Министерство образования РФ
ГОУ ВПО «Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)»
Лабораторная работа №1, №2
По курсу
«Проектирование цифровых и
Периферийных устройств»
на темы:
«Реализация простых операций на микропроцессорной установке» и «Реализация умножения и деления чисел на микропроцессорной установке»
Работу выполнили:
студенты группы РС-71
Носов П.
Попов И.
Ионов А.
Скоморохов В.
Оськин М.
Работу принял:
Богачёв К.А.
Москва 2011 Лабораторная работа № 1
Реализация простых операций на
микропроцессорной установке.
Цель работы
Изучение системы МК МП серии К584 и принципов реализации простых операций на микропроцессорной установке; приобретение практических навыков работы на установке в микрокомандном режиме.
Теоретическая часть
Управление входными и выходными регистрами.
Для изучения работы МП в микропроцессорном режиме в установке предусмотрены блоки входных и выходных регистров. Код микрокоманды и подлежащие обработке данные в виде 8-разрядных операндов заносятся соответственно в РЕГИСТР МИКРОКОМАНД и во входной РЕГИСТР ДАННЫХ и фиксируются с помощью индикаторных светодиодов. Результаты выполнения микрокоманды могут быть помещены в выходные регистры и зафиксированы на индикаторах ВЫХОД ИНФОРМАЦИИ и ВЫХОД АДРЕСА.
Для занесения информации во входной регистр данных (РД) и регистр микрокоманд(РМК) необходимо :
Соединить гнездо СИН с гнездом СИНХР входного РД и РМК;
Нажать кнопку ПУСК при занесении нуля и кнопки ВВОД ИНФОРМАЦИИ и ПУСК при занесении единицы;
Повторить п.2 восемь раз при занесении информации во входной РД и девять раз – в РМК, имея ввиду, что НАБОР ВОСЬМИРАЗРЯДНОГО ОПЕРАНДА НАЧИНАЕТСЯ СО СТАРШЕГО РАЗРЯДА, А КОДА МИКРОКОМАНДЫ – С МЛАДШЕГО (в обратном порядке).
Занесенная в регистре информация регистрируется индикаторными светодиодами, при этом : СТАРШЕМУ РАЗРЯДУ ОПЕРАНДА СООТВЕТСТВУЕТ 8-ОЙ СВЕТОДИОД, А МЛАДШЕМУ – 1-Й, т.е. старшие разряды расположены справа, младшие – слева; РАЗРЯДЫ КОДА МИКРОКОМАНДЫ СОВПАДАЕТ С НОМЕРАМИ ИНДИКАТОРНЫХ СВЕТОДИОДОВ.
Чтобы привести входной РД и РМК в режим хранения, необходимо отсоединить СИМ от входа СИНХР регистров. Если на гнёзда СТРОБ подать нулевое напряжение с выхода одного из дополнительных ЛЭ, то входы входного РД будут постоянно подключены к входным шинам МП, а выходы РМК – к шине микрокоманд.
Для занесения информации в выходные регистра необходимо на гнезда СИНХР подать синхроимпульс СИ4, предварительно проинвертировав его с помощью ЛЭ. При этом информация считывается с ШВых микропроцессора в выходной регистр данных и индицируется светодиодами ВЫХОД ИНФОРМАЦИИ, а с ШАдр - в адресный регистр и индицируется светодиодами ВЫХОД АДРЕСА.
УПРАВЛЕНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРОМ
Для этой цели на лицевую панель установки выведены гнезда (СИНХР, ПРИОРИТЕТ, ПEPEHOC АЛУ) и тумблеры (ПОЗИЦИЯ 0, ПОЗИЦИЯ 1, ПЕРЕНОС ПРОГРАММ СЧЕТЧИКА, УПРАВЛЕНИЕ ИНКР).
Подачей импульса СИМ на гнездо СИНХР с помощью кнопки ПУСК занесенная в РМК микрокоманда пересылается в ШЛМ и после преобразования в 20-разрядную внутреннюю МK МП заносится в регистр микроопераций. Исполняется команда на следующем такте после повторного нажатия кнопки ПУСК. Поэтому подлежащий обработке сигнал заносится во входной РД на один такт позже связанной с ним микрокоманды.
