лабораторные работы / №6 Исследование модели четырехразрядной микроЭВМ с ручным устройством управления / Исследование модели четырехразрядной микроЭВМ

Лабораторная работа №6. Исследование модели четырехразрядной микроЭВМ с ручным устройством управления.

Плата П6

Рис 1. Схема платы П6 и ее подключения к основному блоку.

 

Принципиальная схема платы приведена на рис. 1. В состав пла­ты входят:

- Блок ввода данных (операндов К и В); рода S операций, выполняемых АЛУ; адресов А ячейки памяти ОЗУ). Блок состоит из кнопки SВ1, формирователя F и счетчика D10. Для ввода данных (лю­бого четырехразрядного числа) нажимают необходимое число раз на кнопку SВ1. Набранное число с выходов D10 через мультиплексор D2 может поступать в общую шину, которая подключена к информационным входам всех оперативных регистров, а также к блоку индикации БИ. Для контроля по БИ за набираемым числом необходимо мультиплексор (D2) переключить для

приема чисел с входов X. Это осуществляется подачей на адресный вход А микросхемы D2 логического сигнала 0 (кнопка SВ2 не нажата);

- арифметическо-логическое устройство (АЛУ), в качестве кото­рого использовано типовое АЛУ на ИМС К155ИПЗ (D9). Значения операн­дов К и В, а также кодов выполняемых операций S подаются от соответствующих регистров (D5, D6, D7), управляющий сигнал М (логичес­кие или арифметическо-логические операции) - от тумблера SА4, сигнал переноса Р₀ - от тумблера SА5. На индикацию (светодиод НL9) вы­водится сигнал переноса Р₀ в старший разряд (переполнение разрядной сетки). Результат операции, выполненной АЛУ, записывается в регистр-аккумулятор (D10), совмещенный со счетчиком блока ввода данных. Для перевода D10 в режим регистра-аккумулятора на вход V микросхе­мы D10 подают логический 0. Этому режиму соответствует свечение светодиода НL7;

- блок оперативных регистров RG -S , RG - К, RG -В, RG - А (D7, D5, D6, D8) в которые может быть записана необходимая инфор­мация с общей шины. Для записи этой информации на вход С соответст­вующего регистра подается управляющий сигнал с уровнем логической I. Контроль этих сигналов осуществляется светодиодами НL4, НL2, НL3, НL-5;

- оперативное запоминающее устройство ОЗУ, выполненное на ИМС К155РУ2 (D4) и четырех инверторах D11.1 -D11.4. ОЗУ емкостью 16 четырехразрядных слов. Выбор необходимого слова - адресный с помощью сигналов А4 – А1. Информация по выбранному адресу записывается с общей шины (входы D4 -DI) по сигналу записи W=0. Этот режим сопровождается свечением светодиода НL6. При W=1 (HL8 не светится) ОЗУ находится в режиме считывания информации. Так как ИМС ОЗУ имеет только инверсные выходы, то для работы с информацией в прямом коде поставлены дополнительные инверторы D11.1 - D11.4. Для передачи информации с выхода ОЗУ в общую шину необходимо не ад­ресный вход А мультиплексора общей шины (ИМС D2) нажатием кнопки SВ2 подать сигнал с логическим уровнем I. Этому режиму соответствует светящийся светодиод НL1;

- дешифратор кода команд на ИМС D1 и DЗ, переключателях SА1, SА2, SАЗ и SВ3. В зависимости от набранного переключателями SА1 - SАЗ кода, при нажатии кнопки SВ3 на одном из семи используе­мых выходов дешифратора D1 появится сигнал с уровнем логического 0. Сигналы с выходов "0" – “4”, проинвертированные в ИМС D3, поступают на входы С регистров D5 - D8 и вход R счетчика D10 (высоким уров­нем). Наличие этих сигналов контролируется по свечению индикаторов ГL2 - НL6 и определяет режим записи информации с общей шины в соот­ветствующий регистр (сигналы "0" –“3”) или режим сброса (установки выходов в "0") счетчика ввода информации (сигнал "4"). Сигналы с "5" и "6" выходов дешифратора D1 поступают на управляемые устройст­ва без дополнительной инверсии. Однако для индикации этих режимов на светодиоды НL7 и НL9 они проходят через инверторы D3.6 и D11.6. Коды всех команд и соответствующая им индикация приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Режим работы дешифратора кода команд

№ п/п	Команда	Код команды			Такт SB3	Управляемое Устройство и Его вход	Светящийся диод
		SA3	SA2	SA1
1	Запись информации с общей шины в регистр операнда К АЛУ	0	0	0	0	D5 Вход С	HL2
2	Запись информации с общей шины в регистр операнда В АЛУ	0	0	1	0	D6 Вход С	HL3
3	Запись информации с обшей шины в регистр кода операций АЛУ	0	1	0	0	D7 Вход С	HL4
4	Запись информации с общей шины в регистр адреса слова ОЗУ	0	1	1	0	D8 Вход С	HL5
5	Установка в ноль (сброс) счетчика блока ввода инфор­мации	1	0	0	0	D10 Вход R	HL6
6	Установка режима “параллельная запись в регистр-аккумулятор (счетчик блока ввода информации)”	1	0	1	0	D10 Вход V	HL7
7	Установка режима "запись" в ОЗУ	1	1	0	0	D4 Вход W	HL8
8	Запрет на передачу команд	Х	Х	Х	1	-	Индикаторы НL2-НL8 не светятся

Продолжительность лабораторной работы и семинара в зависимости от объёма заданий 3-4 или 6-8 часов. Робота выполняется на плате П6 с использованием одной технологической карты У1-2.

