Общие методические указания к выполнению лабораторных работ.
Лабораторные работы, описанные ниже, выполняются на базе микротренажера МТ1804. Методические указания соответствуют паспорту тренажера / I /.
Микротренажер МТ1804 предназначен для изучения архитектуры, основ микропрограммирования и принципов применения микропроцессорного комплекта К1804 / I - 4 /.
Для работы устройства необходим внешний источник питания постоянного тока напряжением +5В +/-5%. Максимальная мощность, потребляемая устройством, не более 12,5 ВА..
В данных методических указаниях применяются следующие сокращения:
АЛУ - арифметико-логическое устройство ;
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство ;
МК - микрокоманда ;
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство ;
РОН - регистр общего назначения .
Структурная схема микротренажера представлена на рис.1 и рис.2 . Функционально микротренажер состоит из двух основных узлов : операционного и управления. Принципиальная электрическая схема стенда приведена в приложении. Через DD n на этой схеме обозначена микросхема с порядковым номером n.
Операционный узел в своем составе содержит :
Узел управления в своем составе содержит :
на основе микросхемы К155РЕ3;
Микропрограмная память выполнена в виде ОЗУ для обеспечения возможности ручного программирования. Очередная микрокоманда извлекается из памяти микропрограмм и фиксируется в 32-разрядном регистре микрокоманд.
В микротренажере используется 32-разрядная микрокоманда,
Формат которой приведен в табл.1. Рассмотрим назначение отдельных полей микрокоманды / I /.
D[3-0] - поле входных данных в АЛУ.Задает входные данные процессорного элемента.Разряды 3-0 регистра микрокоманд подключены к входам D3-D0 микросхемы К1804ВС1.
В[3-0] - поле адреса В. Задает адрес регистра по входу или выходу массива РОН. Разряды 7-4 регистра микрокоманд подключены к входам В3-В0 микросхемы К1804ВС1.
А[3-0] - поле адреса А. Задает адрес регистра по выходу A массива РОН. Разряды I1-8 регистра микрокоманд подключены к входам А3-А0 микросхемы К1804ВС1.
I [5-3] - поле функции АЛУ.Задает вид операции, выполняемой в АЛУ. Разряды I4 - I2 регистра микрокоманд подключены к входам I5 - I3 микросхемы К1804ВС1.
I [2-0] - поле источника операнда.Задает источник операндов для АЛУ. Разряды I8 - I6 регистра микрокоманд подключены к входам I2 - I0 микросхемы К1804ВС1.
I [8-6] - поле выбора приемника результата.Задает приемник результата операции в АЛУ и источник выходных данных . Разряды 22 - 20 регистра микрокоманд подключены к входам I8 - I6 микросхемы К1804ВС1.
C0 - поле входа переноса. Задает значение сигнала переноса в младший разряд АЛУ. Разряд I5 регистра микрокоманд подключен к входу С0 микросхемы К1804ВС1.
MS1, MS2 - поле управления сдвигом.Задает связи между РОН и регистром Q при выполнении сдвиговых операций. Разряды 19 и 23 регистра микрокоманд подключены к мультиплексорам сдвига операционного узла тренажера.
Р [ 3-0 ] - поле управления следующим адресом. Задает режим выбора адреса следующей микрокомнды. БИС К1804ВУ1 выполняет 16 возможных переходов к адресу следующей микрокоманды. Разряды 27-24 регистра микрокоманд подключены к входам ПЗУ уравления выборкой следующего адреса, которое формирует управляющие сигналы БИС К1804ВУ1 для обеспечения вышеуказанных переходов.
R [ 3-0 ] - поле адреса перехода. Задает адрес перехода к следующей микрокоманде. Разряды 31-28 регистра микрокоманд подключены к входам R3-R0 устройства управления последовательностью микрокоманд К1804ВУ1.
В регистре состояния DD 32 операционного узла хранится слово состояния процессорного элемента, которое определяется состоянием четырех флагов :
Мультиплексор флагов состояния (DD 38) позволяет выбирать для проверки нужное условие ( либо Z , либо F3, либо OVR , либо C4 ). Вход мультиплексора подключен к адресной линии А0 микросхемы DD 23 ( К155РЕ3 ). Таким образом, в зависимости от состояния одного из четырех флагов из ПЗУ будет считываться нужное управляющее слово для БИС К1804ВУ1. Мультиплексор флагов состояния управляется сигналами Р[0] и Р[1] ,т.е.24-м и 25-м битами микрокоманды ( Р[0] и Р[1] определяют проверяемый код условия СС ).
Регистр данных операционного узла стенда фиксируется состояние выхода процессорного элемента в каждом такте работы.
Стенд имеет три переключателя мультиплексоров SA1-SA3, четыре перекючателя данных SA4-SA7, четыре перекючателя адреса SA8-SA11.
Светодиодные индикаторы VD1-VD4 предназначены для индикации содержимого регистра микрокоманд. Индикация 32-разрядного слова четырьмя светодиодами осуществляется потетрадно. Номер индицируемой тетрады задается переключателями мультиплексоров SA1-SA3. Так, например, если на переключателях набрать код 1012 = 510, то на светодиодах индикации регистра микрокоманд будет отображаться состояние 23-20 разрядов микрокоманды ( табл.1 ) - сигнал MS2 управления сдвигом и код I [ 8-6 ] выбора приемника результата.
