计算机组成原理实验指导及答案docx.docx

1、计算机组成原理实验指导及答案docx计算机组成原理实验指导实验一运算器实验一、实验目的1.掌握简单运算器的数据传输方式。2.验证运算功能发生器(74LS1 81)及进位控制的组合功能。二、实验要求完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用0三、实验原理实验中所用的运算器数据通路如图7-1-1所示。其中运算器山两片74LS181以并/ 串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态| J(74LS245)以8芯扁平线方式 和数据总线相连，运算器的2个数据输入端分别由二个锁存器(74LS273)锁存，锁存器的 输入亦以8芯扁平线方式与数据总线相连，数据开关(I

2、NPUT DEVICE)川來给出参与运算 的数据，经一三态f J(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯(BUS UNIT) 已和数据总线相连，用來显示数据总线内容。进！二 I制开关单元I图7-1-1中T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接吋序启停单元时钟信号 來获得，剩余均为电平控制信号。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中侧 的复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED显示器闪动位岀现“P.”的状态下，按【增址】命令键使LED显示器口左向右第4位切换到提示符“L” ,表示本装置已进入手动单 元实验状态，在该状态卜按动【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号

3、，而LDDR1、 LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、SO、CN、M各电平控制信号用位于LED显示 器上方的26位二进制开关來模拟，均为高电平有效。四、实验连线両时序启停JUUTOT1T2T3T4 o o o ORID7 D0O图7-1-2实验连线示意图按图7-1-2所示，连接实验电路：1总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-1-2屮所有标明“U帕”或“目儷”图 案的总线接口。2控制线与时钟信号“皿1”连接：用双头实验导线连接图7-1-2中所侑标明“O+C”O或“受”图案的插孔（注：Dais-CMH的吋钟信号已作内部连接）。.0五、实验系统工作状态设定在闪动的“P.”状态下按动【

4、增址】命令键，使LED显示器口左向右第4位显示提示 符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态。在“L”状态下，如图7-1-3所示系统用位于实验系统“矽二进制开关单元”的26只拨动开关來模拟与微控制器相对应的控制信号。用手动加载正逻辑控制电平（即高电平信 号“H”）和按【单步】命令键产生的单周期4拍吋序信号T1、T2、T3、T4的方法来实 现和完成各单元实验所需的控制信号操作。a-ns* (i)d3H* 0枚 laaai# zaaai* aiai* Oda” ayai* (乙)d乙 TS* 0SNO* awoi*33*8”6 ea” zaaiau*sna-3d* sna-mw* sna-663

5、*Sf)8-羽. sna-pa#- sna-id -0ocym oo 3 O QV口or 乂d oH8)i1 3T畧1畧 i善I I:It I0-T:I b0UJS- 一0)35io0 r0009W00ZU190 二 08 锌 1 A tL od aICD0 Z 08耶1AJ (0 zjf 卜 、oo r00 : sawuj_CM)_JOO：0-JQoaojCLCM I-IQCLO .JQCEO： a)O：6三态门u寄存器DR1 (01100101)数据开关(10100111)寄存器DR2(10100111)CBA=OOOCE=OSV-B=1LDDR1=1LDDR2=0 按单步键LDDR1=O

6、LDDR2=1按单步键注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1-T4四拍单周期脉冲(2)读操作(运算寄存器内容送总线)首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0),存储器控制端CE保持为0,令LDDR1 = 0.LDDR2=0,然后打开 ALU 输出三态门(CBA= 010),置 M、SO、S1、S2、S3 为 11111 , 再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、SO、S1、S2、S3置为10101, 再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。(3)算术运算(不带进位加)HCBA=010, CN、M、SO、S1、S2、S3状态为101001,按【单步】键，此吋数 据总线单

7、元应显示00001100 (0CH) o(二)进位控制实验进位控制运算器的实验原理如实验四图7-4-1所示，其中181的进位位进入74LS74 锁存器D端，该端的状态锁存受AR和T4信号控制，其中AR为进位位允许信号，高电平 有效；T4为时序脉冲信号，当AR=1时在T4节拍将本次运算的进位结果锁存到进位锁存 器中，实现带进位控制实验。(1)进位位清零操作在“L”状态下，按动【复位】按钮，进位标志灯C丫“灭”，实现对进位位的清零操作。 (当进位标志灯“亮”时，表示CY=1)。(2)用二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数首先关闭ALU输出三态门(CBA-000)、CE=0,开启输入三态门(SW

