计算机组成原理实验.ppt

计算机组成原理实验 第1章TDN CM计算机组成原理教学实验系统第2章实验 2 第1章TDN CM计算机组成原理教学实验系统一 引言TDN CM计算机组成原理教学实验系统支持 计算机组成原理 课程的实验教学 可满足不同层次 不同教学环节的需求 是完全符合教学规律及开放式实验教学的高档次实验设备 TDN CM采用内外总线结构 按开放式要求设计了各相关单元电路 为学生提供多种实验手段 可按部件 分层次进行组合 逐次构造不同实验电路和模拟计算机 在操作界面上 提供单机使用及PC联机多种操作方式 彼此间可以随意切换 具有良好的示教效果 整个系统分为23个功能模块区 如图1 1所示 3 4 二 主要功能模块ALUUNIT 运算器单元 使用两块74LS181组成8位运算器 两个8位寄存器DR1和DR2作为暂存寄存器 保存参数和中间结果 ALU输出由三态门74LS245通过排针连接到数据总线上 一片8位移位寄存器74LS299可通过排针连接到数据总线上 由GAL器件和74LS74锁存器构成进位标志控制电路和零标志控制电路 连接进位标志和零标志指示灯 REGUNIT 寄存器堆 由3片8位寄存器R0 R1和R2组成 ADDRESSUNIT 程序计数器与地址寄存器单元 INSUNIT 指令寄存器单元 5 STATEUNIT 时序电路单元 其中START是启动开关 KK2用作单拍信号脉冲源 STEP是单步开关 STOP是停机开关 信号源脉冲宽度可用电位器W1调节 在H24端可用示波器观察波形 信号源频率为330Hz 580Hz MICRO CONTRLLERUNIT 微控制器电路单元 LOGUNIT 逻辑译码单元 MAINMEM 主存单元 由6116构成2KB存储器 INPUTDEVICE 输入设备 使用8个拨动开关模拟输入设备 OUTPUTDEVICE 输出设备 有两个数码管显示器 通过显示译码器GAI16V8连接数据总线 6 BUSUNIT 总线单元 有6组排针 W RUNIT 读 写信号发生单元 用来转接各单元所需的控制信号以及外总线读 写信号 有4个排针引出端T1 T2 T3 T4 EXTBUS 外总线单元 EXUNIT 扩展单元 OSCUNIT 逻辑信号测量单元 8051UNIT 单片机8051实验单元 SWITCHUNIT 开关单元 有15个控制开关 根据需要提供控制电平 LEDUNIT 指示灯单元 有4个发光二极管 信号为0时 指示灯亮 PLDUNIT PLD编程区 7 三 74LS1811 74LS181内部逻辑结构74LS181内部结构如图1 2所示 由4位加法器和快速进位链组成 图中采用妇罗基表示 A3 0和B3 0为数据输入端 F3 0为数据输出端 8 图1 274LS181逻辑结构 9 2 外部引脚外部引脚示意如图1 3所示2 外部引脚外部引脚示意如图1 3所示 10 3 74LS181功能74LS181有16种功能 由引脚S3S2S1S0选择 如表1 1所示 表1 174LS181算术逻辑运算功能表 11 第2章实验实验一运算器实验二进位控制实验实验三移位运算实验四存储器读 写实验 12 实验一运算器一 实验目的1 了解简单运算器的数据传送通路 2 验证运算器功能发生器 74LS181 的组合功能 二 实验设备TDN CM 计算机组成原理实验系统一台 排线若干 三 实验内容1 实验原理实验中所用运算器数据通路如图2 1所示 13 14 其中运算器由两片74LS181并 串联构成8位运算器ALU 其输出经三态门 74LS245 与数据总线连接 运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器 74LS373 锁存 锁存器连至数据总线 数据开关 INPUTDEVICE 用来给出参与运算的数据 并经过三态门 74LS245 和数据总线连接 数据显示灯 BUSUNIT 和数据总线连接 用来显示总线上传送的数据 15 图中将用户需要连接的控制信号用圆圈标示 其中除了T4是脉冲信号之外 其它均为电平信号 实验电路中的时序信号均已连接至 W RUNIT 的相应信号输入输出端 因此 实验时只需将 W RUNIT T4连接至 STATEUNIT 的微动开关KK2的输出端 按动微动开关 即可得到实验所需的单脉冲 S3 S2 S1 S0 Cn M LDDR1 LDDR2 ALU B SW B各控制电平用于 SWITCHUNIT 实验中的开关模拟 其中Cn ALU B SW B为低电平有效 LDDR1 LDDR2为高电平有效 16 2 实验步骤 1 按图2 2连线 检查无误后接通电源 W R 17 2 用二进制开关分别向DR1和DR2寄存器置数 操作步骤图示如下 验证DR1和DR2中存放的数据是否正确 操作是 关闭数据输入三态门 SW B 1 打开ALU输出三态门 ALU B 0 当置S3 S2 S1 S0 M为11111时 总线指示灯显示DR1中的数据 S3 S2 S1 S0 M为10101时 显示DR2中的数据 18 3 验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能 正逻辑 在给定DR1 65H