Вторая группа светодиодных индикаторов VD5-VD8 предназначена для индикации содержимого микропрограммной памяти. Содержимое нужного адреса памяти выводится на индикацию потетрадно в соответствии с положением ручек переключателей SA1-SA3.
Светодиодные индикаторы VD9-VD12 предназначены для индикации прохождения данных в тридцати двух точках схемы устройства. Выбор индицируемых цепей осуществляется также переключателями мультиплексоров SA1-SA3 в соответствии с табл.2.
Таблица 2.
Точки подключения индикаторов в зависимости от кода мультиплексоров SA1-SA3
|
КОД |
Индикаторы данных |
ФУНКЦИЯ |
|||
|
VD12 |
VD11 |
VD10 |
VD9 |
||
|
000 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
Y0 |
Выход БИС К1804ВУ1 |
|
001 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
Y0 |
Выход БИС К1804ВС1 |
|
010 |
C4 |
OVR |
F3 |
Z |
Флаги К1804ВС1 |
|
011 |
C4* ) |
CC |
|
|
* * ) |
|
100 |
ST3 |
ST2 |
ST1 |
ST0 |
Выход регистра состояния (DD22) |
|
101 |
PQ3 |
PQ2 |
PR3 |
PR0 |
Выходы/входы сдвига К1804ВС1 |
|
110 |
Y4 |
Y3 |
Y2 |
Y1 |
Выход регистра вых.данных (DD36) |
|
111 |
Q4 |
Q3 |
Q2 |
Q1 |
Выход с 3-м сост.рег. вых. данных |
* * ) 
, 
-сигналы генерации ускоренного переноса ;
СС - выход мультиплексора флагов состояния ;
С4* ) - выходной перенос счетчика микрокоманд ( DD 22 ).
Например, если на переключателях SA1-SA3 набран код 1002 = 410, то индикаторы прохождения данных будут отображать сигналы на регистре состояния , т.е. можно наблюдать сигналы Z, F3, OVR и C4.
На стенде расположены также переключатели данных ( SA4-SA7) для набора и записи микрокоманд и переключатели адреса ( SA8-SA11) для набора адреса записываемой или считываемой микрокоманды.
Кроме того, на стенде имеются следующие органы управления:
Микротренажер имеет три контрольные точки :
Назначение этих контрольных точек состоит в обеспечении синхронизации измерительных приборов, что дает возможность использовать микротренажер для оценки функциональных возможностей микропроцессорного комплекта серии К1804.
Микротренажер может работать в режиме ЗАГРУЗКА , когда осуществляется ручное программирование памяти, и в режиме РАБОТА, когда выполняется программа.
Для выполнения режима ЗАГРУЗКА необходимо выполнить следующие действия :
переключатель ЗАГР/РАБ ( SA14 ) установить в полoжение ЗАГРУЗКА;
переключателями адреса ( SA8-SA11 ) установить требуемый адрес микрокоманды;
переключателями управления мультиплексорами ( SA1-SA3) установить номеp записываемой тетрады;
переключателями данных ( SA4-SA7 ) набрать необходимый код данных для записи в выбранную тетраду;
нажав кнопку ЗАГРУЗКА ( SB1 ) , произвести запись набранной тетрады в микропрограммную память;
контроль за записываемой информацией осуществлять по показаниям индикаторов памяти ( VD5-VD8 ) ;
вышеперечисленные пункты повторить для всех тетрад записываемой микрокоманды, переключая переключатели номера тетрады SA1-SA3 .
В режиме РАБОТА УСТРОЙСТВО МОЖЕТ ВЫПОЛНЯТЬ ПРОГРАММУ ПО ШАГАМ ИЛИ АВТОматически от внутреннего или внешнего источника синхроимпульсов. В любом случае переключатель ЗАГР/РАБ ставится в положение РАБОТА.
Для выполнения программы в шаговом режиме необходимо переключатель режимов работы ШАГ/АВТ установить в положение ШАГ. При этом синхронизация устройства будет осуществляться от кнопки ПУСК. При однкратном нажатии этой кнопки выполняется одна команда.
Для автоматического выполнения программы переключатель ШАГ/АВТ необходимо установить в положение АВТОМАТ. При этом, когда переключатель SA16 ( ВНУТРЕННИЙ/ВНЕШНИЙ ) установлен в положение ВНУТРЕННИЙ, синхронизация устройства осуществляется от генератора, собранного на микросхеме К155ЛА3 ( DD28 ) , на частоте 1МГц. Когда переключатель SA16 установлен в положение ВНЕШНИЙ, синхронизация устройства осуществляется от генератора, подключенного к клемам ХР4, на частоте до 2 МГц.
