计算机组成原理实验指导书-湖南工业大学.pptx

计算机组成原理实验指导书 主编： 杨伟丰 实验一 算术逻辑运算实验 一、实验目的 1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。 2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。 二、实验内容 运用算术逻辑运算器进行算术运算和逻辑运算。 三、实验仪器 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干 四、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74LS181 以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的两个数据输入端分别由两个 锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关 （INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数 据总线相连。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相 连。数据显示灯已和数据总线（“DATA BUS”）相连，用来显示数据总 线内容。 图1-l 运算器数据通路图 图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头 标明（其他实验相同，不再说明）。其中除T4 为脉冲信号，其它均为电平控制信号。实验电 路中的控制时序信号均已内部连至相应时序信 号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、 S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G 各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进 制数据开关进行跳线连接,其中ALU_G、SW_G 为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有 效。按动微动开关PULSE，即可获得实验所需 的单脉冲。 五、实验步骤 l、按图1-2连接实验线路，仔细检查无误后 ，接通电源。（图中箭头表示需要接线的 地方，接总线和控制信号时要注意高低位 一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分 ） 图1-2 算术逻辑运算实验接线图 2、用INPUT UNIT的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置 数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察， 灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。以向 DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（ 43H）为例，具体操作步骤如下： 首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0， LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111 ，并将CONTROL UNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然 后按下图所示步骤进行。 上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进 行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动 开关PULSE来产生的。 置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操 作为：关闭数据输入三态门（SW_G=1），打开ALU输出三 态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线。当设 置S3、S2、S1、S0、M、CN的状态为111111时，DATA BUS 单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATA BUS单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值 与输入的数据进行对比。 3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑） 74LS181的功能见表1-1，可以通过改变S3 S2 S1 S0 M CN的组 合来实现不同的功能，表中“A”和“B”分别表示参与运 算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。 通过前面的操作，我们已经向寄存器DR1写入C1H，DR2写入43H，即A=C1H ，B=43H。然后改变运算器的控制电平S3 S2 S1 S0 M CN的组合，观察运算器 的输出，填入表1-2中，并和理论值进行比较、验证74LS181的功能。 六、实验报告 1、在显示结果后将指示灯显示的值与输 入的数据进行比较； 2、完成表12，比较理论分析值与实验 结果值,并对结果进行分析。 七、实验思考题 1、运算器的功能是什么？ 核心部分是 什么？ 实验二 进位控制实验 一、实验目的 验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。 二、实验内容 按给定的数据完成几种指定的算术运算。 三、实验仪器 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干 四、实验原理 进位控制运算器的实验原理如图1-3所示，在实验1.1的基础 上增加进位控制部分，其中74LS181的进位进入一个锁存器 ，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4 连至“SIGNAL UNIT”的TS4上。AR是电平控制信号（低电平 有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运 算的进位结果锁存到进位锁存器中。 图l-3 进位控制实验原理图 五、实验步 骤 1、按图1-4连 接实验线路 ，仔细检查 无误后，接 通电源。（ 图中箭头表 示需要接线 的地方，接 总线和控制 信号时要注 意高低位一 一对应，可 用彩排线的 颜色来进行 区分）。 图1-4 进位控制实验接线图 2、进位标志清零。具体操作方法如下： 实验板中“SWITCH”单元中的CLR开关为标志位CY 、ZI的清零开关，它为0时（开关向上为1，向下为0 ）是清零状态，所以将此开关做l01操作，即可 使标志位CY、ZI清零（清零后CY、ZI指示灯亮）。 3、用INPUT UNIT的二进制数据开关向DR1存入 11000001，向DR2存入01000011。