В состав исследуемой микроЭВМ входят:

- устройство ввода данных и сигналов управления ( SА1-SА5, SВТ- SВ3);

- процессор на элементах D1, D5 – D10 со структурой, типичной для малоразрядных микропроцессоров (4, 5, 6) ;

• оперативное запоминающее устройство (D 4);

- шина процессора с мультиплексным управлением (D2);

- устройство вывода данных (светодиодный дисплей).

Работа с этой моделью должна носить индивидуальный характер и в задании для каждого учащегося необходимо учитывать его успехи при изучении курса. Вопросы и задания для домашней подготовки рекомендуем составлять из вопросов, заданий и упражнений приведенных в 3 главе [5] и 5 и 6 главах [4] .

При выполнении работы необходимо предложить каждому учащемуся разработать алгоритм и составить программу в машинных кодах (операции с SА1 - SА5 и SВ1 – SВ3) для выполнения несложных действий над четырехразрядными числами с обязательным использованием промежуточных результатов, заносимых в ОЗУ. Диапазон исходных чисел, число и характер выполняемых операций должны предварительно ограничиваться сверху, чтобы не вызвать переполнения разрядной сетки. Любой промежуточный результат не должен быть больше F₍₁₆₎, а окончательный IF₍₁₆₎, (при арифметических операциях).

Таблица входных кодов и выполняемых операций

№ п/п	Код операции							Операция (сигнал на выходе)		Тип операции
	Р06	М 5	S4 4	S3 3	S2 2	S1 1	Код “16”
0	1	1	0	0	1	1	3	0000	Присвоение или логические операции над одним операндом
1	1	1	1	1	0	0	C	1111
2	1	1	1	1	1	1	F	A
3	1	1	0	0	0	0	0	A
4	1	1	1	0	1	0	A	B
5	1	1	0	1	0	1	5
6	1	1	1	1	1	0	E	AvB	Логические операции над двумя операндами
7	1	1	0	0	0	1	I	AvB
8	1	1	1	0	1	1	B	A^B
9	1	1	0	1	0	0	4	A^B
A	1	1	0	1	1	0	6	AB
B	1	1	1	0	0	1	9	AB
C	1	0	1	0	0	1	9	A+B	Арифметические операции
D	0	0	0	1	1	0	6	A-B
E	1	0	1	1	0	0	C	A+A
F	1	0	1	1	1	1	f	A-I

 

Задача: произвести арифметические операции над двоичными четырехразрядными числами:

0010+0011-0001=?

Алгоритм:

• установка операнда К₁ (К₁=0010₂=12₁₆) кнопкой SB₁

• запись операнда К₁ в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=0, SA₂=0, SA₃=0)

• установка операнда B₁ (B₁=0011₂=3₁₆) кнопкой SB₁

• запись операнда B₁ в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=0, SA₃=0)

• установка кода операции кнопкой SB₁ (1001₂=9₁₆, SA₅=(P₀)=1, SA₄=(M)=0 – код операции арифметического сложения)

• запись кода операции в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=0, SA₂=1, SA₃=0)

• установка адреса первой ячейки ОЗУ (FLHTC 00₂=0₁₆) кнопкой SB₁

• запись в регистр адреса первой ячейки ОЗУ кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=1, SA₃=0)

• запись результата сложения с выходов АЛУ в регистр – аккумулятор кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=0, SA₃1),[получили результат 5]

• запись результата сложения с общей шины в ОЗУ (в указанный адрес) кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=1, SA₃=0)

• подача с ОЗУ в общую шину кнопкой SB₂

• запись операнда К₂ (результат сложения) с общей шины в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=0, SA₂=0, SA₃=0)

• установка операнда В₂ (В₂=0001₂=1₁₆) кнопкой SB₁

• запись операнда В₂ в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=0, SA₃=0)

• установка кода операции кнопкой SB₁ (0110₂=6₁₆, SA₅=(P₀)=0, SA₄=(M)=0 – код операции арифметического вычитания)

• запись кода операции в регистр кнопкой SB₃ (SA₁=0, SA₂=1, SA₃=1)

• обнуление счетчика – аккумулятора кнопкой SB₃ (SA₁=0, SA₂=0, SA₃=1)

• запись результата вычитания с выходов АЛУ в счетчик – аккумулятор кнопкой SB₃ (SA₁=1, SA₂=0, SA₃=1) [получили результат 4]

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ

КАФЕДРА УИТ

лабораторной работе №6

Исследование модели четырехразрядной микроЭВМ с ручным устройством управления.

Выполнили: ст. гр. УИТ-33

Проверил:

2008