Для запуска программы необходимо произвести начальную установку (инициализацию), т.е. ввести в регистр микрокоманд микрокоманду, соответствующую стартовому адресу программы. Для этого после окончания загрузки программы переключателями SA8-SA11 установить значение стартового адреса, а затем в положении ЗАГРУЗКА нажать кнопку ПУСК один раз. При этом в регистр микрокоманд будет записана микрокоманда, соответствующая стартовому адресу программы. Для дальнейшего выполнения программы переключатель ЗАГР/РАБ необходимо затем перевести в положение РАБОТА.
Подготовка стенда к работе.
Порядок работы на стенде.
1. Включите источник питания и загрузите программу в
микропрограммную память в режиме ЗАГРУЗКА.
2. Выполните нужную программу в режиме РАБОТА по шагам или
автоматически от внутреннего или внешнего источника синхроимпульсов.
Выключите и отсоедините источник питания.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА I
ОРГАНИЗАЦИЯ И РЕЖИМ РАБОТЫ МИКРОТРЕНАЖЕРА MTI804
Цель работы:
1. Изучить структуру и режимы работы операционного и управляющего блоков микротренажера МТI804.
2. Изучить структуру и основы функционирования микросхемы KI804BСI.
3. Исследовать работу микросхемы KI804BСI при загрузке данных в РОН.
При подготовке и проведении работы необходимо выполнить следующее:
Подготовка
1. Изучить структуру, принципиальные электрические схемы и режимы работы лабораторного стенда (по настоящим методуказаниям).
2. Изучить структуру и основы функционирования микросхемы KI804ВCI (см. приложение / З, 4 / ).
3. Согласно заданному варианту заданий (табл. 3) составить микропрограмму загрузки регистров общего назначения RO , R1 , ... данными, приведенными в таблице. Предусмотреть режим чтения данных из РОН на выходную шину БИС KI804BCI.
Работа
1. Получить допуск к работе у преподавателя, предъявив домашнее задание и ответив на контрольные вопросы.
2. Записать составленную микропрограмму в память микропрограмм стенда в режиме ЗАГРУЗКА.
3. Bыполнить в пошаговом режиме микропрограмму, контролируя с помощью индикаторов VD1 —VD2 прохождение данных. Работа считается выполненной при полном совпадении теоретических и экспериментальных результатов.
4. Составить и защитить отчет по лабораторной работе.
Таблица 3
Варианты заданий.
|
номер варианта |
Регистр общего назначения |
||||||||||
|
RO |
R1 |
R3 |
R5 |
R6 |
R10 |
R11 |
R12 |
R14 |
R15 |
RQ |
|
|
I |
0 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
А |
В |
|
2 |
I |
I |
3 |
4 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
3 |
F |
2 |
2 |
4 |
5 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
4 |
4 |
Е |
3 |
3 |
5 |
6 |
I |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
5 |
3 |
5 |
С |
4 |
4 |
6 |
7 |
0 |
I |
2 |
3 |
|
6 |
0 |
2 |
6 |
D |
5 |
5 |
7 |
8 |
F |
0 |
I |
|
7 |
Е |
2 |
I |
7 |
В |
6 |
6 |
8 |
9 |
Е |
F |
|
8 |
9 |
С |
3 |
0 |
8 |
А |
7 |
7 |
9 |
А |
C |
|
9 |
4 |
8 |
D |
4 |
I |
9 |
9 |
8 |
8 |
А |
В |
|
10 |
0 |
3 |
7 |
F |
5 |
2 |
A |
8 |
9 |
9 |
B |
|
II |
F |
I |
2 |
6 |
А |
6 |
3 |
В |
7 |
А |
A |
|
12 |
С |
D |
2 |
I |
5 |
В |
7 |
4 |
С |
6 |
B |
Методические указания.
Рассмотрим пример составления микропрограммы загрузки и чтения данных при следующих условиях:
00102 = 216 ® R0;
00012 = 116 ® R1;
01012 = 516 ® R9;
Разместим микрокоманды в микропрограммной памяти последовательно, начиная с адреса 0000 (табл. 4).
По условию первая микрокоманда должна загружать число 216
в регистр RO процессорного элемента. Поэтому в поле D записывается код 0010 (данные), в поле В - код 0000 (номер регистра приемника). Код источников операндов I2 - I0 принимаем равным 111 (R= D , S=0 ), а код функции АЛУ I5-I3 - 011 (логическое сложение R и S ). Следовательно, результат операции F будет равен коду D . Этот результат должен быть загружен в регистр с адресом В (0000), поэтому в поле I8-I6 приемника результата записывается код О11. Состояние сигналов полей СО , MS1 , MS2 в первой микрокоманде безразлично. Вторая микрокоманда позволяет выбрать содержимое регистра RO
на выходную шину данных процессорного элемента, т.е. осуществить операции чтения RO . Код источников операндов I2 - I0 принят равньм 011 ( R= 0 , S= RO ), код функции АЛУ остался равным O11
( RvS ). В поле выбора приемника результата I8-I6 размещаем код 001, поэтому полученный результат не записывается в РОН, а только выдается на выходную шину Y .
Микрокоманды 2 и 3 выполняют аналогичные операции с регистром R1, а микрокоманды 4 и 5 - с регистром R9 . Загрузка и чтение содержимого регистра Q выполняется аналогичным способом. Для этого необходимо только изменить программирование приемника результата (разряды I8 -16 ).