При использовании входа ПEPEHOC АЛУ необходимо учитывать следующие факторы:
- входной сигнал переноса АЛУ (II) фактически образует часть кода для многих микрокоманд, поэтому значение II определяется исполняемой МК;
П=0 на входе МП соответствует свободному гнезду ПЕРЕНОС АЛУ; для установки П=1 на входе МП необходимо гнездо ПЕРЕНОС АЛУ подать нулевое напряжение с выхода одного из логических элементов.
подача сигнала на гнездо ПЕРЕНОС АЛУ должно отставать на один такт от связанной с ним МК, так как сигнал П непосредственно вводится в АЛУ и его значение должно оставаться в МП до исполнения МК, которое задерживается на один такт.
Сигналу ПР=0 на входе соответствует свободное гнездо ПРИОРИТЕТ. Для подачи сигнала П=1 на вход МП необходимо гнездо ПРИОРИТЕТ соединить с выходом одного из ЛЭ. Напомним, что при ПР=0 на ШАдр выводится содержимое РР, а при ПР=1 – содержимое программного счётчика СТ на регистре общего назначения Р7.
Управление тумблерами подчинено. При этом необходимо иметь в виду, что одна из микропроцессорных секций(МПС) всегда находится в младшей позиции, благодаря чему обеспечивается постоянный контроль младшего разряда ДР(ДРО) на гнезде СДВИГ ВПРАВО. С помощью тумблеров ПОЗИЦИЯ 0 и ПОЗИЦИЯ 1 можно изменить позицию другой МПС и осуществить: в старшей позиции(ПО=1, П1=1) вывод на гнёзда старших битов мультиплексоров А( СтА) и В (СтВ), старшего бита ДР(ДР7) на гнездо СДВИГ ВЛЕВО; в младшей позиции (П0=1, П1=0) вывод содержимого счётчика команд (ИСТВых) на гнездо ВЫХ СТ РАЗР В или управление инкрементом (УИ).
С помощью тумблеров ПЕРЕНОС ПРОГРАММ СЧЁТЧИКА и УПРАВЛЕНИЕ ИНКР изменяются функции счетчика команд.
Реализация микрокомандного режима.
Для перевода установки в микрокомандный режим работы следует :
Установить тумблер РЕЖИМ в положение ОДИН, что обеспечит работу блока синхронизации в режиме одиночных импульсов.
Подать нулевое напряжение с выходов дополнительных логических элементов на гнёзда:
СТРОБ входных регистров, чтобы подсоединить выходы входного регистра данных к Швх микропроцессора, а выходы регистра микрокоманд – к ШМК;
КОНТРОЛЬ блока памяти, чтобы исключить его влияние на работу МП;
Подать на гнёзда СИНХР выходных регистров проинвертированный через элемент И-НЕ импульс СИ4 для контроля за исполнением микрокоманд на индикаторах ВЫХОД ИНФОРМАЦИИ и ВЫХОДА АДРЕСА;
Подключить (при необходимости) вольтметр постоянного напряжения для контроля выхода переноса АЛУ, старших битов мультиплексоров А и В, младшего и старшего разрядов дополнительных регистров к соответствующим гнёздам на лицевой панели.
Для исполнения микропроцессором цепочки микрокоманд необходимо :
Осуществить сброс входных и выходных регистров кратковременным нажатием кнопки СБРОС;
Занести по описанной выше методике первую микрокоманду в РМК;
Подать СИИ на вход СИНХР микропроцессора, соединив соответствующие гнёзда и нажав кратковременно кнопку ПУСК, при этом преобразования через ПЛМ микрокоманда записывается в регистр микроопераций;
Подать на входы МП сигналы, необходимые для исполнения первой МК;
Занести во входной регистр данных операнд, если он связан с первой МК, и вторую МК в регистр микрокоманд;
Подать на входы МП сигналы, необходимые для исполнения второй МК;
Подать СИМ на вход МП, при этом микропроцессором исполняется первая МК, а вторая МК в преобразованном виде записывается в регистр микроопераций и т.д.
