–14–

Министерство образования Российской Федерации

Тверской государственный технический университет

____________________________________________________________

Кафедра электронных вычислительных машин

Работа арифметико-логического устройства

микропроцессора при выполнении операций

в аппаратном и микропрограммном режиме

Методические указания

к лабораторным работам № 1, 2 по курсу "Организация ЭВМ и систем"

для студентов специальности 230101

"Вычислительные машины, комплексы, системы и сети"

Тверь 2001

Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой по дисциплине "Организация ЭВМ, комплексов и систем" для студентов специальности 2201 и предназначены для оказания помощи студентам в выполнении лабораторных работ по данной дисциплине.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры ЭВМ и рекомендованы к печати (протокол № от 2001г.).

Составители: П. В. Быков

В. В. Лебедев

Тверской государственный

технический университет, 2001

Содержание

1. Назначение и технические характеристики учебного стенда УМ - 21. 4

1.1. Логические операции, выполняемые установкой: 4

1.2. Арифметические операции, выполняемые установкой 4

1.3. Способы организации управления выполнением операций. 4

1.4. Состав коммутационного поля установки 4

1.5. Режимы работы. 5

1.6. Параметры синхронизации и уровни сигналов. 5

2. Устройство и принцип действия стенда. 5

2.1. Описание основных узлов установки. 5

2.2. Функциональная схема. 6

3. Основные положения работы с установкой. 10

3.1. Работа с установкой в аппаратном режиме. 10

3.2. Работа с установкой в микропрограммном режиме. 11

4. Лабораторная работа №1. Работа комбинационного сумматора при выполнении логических и арифметических операций в аппаратном режиме. 15

4.1. Порядок выполнения работы. 15

4.2. Содержание отчета. 16

4.3. Варианты для выполнения задания. 16

4.4. Контрольные вопросы. 16

5. Лабораторная работа №2. Работа арифметико-логического устройства микропроцессора в микропрограммном режиме. 17

5.1. Порядок выполнения работы. 17

5.2. Содержание отчета. 18

5.3. Варианты для выполнения заданий. 18

5.4. Контрольные вопросы. 18

Библиографический список. 19

1.Назначение и технические характеристики учебного стенда УМ - 21.

Учебный стенд УМ – 21 предназначен для изучения основных принципов построения управляющих устройств микропроцессоров. Он позволяет реализовать аппаратный и микропрограммный способы управления выполнением операций в операционном блоке МП и провести их детальное исследование.

1.1.Логические операции, выполняемые установкой:

И (А  В);

ИЛИ (А  В);

НЕ ( )

Равнозначность ( );

Неравнозначность (А  В);

Сдвиг на один разряд (в сторону младших разрядов).

1.2. Арифметические операции, выполняемые установкой

• сложение (А + В)

• вычитание (А - В)

• умножение (А * В) в нескольких модификациях (умножение модулей, в дополнительных кодах, с использованием алгоритма убыстрения);

• деление (С / А)

1.3.Способы организации управления выполнением операций.

• с жесткой логикой (аппаратный);

• микропрограммный.

1.4.Состав коммутационного поля установки

• блок сумматора, построенный на основе одноразрядных комбинационных суммирующих схем типа К155ИМ1 с последовательным распространением переноса.

Разрядность сумматора, бит ....................... 8;

• блок арифметико - логического устройства ( АЛУ), построенный на основе быстродействующих суммирующих схем с ускоренным распространением переноса.

Разрядность АЛУ, бит .................................. 8;

• три операционных регистра, из них - один - регистр хранения, два - сдвиговых.

Разрядность, бит ............................................ 8;

• два тумблерных регистра для задания операндов.

Разрядность, бит ............................................ 8;

• полупроводниковое запоминающее устройство емкостью 16 восьмиразрядных слов;

• двоичный четырехразрядный счетчик;

• триггер Д - типа;

• набор тумблеров для задания кода операции.

1.5.Режимы работы.

При аппаратном управлении:

• непрерывный - заданная операция выполняется непрерывно;

• одноразовый - заданная операция выполняется однократно от нажатия кнопки “ Пуск “.

При микропрограммном управлении:

• непрерывный - микропрограмма заданной операции выполняется непрерывно;

• одноразовый - по-командный (заданная операция выполняется по микрокомандам).

1.6.Параметры синхронизации и уровни сигналов.

Цикл генератора синхроимпульсов - 4-х тактный.

Частота синхроимпульсов, кГц .......................... 50010%

Длительность синхроимпульсов, мкс ................ 0.410%

Элементная база установки - микросхемы малой и средней степени интеграции серии К155.

Напряжение питания, В ....................................... +55%

Логические уровни:

“1” - не менее + 2.4 В

“0” - не более + 0.4 В

2.Устройство и принцип действия стенда.

2.1.Описание основных узлов установки.

УМ-21 состоит из следующих основных узлов:

1. съемного блока

2. лицевой панели

3. блока кассет

4. блока питания

Съемный блок состоит из двух коробок с размещенными на них печатными платами. С одной стороны располагается схема восьмиразрядного АЛУ (рис. 1) с другой - схемы сумматоров (рис. 2). Контрольные и коммутационные гнезда выведены на панели на обе стороны блока. На панелях съемного блока нанесены обозначения устройств, размещенных в блоке, входы и выходы которых подсоединены к соответствующим гнездам.

На лицевой панели располагаются печатные платы с электронными схемами и контрольными коммутационными гнездами, а также элементы индикации и управления режимами. Изображение лицевой панели дано на рис. 3.

Лицевая панель включает в себя следующие устройства:

• регистры операндов с коммутатором каналов…поз. 1, поз. 2, поз. 3

• память .................................................................... поз. 4

• счетчик адреса СТ2 ............................................... поз. 5

• индикаторы регистра микрокоманд ..................... поз. 6

• схема индикации микрокоманд ............................ поз. 7

• контрольные гнезда признаков и управляющих сигналов .................................................................... поз. 8,9

• коммутационные гнезда регистра “В” .................... поз. 10

• переключатели режимов “запись - работа” ...................................................... поз.11

“одиночн. - непрер.” .................................................. поз. 12

кнопка “Пуск” ..................................................... поз. 13

• тумблерный регистр кода операции ...........….... поз. 14

• тумблерные регистры операндов

регистр “А” ................................................…...... поз. 15

регистр “В” ....................................................…... поз. 16

• гнезда для подключения осциллографа ...........…. поз. 17

Блок кассет содержит 6 ячеек. Ячейки соединяются между собой через разъемы. Ячейки вставляются в блок кассет горизонтально через окно в задней стенке корпуса установки.

Причем в аппаратном режиме должны быть включены только ячейки 1, 2, 3, 4, ячейки 5, 6 - выключены, а в микропрограммном режиме выключаются ячейки 3, 4 (вынимаются из блока) и включаются ячейки 1, 2, 5, 6 соответственно в свои разъемы.

Блок питания вырабатывает стабилизированное напряжение +5В  5%. Он имеет два стабилизатора, выполненных на печатных платах, каждый из которых рассчитан на нагрузку до 2А. Один стабилизатор подключен к лицевой панели и съемному блоку, а другой - к блоку кассет, через разъем.