8、B=1),设置数 据开关，向DR1存入01010101(55H),向DR2存入1 01 01 01 0( AAH)。操作步骤如下:数据开关(01010101)三态门寄存器DR1 (01010101)数据开关(10101010)寄存器DR2(10101010)CBA=000LDDR1=1LDDRl=0CE=0LDDR2=0LDDR2=1SW-B=1按单步键按单步键注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1-T4四拍单周期脉冲验证带进位运算的进位锁存功能关闭数据输入三态门(SWB=0)、CE=0,使CBA=010, AR= 1,置CN、M、SO、S1、S2. S3的状态为101001,按【单步】键

9、，此时数据总线单元显示的数据为DR1加 DR2,若进位标志灯CY “亮”,表示有进位；反之无进位。（三）逻辑运算实验写操作（直数操作）拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下:数据开关(01100101)三态门寄存器DR1(01100101)数据开关(10100111)寄存器DR2 (10100111)_CBA=OOOLDDR1 二 1 _lDDR1=0 CE=OLDDR2=0LDDR2=1SWB=1按单步键按单步键注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1-T4四拍单周期脉冲（2） 读操作（运算寄存器内容送总线）首先关闭数据输入三态控制端（SW-B= 0）,存储器控制端

10、CE保持为0,令LDDR1 = 0、 LDDR2=0,然后打开 ALU 输出三态门（CBA=010）,置 M、SO、S1、S2、S3 为 11111 , 再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、SO、S1、S2、S3置为10101, 再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。（3） 逻辑或II：-运算逻辑或非运算的方法是置CBA=010, M、SO、S1、S2、S3状态为11000,按【单 步】键,此时数据总线单元应显示0001 1000 （18H）。七、实验思考验证74LS181的算术逻辑运算功能。在给定DR1 = 65 DR2=A7的情况下,改变运算器的功能设置,按【单步

11、】键,观察 运算器的输出，填入卜-页表格屮，并和理论分析进行比较、验证。DR1DR2S3 S2 SI SOM二0 （算术运算）M-l（逻辑运算）CN 二 1 手诽冷CN 二 0 右出冷65A70 0 0 0F=( 65 )F=( 66 )F=( 9A )65A70 0 0 1F=( E7 )F=( E8 )F=( 18 )65A70 0 10F=( 7D )F=( 7E )F=( 82 )0 10 0F=()F=()F=()0 10 1F=()F=()F=()0 110F=()F=()F=()0 111F=()F=()F=()10 0 0F=()F=()F=()10 0 1F=()F=()F=

12、()10 10F=()F=()F=()10 11F=()F=()F=()110 0F=()F=()F=()110 1F=()F=()F=()1110F=()F=()F=()1111F=()F=()F=()附:74LS181逻辑方式M二 1 逻辑运算汗0算术运算S3 S2 SI SOCN=1 （无进位）CN=O （有进位）0 0 0 0F 二/AF二 AF二A加 10 0 0 1F=/ (A+B)F=A+Bf=(a+b) ini0 0 10F=/ABF=A-/BF=(A+/B)加10 0 111-02减1 （2的补）1-00 10 0F二 / (AB)F二A加A/BF 二 A加 A/B 加 10

13、 10 1F=/BF二(A+B)加A/BF=(A+B)加A/B加10 1102/ (A B)F=A减B减1减B0 111F=A/BF=A/B减1F 二 A/B10 0 0F二/A+B2A 加 ABF二A加AB加110 0 1F=AB2A加BF二A加B加110 10F二 BF二(A+B)加ABF 二(A+/B)加 AB 加 110 11F=ABF 二 AB 减 1F=AB110 0F二 1F二A 加 AF二A加A加1110 11-A+/B2(A+B)加AF=(A+B)加 A 加 11110F 二 A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加 A加 11111F二 AF=A 减 1F二 A注:表中