Запись разработанной программы в микропрограммную память осуществляется в режиме ЗАГРУЗКА.
Выполнение программы требует установки переключателей:
переключателя SА14 ЗАГР/РАБ в положение ЗАГРУЗКА;
переключателей адреса SA8 - SA11 - положение 0 (адрес первой микрокоманды ).
Нажать кнопку SВ2 (ПУСК) один раз. При нулевом значении адреса это приведет к записи в регистр микрокоманд первой микрокоманды и произойдет загрузка регистра RO процессорного элемента.
Далее переключатели адреса SA8 - SA11 установить в положение I и снова один раз нажать кнопку ПУСК. Это приведет к записи в РМК из микропрограммной памяти второй микрокоманды. Код RO будет извлечен из регистровой памяти на выходную шину БИС KI804BCI. Остальные пары микрокоманд загрузки в РОН и проверки их содержимого выполняются аналогично.
Контрольные вопросы.
1. Опишите состав и назначение основных узлов микротренажера.
2. Каким образом на стенде осуществляется индикация отображения регистра микрокоманд, микропрограммной памяти, флагов состояний процессорного элемента?
3. Перечислите основные режимы работы микротренажера МТ1804.
4. Какие действия необходимо выполнить для осуществления режима ЗАГРУЗКА?
5. Как осуществить запуск программы?
6. Опишите состав и назначение основных узлов микросхемы KI804ВСI.
7. Как синхронизируется работа процессорного элемента?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.
СДВИГОВЫЕ ОПЕРАЦИИ БЛОКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.
Цель работы: исследовать работу БИС KI804BCI при выполнении сдвиговых операций одинарной и двойной длины.
Варианты заданий.
Составить и исследовать на лабораторном стенде микропрограмму выполнения сдвиговых операций над содержимым одного из регистров общего назначения. Порядок выполнения сдвиговых операций определяется согласно варианту задания из табл. 5.
Таблица 5.
Сдвиговые операции.
|
Ном. В-та. |
Алгоритм выполненя сдвиговых операций. |
|
1 |
R1:= 1; RQ :=8; LD ; RDЦ ; LЦ ; R ; |
|
2 |
R2:= 2; RQ:=7; R ; LЦ ; LDЦ ; RD ; |
|
3 |
R3:= 3; RQ:=6; L ; LЦ ; RDЦ ; RD ; |
|
4 |
R4:= 4; RQ:=5; RD ; LD ; RDЦ ; LDЦ ; |
|
5 |
R5:= 5; RQ:=4; RЦ ; LЦ ; RDЦ ; L ; |
|
6 |
R6:= 6; RQ:=3; LЦ ; RЦ ; LDЦ ; R ; |
|
7 |
R7:= 7; RQ:=2; RDЦ ; R ; L ; RЦ ; |
|
8 |
R8:= 8; RQ:=1; RDЦ ; LЦ ; RЦ ; L ; |
|
9 |
R9:= 9; RQ:=0; LD ; RDЦ ; L ; RD ; |
|
10 |
R10:=10; RQ:=4; RD ; L ; RЦ ; LЦ ; |
|
11 |
R11:=11; RQ:=8; L ; RЦ ; RDЦ ; LD ; |
|
12 |
R12:=12; RQ:=2; R ; LDЦ ; RD ; L ; |
В таблице введены следующие обозначения:
L - сдвиг влево одинарной длины;
R - сдвиг вправо одинарной длины;
LD - сдвиг влево двойной длины;
LЦ - сдвиг влево одинарной длины,циклический;
LDЦ - сдвиг влево двойной длины, циклический.
При подготовке к лабораторной работе необходимо составить таблицу показаний индикаторов VD1 - VD12 для каждого такта работы микропрограммы.
Получив допуск к работе, необходимо записать составленную микропрограмму в память микропрограмм и выполнить ее в пошаговом режиме. Работа считается выполненной при совпадении составленной таблицы и реального показания индикаторов.
Методические указания /I/.
Поле управления сдвигом ( MS1 и MS2 ) регистра микрокоманд задает связи между РОН и регистром Q при выполнении сдвиговых операций. Направление сдвига и сдвигаемые регистры, участвующие в микрооперации сдвига, задаются полем выбора приемника результата. Различные виды связи между сдвигаемыми регистрами показаны в табл. 6 табл. 7.
Таблица 6.
Зависимость сдвиговых операций от кода микрокоманд.
|
MS2. |
MS1 |
Сдвиг вправо |
Сдвиг влево |
|
|
0 |
0 |
Сдвиг одинарной длины с вводом лог. 0 в старшие разряды регистра общего назначения и Q -регистра |
Сдвиг одинарной длины с вводом лог. 0 в младшие разряды регистра общего назначения и Q -регистра |
|
|
0 |
1 |
Циклический сдвиг одинарной длины |
Циклический сдвиг одинарной длины |
|
|
1 |
0 |
Циклический сдвиг двойной длины |
Циклический сдвиг двойной длины |
|
|
1 |
1 |
Арифметический сдвиг двойной длины с вводом значения знакового разряда в старший разряд регистра общего назначения |
Арифметический сдвиг двойной длины с вводом лог. 0 в младший разряд Q -регистра |
|
Микpoпpoграмма выполнения сдвиговых операций, демонстрирующая выполнение сдвиговых операций одинарной и двойной длины, приведена в табл. 8.
