计算机组成原理__实验四移位控制实验

1、.实验四 移位控制实验一、实验目的（ 1）了解移位寄存器芯片 (74LS299)的逻辑功能 。（ 2）掌握移位寄存器数据的载入 、左移、右移的方法 。（ 3）掌握移位寄存器工作模式的设置 ，观察在不同工作模式下移位寄存器的逻辑功能 。二、实验原理移位操作时算术逻辑运算部件 ALU 众多操作中的一种， 74LS181 算数逻辑运算芯片不带位移功能 ，需要在其他芯片的配合下才能实现移位操作 。 实验台选用 74LS299 作为移位部件 ，与 74LS181 组成具有移位功能的算术逻辑运算部件 (ALU UNIT)。 移位操作有很重要的逻辑意义 ，对一个数据左移一个二进制位就相当于进行了一次乘2 操

2、作 (Si+1=Si ×2)，左移和算数加结合可实现算数乘操作；右移一个二进制位就相当于进行了一次除2 操作 (Si+1=Si ÷2)，右移和算数减的结合可实现算数除操作。1.芯片 74LS299 的逻辑功能4LS299 是一种数据宽度为8 为的多功能移位寄存器芯片，片内含有 8 为寄存器 D7 D0 ，与普通寄存器芯片不同之处是D7 D0 与I/O6 I/O0 除了一一对应输出外还可有左右移位输出。左移时 D0 对应 I/O1 、 D1 对应 I/O2 以此类推 ；右移时 D7 对应 I/O6 、D6 对应I/O5 也以此类推 。对于输出 、左右移位输出功能的选择，由 S

3、1、专业 .专注.S0 的功能控制端决定 。芯片封装在具有 20 引脚的封装壳中 ，封装型式见图 2-5 。5VS1SLQ7IO7IO5IO3IO1CPSR2019181716151413121174LS29912345678910S0OE1OE2IO6IO4IO2IO0Q0MGDN图 2-5 74LS29974LS299 芯片的主要引脚有 ：（ 1）IO7 IO0 ：数据输入 / 输出端，芯片的输入 / 输出共用一个引脚，不同于 74LS181 输入、输出端引脚是分开的 。（ 2）S0、S1：功能控制端 ，控制左移 、右移等逻辑功能 。（ 3）OE1、 OE2：输出使能端 ，低电平时 ，IO

4、7-IO0 处于输入状态，高电平时 ，IO7-IO0 处于输入状态 。（ 4）CP：时钟输入端 ，数据的输入 、位移需要在时钟脉冲的同步控制下动作 。（ 5）M: 清零端，低电平有效 ，清零位移寄存器 。（ 6）Q7：高位左移输出 ，左移时接受 D7 的信号 。（ 7）Q0：低位右移输出 ，右移时接受 D0 的信号 。（ 8）SL：高位左移输入端 ，左移时向 D0 送入信号 。（ 9）SR：低位右移输入端 ，右移时向 D7 送入信号 。专业 .专注.74LS299 芯片的逻辑功能见表2-5 ，如表中所示 ，当 S1 S0=01 ，M=1 、CP 信号上升沿时 ，实现左移输出 。专业 .专注.工

5、作模式清除对应输出左移输出右移输出置数说明表 2-5 74LS299 芯片逻辑功能表控制信号状态数据传送方式MS1 S0OE1 OE2CPQ7 IO7 IO6 IO5 IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 Q00××0×0000000000Q7IO7 IO6 IO5 IO4IO3 IO2 IO1 IO0 Q010 00×SLD7D6D5D4D3D2D1D0SRQ7IO7 IO6 IO5 IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 Q010 10SLD7D6D5D4D3D2D1D0SRQ7 IO7 IO6 IO5 IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 Q0

6、1100SLD7D6D5D4D3D2D1D0SRQ7 IO7 IO6 IO5 IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 Q0111×SLD7D6D5D4D3D2D1D0SRIO7, IO6, IO5, IO4, IO3, IO2, IO1, IO0 ：数据输入 / 输出端 D7, D6, D5, D4, D4, D2, D1, D0: 芯片内寄存器Q7：高位左移输出端Q0：低位右移输出端AL ：高位右移输入端SR：低位右移输入端：脉冲上升沿：数据移动方向1：高电平0 ：低电平×：为任意状态2.位移实验逻辑电路位移实验逻辑电路由一片74LS299 芯片、CY 标志触发器和逻辑门

7、构成，具有不带 CY 的循环右移 、带 CY 的循环右移 、具有不带 CY的循环左移 、带 CY 的循环左移4 条循环位移环路 ，电路逻辑如图2-6 所示 。电路中CY 标志寄存器的功能不再是实验二、实验三中专业 .专注.74LS 181 算术逻辑运算的进位 / 借位标志 ，而是循环移位电路的一部分。带 CY 的循环移位是 8 个数据位和 1 个 CY 位构成的循环移位 ；不带 CY的循环移位仅仅是8 个数据位构成的循环移位。不同循环移位形式的图示说明表见表2-6 。专业 .专注.移位实验电路用 M 、 S1、S0、299- B、T4 脉冲共 5 个控制信号实现直接数据输出 、不带 CY 的循