14、“ + ”表示逻辑或，“田”表示逻辑异或,“/ ”表示逻辑非,“AB”表示逻辑与。加法运算时,CY=1表示运算结果有进位,CY=O表示运算结果无进位； 减法运算时,CY=1表示运算结果无借位,CY=O表示运算结果有借位。实验二通用寄存器实验一、 实验目的1.熟悉通用寄存器概念。2.熟悉通用寄存器的组成和硕件电路。二、 实验要求完成3个通用寄存器的数据写入与读出。三、 实验原理实验中所用的通用寄存器数据通路如图7-2-1所示。由三片8位字长的74LS374组 成RO、R1、R2寄存器纟R成。三个寄存器的输入接口用一 8芯扁平线连至BUS总线接口, 而三个寄存器的输出接口用一 8芯扁平线连至BUS

15、总线接口。图中ROB、R1-B. R2-B 经CBA二进制控制开关译码产生数据输出选通信号（详见表7-2-1 ）, LDR0、LDR1、LDR2 为数据写入允许信号，由二进制控制开关模拟，均为高电平冇效；T4信号为寄存器数据写 入脉冲，上升沿有效。在手动实验状态（即“L”状态）每按动一次【单步】命令键，产生 一次T4信号。!00I i数華总线Q7 . . . Q0D7 . . . D0rnQ7 . . . Q0D7 DO 0-1-9 I?T2二进制开关单元一1 1表7-2-1通用寄存器单元选通真值表CBA选择100R0-B101R1-B110R2-B四、实验连线图 7-2-2实验连线示意图启动

16、停止画时序启停 回冋回冋：| SUI-B gc按图7-2-2所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-2-2中所有标明“J目”或“目目”图案的总线接口。 控制线为吋钟信号连接：用双头实验导线连接图7-2-2中所有标明“o*c”或图案的插孔(注：Dais-CMH的时钟信号己作内部连接)。r五、实验内容(1)通用寄存器的写入拨动二进制数据开关向R0和R1寄存器置数，具体操作步骤如下:电路名称主要电路内容运算器单元(ALU UNIT)运算器、进位控制器、移位寄存器、寄存器堆、内部 总线计数器与地址寄存器单元(ADDRESS UNIT)地址寄存器、程序地址计数器微控器单元(MICRO C

17、ONTROLLER UNIT)指令寄存器、指令择码器、微代码控制寄存器及其26 位二进制控制模拟开关、逻辑译码单元、时序电路、 启停电路、单脉冲电路、脉冲源、中断控制主存单元(MAIN MEM)SRAM6116输入设备、输出设备(INPUT DEVICE & OUTFT DEVICE)开关、显示灯、8位LED显示、16个数字键、16个命 令键，每个部件都冇双位显示器逻辑信号测量单元2路逻辑信号PC示波器、信号测试单片机控制单元(PC UNIT)控制单片机、MACH、RS-232-C串口等电源高性能开关电源、输岀为+5V/3A通用实验单元(扩展实验广2个1040/28芯通用型锁紧式扩展插座PLD

18、单元(扩展实验广2个PLCC扩展方插座注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1-T4四拍单周期脉冲（二）通用寄存器的读出关闭数据输入三态（SW-B=O）,存储器控制端CE=O,令LDRO=O LDR1 = 0.LDR2=0,分别打开通用寄存器RO、R1、R2输出控制位,置CBA=100时,按【单步】 键，数据总线单元显示R0中的数据01H；置CBA=101时，按【单步】键。数据总线单 元显示R1中的数据80H；置CBA=110时,按【单步】键,数据总线单元显示R2中的 数据（随机）。实验三移位寄存器实验一、 实验目的1.了解移位寄存器的硬件电路，验证移位控制与寄存的组合功能。2.利用寄存器进