Микрокоманда 1 используется для загрузки в регистр RO значения 2. Микрокоманда 2 выполняет сдвиг содержимого RO влево на один разряд. Следующая микрокоманда 3 сдвигает содержимое RO вправо на один разряд. Четвертая микрокоманда очищает Q регистр. Микрокоманда 5 выполняет сдвиг двойной длины влево, а шестая микрокоманда - сдвиг двойной длины вправо. Микропрограмма 7 является примером команды, не выполняющей никаких действий, т.е. она не меняет внутреннее состояние регистров и флагов БИС KI804BCI.
Программа выполняется следующим образом:
1) переключатель SA14 ЗАГР/РАБ установить в положение ЗАГРУЗКА;
2) переключатели адреса SA8 - SA11 установить в положение 0;
3) нажать кнопку SB2 (ПУСК); при этом в регистр RO будет записано число 2;
4) переключатели адреса SA8 -SA11 установить в положение 1;
5) для индикации выходных шин БИС KI804BCI переключатели SA1-SA3 установить в положение 1;
6) нажать кнопку ПУСК.
На светодиодах VD9 -VD12 должно высветиться число 2. Если переключатели адреса оставить в положении 1 и нажать SB2 , то число на индикации будет изменяться в последовательности: 4, 8, 1, 2, 4 и т.д., что означает выполнение циклического сдвига содержимого регистра RO влево на один разряд за один такт.
Аналогичным образом осуществляется циклический сдвиг вправо при положении 2 адресных переключателей SA8 - SA11.
При выполнении сдвига двойной длины по микрокоманде 5 светодиоды VD9 -VD12 должны показывать: 2, 4, 8, О, О, О, О, 1, 2, 4 и т.д. .
При выполнении сдвига двойной длины по микрокоманде 6 индикаторы покажут: 2, 1, О, О, О, О, 8, 4, 2 и т.д.
Контрольные вопросы.
1. Как выполняются сдвиговые операции в процессорном элементе?
2. Объясните работу мультиплексоров сдвига при выполнении сдвиговых операций.
3. Каким образом выполняется нормализация числа, заданного в дополнительном коде?
4. Чем определяется направление сдвига?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ АРИФМЕТИЧЕСКИХ И ЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ БЛОКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.
Цель работы:
Задания по работе.
1. Изучить структуру и основы функционирования АЛУ микросхемы KI804BСI /З, 4 / .
2. Составить микропрограмму, выполняющую следующие действия /2/:
- прием в регистр Ri кода числа j с проверкой на выходе Y ;
- прием в регистр Q кода числа n с проверкой на выходе Y;
- сложение содержимого регистра Ri с константой k1 , запись результата в регистр Ri с одновременной выдачей на выходы Y микросхемы;
- вычитание из содержимого регистра Q числа К2, запись результата в регистр Q с одновременной выдачей на выходы Y ;
- сложение содержимого регистра Ri с содержимым регистра Q запись результата в регистр R i+1 , выдача результата на выход Y ;
- арифметический сдвиг содержимого регистров Ri+1 и Q ; выдача содержимого регистра Q на выходы Y микросхемы.
Составить таблицу прохождения данных при выполнении микропрограммы.
Варианты заданий приведены в табл. 9.
Таблица 9.
|
номер варианта |
Ri |
j |
n |
К1 |
К2 |
|
I |
RIO |
5 |
12 |
1 |
4 |
|
2 |
R8 |
6 |
10 |
2 |
5 |
|
3 |
R7 |
4 |
II |
3 |
6 |
|
4 |
К6 |
3 |
13 |
I |
7 |
|
5 |
R6 |
2 |
14 |
2 |
8 |
|
6 |
R4 |
0 |
9 |
3 |
4 |
|
7 |
RO |
I |
8 |
I |
5 |
|
8 |
RI |
7 |
7 |
2 |
6 |
|
9 |
R2 |
8 |
6 |
3 |
7 |
|
10 |
R3 |
9 |
5 |
I |
8 |
|
II |
RI5 |
6 |
2 |
2 |
4 |
|
12 |
RI4 |
4 |
I |
3 |
5 |
Методические указания.
Рассмотрим пример составления микропрограммы при следующих
исходных данных / 2 / :
Ri = 910; j = 1110; K1 = 1210; K2 = 1010; n=9.
Разместим микрокоманды последовательно в памяти микропрограмм,
начиная с адреса 0001 ( табл. 10 ).
Первая микрокоманда осуществляет загрузку числа j =1110 в регистр R9. Поэтому в поле D записываем код 1011 , а в поле В - код 1001 ( номер регистра приемника ).
По второй микрокоманде происходит загрузка кода числа 910 в регистр Q. При этом состояние сигналов поля В безразлично, а в поле выбора приемника результата записывается код 000.