8、环右移输出 、带 CY 的循环右移输出、不带 CY 的循环左移输出 、带 CY 的循环左移输出 、从总线（ BUS)装入数据等逻辑操作 。每次操作完成上述 6 种功能的 1 种，不同操作的组合可实现不同的移位结果 ，电路的逻辑控制状态见表2-7 。控制信号状态移位实验逻辑电路动作299-BS1S0M000X直接数据输出0100不带 CY的循环右移输出0101带CY的循环右移输出0010不带 CY的循环左移输出0011带CY的循环左移输出x11X装入数据三、实验过程1.连线（ 1）连接实验一 （输入、输出实验 ）的全部连线 。（ 2）按实验逻辑原理图连接 299- B、S1、 S0、M4 根电平

9、控制信号线。（ 3）连接时钟单元 （CLOCK UNIT) 与微程序控制单元 （ MAIN CONTROL UNIT) 的 T4。2.数据载入操作过程（ 1）把有关手动控制开关全部拨到高电位 ，即处于无效状态 ，把时钟单元的时钟信号方式开关设在 “STEP”状态。（ 2）拨动一下 C( )L()R()开关，既实现 “1-0-1 ”，产生一个清除脉冲 ，清除可能存在的 CY 标志显示 。专业 .专注.（ 3 ）把输入数据开关上拨一个实验数据，如“00000001 ”，即16 进制的 01H 。（ 4 ）把 I()O( )-( )R( )控制开关拨下 ，实验数据送到总线。（ 5）查表 2-5 ，载

10、入 M 、S1、S0 为 111，按一下时钟单元的“START”按钮 ，发一个 T4 信号，把实验数据送入 299 芯片 。（ 6）把输入数据开关上的实验数据拨乱 ，I( )O()-( )R()控制开关拨上 ，断开总线与输入数据开关的联系 ，这时总线上的数据应为 “11111111 ”。（ 7）查表 2-5 ，直接输出数据 M 、S1、S0 为 100，把 信号拨成 0,229 内部数据送总线 ，这时总线上的数据应为初始实验数据“00000001 ”。3.数据左移操作过程（ 1）按表 2-5 把 S1、S0 拨成 0、1，其他不动 ，按一下时钟单元的 “START”按钮 ，发一个 T4 信号，

11、数据左移一位输出到总线 ，显示为 “00000010 ”。（ 2）第 2 次按 “START”按钮显示为 “00000100 ”。（ 3）按第 8 次“START”按钮时，总线上的数据显示为 “00000000 ”，CY 标志位显示 “1”。（ 4 ）按第 9 次 “START”按钮时 ，总线上的数据回到初始状态 “00000001 ”，CY 标志位显示 “0”，完成了所谓的带进位循环左移一周的操作 。专业 .专注.4.其他移位操作（ 1）在上面的 基础上把 M 拨成 0，其他不动 ，按“START”按钮 ，发 T4 信号，这是 CY 操作位不参加移位 ，实现所谓的不带 “CY”标志循左移。（

12、 2）按表 2-5 把 M、S1、S0 拨成 1、1、0，可完成带 “CY”标志循环右移的操作 。（ 3）按表 2-5 把 M、S1、S0 拨成 0、1、0，可完成不带 “CY” 标志循环右移的操作 。（ 4）把 控制开关拨动一下 ，实现 “1-0-1 ”，产生一个脉冲 ，移位后的数据将送到数据输出部件L7-L0 显示 。四、结果与总结（ 1）变换不同的数据反复进行带 CY标志的循环右移 、无 CY标志的循环右移 、带 CY 标志的循环左移 、无 CY 标志的循环左移操作 ，观察实验数据变化 ，将实验结果记录在表 2-8 中。（ 2）实验台的移位逻辑电路只有循环移位通道没有不循环移位通道，思考

13、怎么样在现有的设备上进行不循环左 、右移位操作 （提示：用清零 CY 标志的方法断开循环通道 ）。（ 3）不循环的左移和算数加操作的结合是实现算数乘操作的基础，思考将一个变量乘以常数 5 或常数 6（既计算 A×5 或 A×6）的操作步骤 .（ 4）结合上面的问题 ，总结解决问题的方法和过程 ，把观察到的现象和对课本上的原理的理解写入实验报告 。专业 .专注.表 2-8 实验四结果记录按“START”键4 种位移方式的位移结果发 T4 脉冲次带 CY标志不带 CY标带 CY标志不带 CY标数循环左移志循环左移循环右移志循环右移初始值001100111110011100011000111100001011001101100111100001100011110002110011001001111100000110001111003100110000011111100000011000