Выполнение работы.
Операция ввода, пересылки и вывода информации, сброса и установки регистров МП.
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР входного регистра данных (РД);
Занесение данных: ввод первого операнда в РД 100 с помощью двух нажатий кнопки ПУСК при занесении нуля и кнопки ВВОД ИНФОРМАЦИИ и ПУСК при занесении единицы;
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР регистра микрокоманд (РМК), при этом осуществляется запись данных во входной регистр;
Занесение микрокоманды (МК) в регистр микрокоманд (РМК): ввод команды занесения из шины входа (Швх) в регистр (Р) при помощи введения кода микрокоманды в соответствии с таблицей (ввод производится аналогично второму пункту с помощью кнопки ПУСК) Швх→Р: 1111 10 001 0, где первые четыре разряда определяют в основном функции арифметико-логического устройства (АЛУ), пятые и шестые разряды расширяют возможности кодирования; селекторное поле из разрядов седьмого, восьмого и девятого позволяет выбрать РОН, который участвует в выполняемой микрооперации (МКО);
Подача СИМ на вход МП, при этом микропроцессором исполняется первая МК;
Занесение МК в РМК: ввод команды вывода из регистра на шину выхода (Швых):
0000 10 001 0 для вывода информации из регистра на шину выхода;
Для занесения информации в выходные регистра производится подача на гнезда СИНХР синхроимпульс СИ4, предварительно проинвертировав его с помощью логического элемента (ЛИ) 2И-НЕ. При этом информация считывается с ШВых микропроцессора в выходной регистр данных и индицируется светодиодами ВЫХОД ИНФОРМАЦИИ, а с ШАдр - в адресный регистр и индицируется светодиодами ВЫХОД АДРЕСА.
В результате на выходе можно либо получить тоже самое число, иными словами загрузить с ШВх регистры Р, РР, ДР 8-разрядными операндами, и содержимое регистров вывести на ШВых, либо с помощью других команд (P→ДР «0001 10 001 0», ДР→Р «1110 10 010 0», ДР→РР «0100 11 100 0» и т.д.) можно пересылать информацию из одного регистра в другой, то есть выполняются МКО пересылки между внутренними узлами микропроцессорной секции (МПС) без участия арифметико-логического устройства (АЛУ).
Арифметические и логические операции над двумя операндами.
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР входного РД;
Занесение данных: ввод первого операнда в РД 100;
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР регистра микрокоманд (РМК);
Занесение микрокоманды (МК) в РМК Швх→РР: 0110 11 010 0;
Подача СИМ на вход МП, при этом микропроцессором исполняется первая МК;
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР входного регистра данных (РД);
Занесение данных: ввод второго операнда в РД 010 с помощью кнопки ПУСК;
Соединение гнезда СИН с гнездом СИНХР РМК;
Занесение МК в РМК: ввод команды сложения Швх+РР→Швых: 0011 11 000 0;
Подача СИМ на вход МП, при этом микропроцессором исполняется вторая МК;
В результате на ШВых микропроцессора в выходном регистре данных с помощью индикации светодиодами получаем число 110, что соответствует числу «6» в десятичной системе, а так как мы вводили операцию сложения 100 («4») + 010 («2»), то работа микропроцессора в режиме микрокоманд выполнена верно.
Вывод:таким образом, получены практические навыки в реализации микрокомандного режима работы микропроцессорной установки, изучена последовательность действий при реализации цепочки операций в арифметических и логических операциях. Также исследовано кодирование микрокоманд и их форматов. На основании данной работы можно подвести итог, что в микрокомандном режиме исследуется непосредственно микропроцессор: операнды и управляющие слова заносятся во входные регистры, а
результаты операции можно наблюдать на светодиодах выходных регистров, и система микрокоманд делится на группы пересылки данными между внутренними блоками, основными операциями над операндами в АЛУ, операции сдвигов, причем имеется возможность инкрементировать содержимое некоторых регистров. Данная микропроцессорная установка довольно наглядно демонстрирует принцип работы процессора на микрокомандном элементарном уровне, рассматривая процесс, происходящий на каждом синхроимпульсе тактовой частоты.