Рассмотрим составление пятой микрокоманды, которая должна суммировать содержимое регистров R9 и Q, а результат операции записывать в регистр R10. Поле I5-I3 ( функция АЛУ ) должно содержать код 000 ( R + S + C0 ), при этом поле входа переноса С0 должно содержать 0 . Код источников операндов I2-I0 выбираем равным 000 ( R = A, S = Q ), а в поле А записываем код
1001 девятого регистра. Так как результат необходимо записать в десятый регистр, в поле выбора приемника I8- 16 размещаем код 011, а в поле В - код 1010. Состояние сигналов полей D, MSl, MS2 для пятой микрокоманды безразлично.
Аналогично записываются и остальные микрокоманды. В шестой микрокоманде MS1=1 и МS2=1 задают арифметический сдвиг, а код I8 - 16 = 100 - сдвиг результата (содержимого В и Q ) вправо.
Таблица прохождения данных (табл. 11) отражает состояние выходных сигналов процессорного элемента при выполнении каждой микрокоманды.
Рассмотрим заполнение таблицы на примере третьей микрокоманды, задающей сложение содержимого регистра R9 с числом 12 и запись результата в регистр R10 .
R9 1 0 1 1
+
1210 1 1 0 0
---------------
1 0 1 1 1
Следовательно, результат операции будет равен 0111, сигнал z=0, знаковый сигнал F3=O, сигнал переполнения OVR=1 (нет переноса в старший разряд, а перенос из старшего разряда есть), сигнал переноса С4 =1.
Так как сдвиг в данной операции не происходит, то выходы PQ0, PR0, PQ3, PR3 находятся в третьем состоянии.
Для выполнения микропрограммы ( которая предварительно должна быть записана в микропрограммную память ) в шаговом режиме необходимо выполнить следующие действия:
- переключатель ШАГ/АВТ установить в положение ШАГ;
- переключатель ЗАГР/РАБ установить в положение ЗАГРУЗКА;
- переключателями адреса SA8-SA11 установить адрес той мик рокоманды, kоторую необходимо выполнить;
- нажать кнопку ПУСК.
При этом выбранная микрокоманда будет записана в регистр микрокоманд и выполнена в процессорном элементе. Выбранную микрокоманду можно контролировать на индикаторах регистра микрокоманды, а результат ее выполнения - на индикаторах прохождения данных.
Работа считается выполненной при полном совпадении составленной таблицы и реального прохождения данных.
Контрольные вопросы.
I. Каким образом в процессорном элементе происходит формирование сигналов флагов состояний С4, OVR , F3, Z ?
2. Как выполнить микрокоманду из заданной ячейки памяти микропрограмм?
3. Пусть выполняется микрокоманда следующего вида: DЗ-DО = 0010; B3-B0 = 1111 ; А3-АО = 1010; СО= 1 ; MS1= 1 ; MS2 = 0.
Содержимое регистров:
Q = 1011 ; R15 = 1001 .
Каким будет результат операции, если остальные поля микрокоманды имеют вид:
Таблица 12.
Контрольные вопросы.
|
п/п |
18 |
17 |
16 |
12 |
II |
10 |
15 |
14 |
13 |
|
I |
0 |
0 |
I |
0 |
0 |
I |
0 |
0 |
I |
|
2 |
I |
0 |
0 |
0 |
0 |
I |
0 |
0 |
I |
|
3 |
I |
0 |
I |
I |
0 |
I |
I |
I |
0 |
|
4 |
0 |
I |
0 |
I |
0 |
I |
I |
I |
0 |
|
5 |
0 |
I |
I |
I |
0 |
0 |
I |
0 |
I |
|
6 |
I |
0 |
0 |
I |
0 |
0 |
I |
0 |
I |
|
7 |
0 |
I |
0 |
0 |
I |
I |
I |
I |
I |
|
8 |
I |
I |
0 |
0 |
I |
I |
I |
I |
I |
|
9 |
I |
0 |
0 |
I |
0 |
I |
I |
I |
0 |
|
10 |
0 |
I |
I |
1 |
0 |
I |
I |
0 |
I |
|
II |
I |
0 |
I |
I |
I |
I |
I |
0 |
I |
|
12 |
I |
I |
I |
I |
I |
I |
I |
I |
0 |
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМАНД УСЛОВНОГО И БЕЗУСЛОВНОГО ПЕРЕХОДОВ.
Цель работы:
1.Изучить структуру и основы функционирования микросхемы К1804ВУ1.
2. Исследовать работу блока микропрограммного управления при выполнении команд условного и безусловного переходов.
Подготовка:
1. Изучить структуру, назначение входных и выходных сигналов,
а также основы функционирования микросхемы К1804ВУ1 (см. приложение / З, 4 / ).
2. По принципиальным электрическим схемам, приведенным в прило- ении изучить работу блока микропрограммного управления микротренажера.
3.Самостоятельно разработать граф-схему алгоритма и микропрограмму ее реализации. В алгоритме должно быть не менее 5-6 операторных вершин, 2-3 условные вершины.
Работа:
1. Получить допуск к работе у преподавателя, предъявив домашнюю подготовку и ответив на контрольные вопросы.