19、行数据传输。二、 实验要求实现寄存器移位操作，了解通用寄存器的运用。三、实验原理图731带进位移位寄存器电原理图上图所示，使用了一片74LS299作为移位发化器，其中8位输入/输出端以8芯扁平 线连接形式和总线接口连接。299-B信号控制其使能端（0有效），T4为时序节拍脉冲， 实验吋按【单步】命令键产生。由SO、S1、M控制信号设置其运行状态，其控制特性列 表如下：表 7-3-1299 RS1soM功能000仟賁保持0100循环右移0101帶讲付循环右移0010循环片移0011帶讲付循环左務仟賁11仟煮装数说明:令CBA=011时表中299B=0。四、实验连线输入/输出接口ALU299LDD

20、R1OOOLDDR2ODR103S3S2 S1gogo goOS0 M CN gO go OcO0 0ZQ C299-BOO口 LU-BOGOcvJUULOOZQOORgoT1T2T3T4 o o o oRl图7-3-2实验连线示意图按图7-3-2所示，连接实验电路：总线接口连接：用8芯扁平线连接图7-3-2中所有标明“目網”或“目儷”图案的总线接口。 控制线与时钟信号“mUL”连接：用双头实验导线连接图7-3-2中所有标明“0哗C” o或“文”图案的插孔（注：Dais-CMH的时钟信号已作内部连接）。.0.五、实验内容（一）移位寄存器置数首先置CBA=000,然后按下面所列流程图操作:眾隘二

21、 三态门置数(01100101)三态门CBA=000CE=0SW-B=150= 151= 1 按单步键CBA=OirCE=OSW-B=O注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1-T4四拍单周期脉冲（二）寄存器移位首先置CBA= 011（299B=0）、 SW-B=0 CE=O,然后参照表72改变SO、 S1 、M的状态，按动【单步】命令键观察移位结果。（三）移位结果的寄存把移位寄存器移位示的内容寄存到通用寄存器（以R0为例）,首先按图7-2-2所示连 接实验电路。在移位操作后保持CBA=011（即299-B=0）ES0=0.S1 = 0,令LDR0=1, 再按动【单步】命令键即可完成移位结果

22、保存到通用寄存器R0的操作。（四）移位结果的读出置CBA=100. SW-B=0 CE=O,按【单步】键，数据总线单元显示R0寄存器的内 容，该内容应与移位寄存器的内容一致。实验四判零实验一、 实验目的熟悉判零线路的硬件。二、 实验要求完成运算寄存器的判零。三、 实验原理CN+4 A299-B6口匚|口匚|0T4D2 0274LS74Q1I 181运算器进位位NOT74LS245181 181RA6 IM6 IQZQ299 I QA IS0?I 299 QH I51 ? 口 ND9 299-B图7-4-1标志位锁存原理图零标志的实验原理如图7-4-1所示，其屮181的8位输出端逻辑或非后进入7

23、4LS74 锁存器D端，该端的状态rfl AR和T4信号控制，当AR=1时，按【单步】命令键，在T4 节拍把当前ZQ状态锁存到零标志锁存器屮。四、实验内容(1)本实验的连接请按图7-1-2所示。(2)用二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数首先关闭ALU输出三态门(CBA=OOO) CE=O,开启输入三态门(SWB=1),设置数 据开关。例如向DR1. DR2均存入00000001(01H)o具体操作步骤如下：数据开关 (00000001) _三态门 匚二寄存器DR1(00000001)寄存器DR2(00000001)CBA=000CE=0SW-B=1LDDR1=1LDDR2=0 按单步键L

24、DDR1=OLDDR2=1按单步键注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1T4四拍单周期脉冲(3)读操作(运算寄存器内容送总线)首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0),存储器控制端CE保持为0,令LDDR1 = 0.LDDR2=0,然后打开 ALU 输出三态门(CBA=010),置 M、SO、S1、S2、S3 为 11111 , 再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容0 0000001(01H),若把M、SO、S1、 S2、S3置为10101 ,再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容00000001 (01 H) o(4)带进位减法运算令 SWB=0、CE=0,置 CBA=010、AR=1,置 CN、M、SO、S1、S2、S3 为 0001 10, 按【单步】键，此时数据总线单元应显示00000000(00H)o注：181运算器作减法运算时，有借位CY=0,无借位CY=1O(5)寄存器判零在保持带进