DR2 A7H的情况下 改变运算器的功能设置 观察运算器的输出 填入下表1 1中 并与理论分析值进行比较验证 19 3 74LS181功能74LS181有16种功能 由引脚S3S2S1S0选择 如表1 1所示 表1 174LS181算术逻辑运算功能表 20 四 实验报告要求 1 实验名称 2 使用设备 3 电路 程序 设计 并分析电路功能 4 实验结果 5 体会或意见 21 实验二进位控制实验一 实验目的1 验证带进位的算术运算发生器的功能 2 按指定数据完成几种指定的算术运算 二 实验设备TDN CM 计算机组成原理实验系统一台 排线若干 三 实验内容1 实验原理带进位控制运算器的实验原理图如图2 3所示 22 23 在实验一的基础上增加进位控制 其中74LS181的进位进入74LS74锁存器 由T4和AR信号控制写入 T4是脉冲信号 连接到 STATEUNIT 的微动开关KK2上 AR是电平信号 低电平有效 用于实现带进位控制实验 而脉冲信号T4是将本次运算的进位锁存到进位锁存器中 2 实验步骤 1 按照图2 4连接线路 检查无误后接通电源 24 25 2 用二进制数码开关向寄存器DR1和DR2置数 方法如下 关闭ALU输出三态门 ALU B 1 开启输入三态门 SW B 0 设置数据开关 例如向DR1存入01010101 DR2存入10101010 操作如下 26 3 进位标志清零 操作如下 S3S2S1S0M的状态置为00000 AR置为0 清零时寄存器DR1中的数应不等于FF 按微动开关KK2 注 进位标志灯CY亮时表示进位标志为 0 无进位 标志指示灯CY灭时 表示进位标志位 1 有进位 4 验证带进位运算及进位锁存功能 使Cn 1 AR 0来进行带进位算术运算 例如做加法运算 首先向DR1 DR2置数 然后使ALU B 0 S3S2S1S0M状态为10010 此时数据总线上显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志 该运算结果是否有进位 需按动微动开关KK2 若进位标志指示灯亮 表示无进位 反之 有进位 27 四 实验报告要求 1 实验名称 2 使用设备 3 电路 程序 设计 并分析电路功能 4 实验结果 5 体会或意见 33 28 实验三移位运算一 实验目的体验移位的作用和涵义 验证移位控制的组合功能 二 实验设备TDN CM 计算机组成原理实验系统一台 排线若干 三 实验内容1 实验原理移位运算原理图如图2 5所示 使用一片74LS299作为移位发生器 其8输入输出端以排线方式与总线连接 信号299 B控制其使能端 T4为脉冲信号 实验时 将 W RUNIT 中的T4接至 STAREUNIT 中的KK2单脉冲发生器 由S1S0M控制其功能状态 其功能列表如表2 2所示 29 30 31 2 实验步骤 1 按照图2 6所示连接线路 检查无误后接通电源 32 33 2 移位操作 置数 步骤如下 移位 参照表2 2设置S1S0M299 B的状态 按动微动开关 观察并记录移位结果 四 实验报告同实验一 34 附加实验 35 实验四存储器读 写实验一 实验目的熟悉静态随机存取存储器RAM的工作特性 验证其读 写过程 二 实验设备TDN CM 计算机组成原理实验系统一台 排线若干 三 实验内容1 实验原理 36 静态随机存取存储器原理图如图2 7所示 由一片6116 2K 8 构成 其数据线接至数据总线 地址线接至地址锁存器 74LS273 的输出端 地址指示灯AD0 AD7与地址线连接 显示地址内容 数据开关经三态门 74LS245 接至数据总线 分别给出地址和数据 由于地址寄存器的8位地址线与6116的低8位地址线A7 A0连接 6116的高3位地址A10 A8接地 因此实际容量只有256B 6116有3条控制信号线CE OE和WE 其中CE是片选信号线 低电平有效 CE 0时芯片选中 OE是读信号线 低电平有效 OE 0时进行读操作 WE是写信号线 低电平有效 WE 0时进行写操作 37 本实验中 OE常接地 WE信号经与非门输入 因此CE 0且WE 0时进行读操作 CE 0且WE 1时进行写操作 写入时间与T3脉冲宽度一致 实验时 T3接至实验板上时序电路模块的TS3相应插孔中 脉冲宽度可调 其它电平控制信号由 SWITCHUNIT 单元的相应开关模拟 其中SW B为低电平有效 LDAR为高电平有效 本实验中 OE常接地 WE信号经与非门输入 因此CE 0且WE 0时进行读操作 CE 0且WE 1时进行写操作 写入时间与T3脉冲宽度一致 38 2 实验步骤 1 产生时钟脉冲信号T3 其接线与操作如下 检查线路 无误后接通电源 可用示波器检查脉冲信号输出孔H24 通过电位器W1调节脉冲信号的宽度 将时序电路模块中的 与H23排针连接 在时序电路模块中有两个二进制开关 STOP 和 STEP 将开关 STOP 置为 RUN 状态 STEP 置为 EXEC 状态时 按动微动开关 START T3输出连续方波信号 旋转电位器W1 可调节T3输出脉冲宽度 频率 当开关 STOP 置为 RUN 状态 STEP 置为 STEP 状态时 每按动一次微动开关 STAR