2. Записать составленную микропрограмму в память микропрограмм стенда.
3. Выполнить микропрограмму в пошаговом режиме, контролируя с помощью индикаторов ход ее выполнения.
4. Составить и защитить отчет по лабораторной работе.
Методические указания.
Программа управления безусловными переходами приведена в табл. 13 и предназначена для демонстрации выполнения операций управления следующей микрокоманды / I /.
Загрузка программы в микропрограммную память осуществляется в режиме ЗАГРУЗКА. Для запуска программы необходимо ввести в РMК в
Таблица 13.
Программа управления безусловными переходами.
|
N |
Разряд Адрес |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
Примечание |
|||
|
3 |
2 |
1 |
0 |
R3 |
R2 |
R1 |
R0 |
P3 |
P2 |
P1 |
P0 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
БП на 9 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|||||||||
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
|||||||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
БП на 0 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
|||||||||
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
|||||||||
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
БП на 10 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|||||||||
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
БП на 6 |
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
БП на 3 |
режиме ЗАГРУЗКА микрокоманду, соответствующую стартовому адресу (с помощью переключателей SA8-SA11 и кнопки ПУСК). Затем установить переключатель ЗАГР/РАБ в положение РАБОТА.
Будем рассматривать режим ШАГ ( SA15 ). При установке переключателей SA1-SA3 в положение 0 на светодиодах VD9 -VD12 будет высвечиваться содержимое шин адреса К1804ВУ1.
Микрокоманды 0, 3, 6, 9 и 15 выполняют безусловный переход, микрокоманды 10, II, 12, 13 и 14 выполняют переход ''продолжить". При последовательном нажатии кнопки ПУСК ( SB2 ) на светодиодах VD9-VD12 будет высвечиваться последовательно 9, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 3, 0, 9, 6 и т.д.
Программа организации условных переходов приведена в табл. 14 и предназначена для демонстрации условных переходов во взаимодействии KI804BCI и К1804ВУ1 / I /.
Выполнить загрузку и начальную установку. Установить переключатели в положение РАБОТА и ШАГ.
Микрокоманда 0 выполняет инкрементирование RO и передает управление следующей микрокоманде. Mикрокомандa 1 проверяет состояние выходного переноса АЛУ С4 . При установленном флаге С4 выполняется переход на адрес 15. В противном случае - к следующей микрокоманде. Mикрокомандa 2 не выполняет каких-либо функций в АЛУ, но безусловно переходит к адресу 0.
При наблюдении за модификацией адреса на индикаторах должна циклически высвечиваться последовательность О, I, 2, 15 раз. Затем будут показаны числа О, I, 15 и вновь цикл.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5.
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ОРГАНИЗАЦИИ ЦИКЛОВ И ПОДПРОГРАММ.
Цель работы: изучение и исследование на микротренажере МТ1804 методов организации циклов подпрограмм.
Задание:
1. Выполнить анализ приведенных ниже программ организации циклов и подпрограмм.
2. Исследовать рассмотренные программы на микротренажере. 3. Самостоятельно разработать и исследовать программы организации цикла с помощью стека, перехода к подпрограмме, вложения подпрограмм.
Методические указания / 1, 2 /
1. Программа организации цикла с помощью стека приведена в табл. 15 и предназначена для демонстрации метода организации цикла.
Загрузить программу в микропрограммную память и выполнить начальную установку РМК (загрузить пусковой адрес). Установить переключатель ЗАГР/РАБ в положение РАБОТА. Будем рассматривать работу микропрограммы в режиме ШАГ.
Переключатели SA1 - SA3 установить в положение 0 для наблюдения за состоянием шины адреса К1804ВУ1. При последовательном нажатии кнопки ПУСК на индикаторах VD9-VD12 будем наблюдать 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 3, 4, 5 и т.д.
Нужно отметить, что программа не демонстрирует способы выхода из цикла. Он может быть осуществлен при кодировании Р3-Р0 = 1000 (проверка конца цикла, если F = 0 ) и 1011 (то же, если С4 = 0 ) или при помощи условных переходов.
2. Программа перехода к подпрограмме приведена в табл. 16 и предназначена для демонстрации обращения к подпрограмме и возврата
из нее.Загрузить программу и выполнить начальную установку. Установить переключатели в положение РАБОТА и ШАГ.
Микрокоманда 3 осуществляет переход к подпрограмме, начальный адрес которой равен 12. Подпрограмма занимает адреса 12-14. При положении SA1-SA3 в позиции 0 на VD9-VD12 будем наблюдать: 1, 2, 3, 12, 13, 14, 4, 5, 6, 0, 1, 2, 3, 12 и т.д.
Таблица 15.
Программа организации цикла с помощью стека.
|
N |
Разряд Адрес |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
Примечание |
|||
|
3 |
2 |
1 |
0 |
R3 |
R2 |
R1 |
R0 |
P3 |
P2 |
P1 |
P0 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
Загрузить стек |
||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
Переход по стеку |
||||
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|||||||||
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
|||||||||
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|||||||||
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
Таблица 16.
