二）指令码的打入与散转

按微程序流程图7-2所示的微控制流程，对指令译码寄存器IR 分别打入微控制流程定义的操作码20H 、40H 、60H 、80H 、0A0H ，然后根据流程图定义的基地址08H 置入数据开关，按【单步】键，在机器周期的T2节拍把基地址08H 打入微地址锁存器，在机器周期T4节拍按微控制流程对IR 指令寄存器的内容进行测试和判别，使后续微地址转向与操作码相对应的微程序入口地址。举例操作如下：

⑴ 当IR 寄存器为20H 、微地址为08H ，按【单步】键后微地址为09H 。

⑵当IR寄存器为60H、微地址为08H，按【单步】键后微地址为0BH。

注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1~T4四拍单周期脉冲六、实验思考题

思考题 8.1 简述指令分析过程的控制流程是如何进行的？