具体操作步骤如 下： 首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1， LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=1， S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT的开 关SP05打在“NORM”状态， SP06打在“RUN”状 态，SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN”状 态。然后按下图所示步骤进行。 上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行,其中 T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动开关START来产生的。 4、验证带进位运算及进位锁存功能。 进行带进位算术运算：前面的操作已经向DR1、DR2置数，然后关 闭数据输入三态门（SW_G=1）并使LDDR2=0，打开ALU输出三态 门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线，当S3 S2 S1 S0 M CN的状态为100101时，DATA BUS指示灯显示的数据为DR1加DR2 加当前进位标志得到的结果。这个结果是否产生进位，则要使 AR=0，然后按动触动开关START，若进位标志灯CY仍然亮，表示无 进位；若进位标志灯CY灭，表示有进位。 在本例中DR1为11000001，DR2为01000011，结果为00000100；当 AR=0时，按动开关START，CY灭，表示有进位。 六、实验报告 记录实验数据，总结收获。 七、实验思考题 1、74LS181能提高运算速度的原因是什么？ 2、在定点二进制运算器中，减法运算一般 通过什么方式实现？ 实验三 移位运算实验 一、实验目的 验证移位控制的功能。 二、实验内容 使用一片74LS299来实现移位控制。 三、实验仪器 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干 四、实验原理 移位运算实验中使用了一片74LS299作为移位发生器，其 八位输入/输出端以排针方式和总线单元连接。299_G信 号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，由S1 S0 M控制 信号控制其功能状态，列表如下： 299_GS1S0M功能 000任意保持 0100循环右移 0101带进位循环右 移 0010循环左移 0011带进位循环左 移 任意11任意装数 表1-3 74LS299功能表 五、实验步 骤 1、按图1-5 连接实验线 路，仔细检 查无误后接 通电源。（ 图中箭头表 示需要接线 的地方，接 总线和控制 信号时要注 意高低位一 一对应，可 用彩排线的 颜色来进行 区分）。 图1-5 移位运算实验接线图 2、按照如下步骤用INPUT UNIT的二进制数据开关把 数据写入74LS299： 首先使各个控制电平的初始状态为：299_G=1， SW_G=1，S1 S0 M =111，CLR= l01，并将控制台 单元的开关SP05打在“NORM”状态，SP06打在“RUN”状态 ,SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN”状态。然后按下 图所示步骤进行。 上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来 进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的 触动开关START来产生的。 3、参照前面的表格1-3，改变S0 S1 M 299_G的状态，按 动触动开关START，观察移位结果。 六、实验报告 对照表13，列表记录移位结果。 七、实验思考题 1、本实验用到的移位发生器是什么？其功能表是什么 ？ 实验四 存储器实验 一、实验目的 1、掌握静态随机存储器RAM工作特性； 2、掌握静态随机存储器RAM的数据读写方法。 二、实验内容 运用静态随机存储器RAM进行单步读、写和连续写数据。 三、实验仪器 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱 一台 2、排线 若干 四、实验原理 实验所用的半导体静态存储器电路原理如 图1-6所示，实验中的静态存储器由一片 6116（2Kx8）构成，其数据线接至数据总 线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。 地址灯LI01LI08与地址总线相连，显示地 址内容。INPUT单元的数据开关经一三态门 （74LS245）连至数据总线，分时给出地址 和数据。 图1-6 存储器实验原理图 地址总线为8位，接入6116的地址A7A0，将6116 的高三位A8A10接地，所以其实际容量为256字 节。6116有三个控制线：CE（片选线）、OE（读线 ）、/WE（写线）。本实验中将OE常接地，在此情 况，当CE=0、WE=0时进行写操作，CE=0、WE=1时 进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。 实验时，将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3 相应插针中，其它电平控制信号由“SWITCH”单元 的二进制开关给出，其中SW_G为低电平有效， LDAR为高电平有效。 五、实验步骤 1、形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如 下： （1） 将SIGNAL UNIT中的CLOCK和CK，TS3和T3用排线 相连。 （2） 将SIGNAL UNIT中的两个二进制开关 “SP03”设 置为“RUN”状态、“SP04”设置为“RUN”状态（当 “SP03”开关设置为“RUN”状态、“SP04”开关设置 为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3 的输出为连续的方波信号。当“SP03”开关设置为 “STEP”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时， 每按动一次触动开关START，则T3输出一个单脉冲，其 脉冲宽度与连续方式相同。） 2、按图1-7连接实验线路，仔细检查无误后 接通电源。（图中箭头表示需要接线的地 方，接总线和控制信号时要注意高低位一 一对应，可用彩排线的颜色来进行区分 ）。 图1-7 存储器实验接线图 3、给存储器的00、01、02、03、04地址单元中分 别写入数据11、22、33、44、55，具体操作步骤如 下：（以向00号单元写入11为例） 首先使各个控制电平的初始状态为：SW_G=1， CE=1，WE=1，LDAR=0，CLR= l01，并将 CONTROL UNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然 后按下图所示步骤进行操作。图中方括号中的控制 电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T3的 正脉冲是通过按动一次CONTROL UNIT的触动开关 START来产生的，而WE的负脉冲则是通过让SWITCH 单元的WE开关做l01变化来产生的。 4、依次读出第00、01、02、03、04号单元中的 内容，在DAT