Программа перехода к подпрограмме.
|
N |
Разряд Адрес |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
Примечание |
|||
|
3 |
2 |
1 |
0 |
R3 |
R2 |
R1 |
R0 |
P3 |
P2 |
P1 |
P0 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 12 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Переход на 0 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|||||||||
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
|||||||||
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|||||||||
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|||||||||
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|||||||||
3. Программа организации вложения подпрограмм приведена в табл. I7 и предназначена для демонстрации организации вложенных подпрограмм. Кроме того, она позволяет рассмотреть работу стека.
Выполнить загрузку и начальную установку. Установить переключатели в положение РАБОТА и ШАГ. Основная часть программы находится по адресам 13, 14 и 15. БИС К1804ВУ1 генерирует последовательность адреса: 13, 14, 0, 12, 1, 6, 12, 7, 3, 12, 4, 9, 10, 5, 8, 2, 15, 13 и т.д. Выполнение программы поясняет рис. 3.
Таблица 17.
Программа организации вложения подпрограмм.
|
N |
Разряд Адрес |
31 |
30 |
29 |
28 |
27 |
26 |
25 |
24 |
Примечание |
|||
|
3 |
2 |
1 |
0 |
R3 |
R2 |
R1 |
R0 |
P3 |
P2 |
P1 |
P0 |
||
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 12 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 6 |
|
2 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
3 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 12 |
|
4 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 9 |
|
5 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
6 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 12 |
|
7 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 3 |
|
8 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
9 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
10 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
|||||||||
|
12 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
Возврат |
||||
|
13 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
Продолж. |
||||
|
14 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 0 |
|
15 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
Перех. к п\п 13 |
Главная
программа
|
13 |
Продолжить |
|
14 |
Переход на п/п 0 |
|
15 |
Переход на 13 |
Подпрограмма 0
|
0 |
Переход на п/п 12 |
|
1 |
Переход на п/п 6 |
|
2 |
Возврат |
Подпрограмма 6
Подпрограмма 3
|
6 |
Переход на п/п 12 |
|
3 |
Пер на п/п 12 |
|
7 |
Переход на п/п 13 |
|
4 |
Переход на п/п 9 |
|
8 |
Возврат |
|
5 |
Возврат |
Подпрограмма 9 Подпрограмма 12
|
9 |
Продолжить |
|
12 |
Возврат |
|
10 |
Возврат |
Рис. 3. Выполнение программы организации вложения подпрограмм.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.
Цель работы: изучение и исследование на микротренажере МТ1804 программ оценки времени выбора РОН по каналу В, подсчета количества единиц в трех регистрах и моделирования 16-битового счетчика.
Задание.
1. Выполнить анализ приведенных ниже программ специального назначения.
2. Исследовать рассмотренные программы на микротренажере.
Методические указания / I /.
1. Программа оценки времени выбора РОН по каналу В приведена в табл. 18 и предназначена для демонстрации методики измерения времени выборки РОН по каналу В.
Загрузить программу и выполнить начальную установку.
Установить переключатели в положение РАБОТА и ШАГ. Нажать кнопку ПУСК два раза. В результате установить АВТОМАТ, и программа будет работать в динамическом режиме от внутреннего или внешнего генератора. Программа будет находиться в цикле между 14 и 15 адресами. При этом выходные данные АЛУ будут переходить из состояния 0000 в состояние 1111 и наоборот. Адрес В аналогично будет переходить из значения 0000 в 1111 и наоборот.
Используя сигнал выхода переноса счетчика микрокоманд, К1804ВУ1 (клемма ХР2 ) в качестве синхронирующего, измерить осциллографом время выборки по каналу В. Данная программа демонстрирует возможность измерения динамических характеристик KI804BCI.
2. Программа подсчета количества единиц в трех регистрах приведена в табл. 19 и предназначена для демонстрации условных переходов к подпрограмме.
Загрузить программу и выполнить начальную установку. Установить переключатели в положение РАБОТА и ШАГ. Величины , V0, V1, V2 обозначают три произвольных числа, которые загружаются в RO, R1 и R2 соответственно микрокомандами О, 1 и 2.
Регистр R3 используется как счетчик полного числа единиц в числах V0, V1, V2.
Регистр R4 является рабочим регистром и используется как счетчик цикла программ. Значения RO, R1 и R2 не сохраняются в процессе выполнения программы. Данные со входа D используются для маскирования.
Программа заканчивает свою работу по адресу 15. Микрокоманда 15 выполняет чтение R3 для отображения результата работы программы на индикаторах. Если изменить значение поля 6 микрокоманды I5 на 0010 (продолжить), то программа сможет работать в динамическом режиме. Блок-схема программы приведена на рис. 4.
3. Программа моделирования 16-битового счетчика приведена в табл. 20 и предназначена для демонстрации метода моделирования с помощью РОН 16-битового программируемого счетчика.
Загрузить программу и выполнить начальную установку. Установить переключатели в положении РАБОТА и АВТОМАТ. В программе регистр RO содержит младшие четыре бита счетчика, R1 - вторую тетраду, R2 - третью, R3 - старшие биты. При достижении адреса 15 все внутренние регистры устанавливаются в нулевое положение. Блок-схема программы представлена на рис. 5.