(計算機組成原理)實驗一運算器實驗

1、( (計算機組成原理計算機組成原理) )實驗實驗一運算器實驗一運算器實驗做實驗之前，要認真學習各做實驗之前，要認真學習各相關部件的工作原理。相關部件的工作原理。短路器：用于把每個部件掛上總線短路器：用于把每個部件掛上總線BUS信號線：是每個部件的控制信號線，實驗信號線：是每個部件的控制信號線，實驗時需要手工連接。時需要手工連接。返回返回由一套監(jiān)控電路組成，監(jiān)視實由一套監(jiān)控電路組成，監(jiān)視實驗過程中總線上是否發(fā)生數(shù)據(jù)沖突：驗過程中總線上是否發(fā)生數(shù)據(jù)沖突：如果總線上如果總線上：發(fā)出報警：發(fā)出報警信號信號：不發(fā)報警信號：不發(fā)報警信號返回返回返回返回v熟悉實驗臺結構及操作。熟悉實驗臺結構及操作。v掌握簡

2、單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。掌握簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。v驗證運算器功能發(fā)生器驗證運算器功能發(fā)生器(74LS181)的組的組合功能。合功能。返回返回v（一）實驗原理邏輯框圖（一）實驗原理邏輯框圖v（二）實驗相關單元（二）實驗相關單元1、ALU Unit2、 Input Device3、BUS Unit4、Manual Unit5、Clock Unit 返回返回（一）實驗原理邏輯框圖（一）實驗原理邏輯框圖返回返回1、ALU Unitv運算器構成運算器構成：ALU：由：由2片片74LS181芯片組成（芯片組成（8位）位）暫存器暫存器：由：由2片片74LS273組成組成三態(tài)門三態(tài)門：由：由74LS24

3、5組成組成標志產(chǎn)生及進位電路標志產(chǎn)生及進位電路v移位器：移位器：1片片74LS299組成。組成。返回返回運算器邏輯框圖運算器邏輯框圖紅色：運算器控制信號紅色：運算器控制信號藍色：器件中信號藍色：器件中信號運算器電路圖運算器電路圖運算器電路圖運算器電路圖返回返回0滅滅1亮亮CyZi Cn181DA1，DA2：兩片：兩片74LS273v74LS273：帶清零端的：帶清零端的8D寄存器寄存器異步清零信號異步清零信號（接（接5V）時鐘脈沖時鐘脈沖（B-DA1、 B-DA2）返回返回三態(tài)門：三態(tài)門：74LS245v74LS245：8雙向發(fā)送雙向發(fā)送/接受器芯片接受器芯片控制數(shù)據(jù)傳送方向是控制數(shù)據(jù)傳送方向

4、是AB或或BAv使能信號使能信號E：控制數(shù)據(jù)是否傳送?？刂茢?shù)據(jù)是否傳送。vA74LS181的的F端；端；BBUSvDIR5V；EALUB返回返回ALU：74LS1812v74LS181：4位算術邏輯運算單元位算術邏輯運算單元v特點：在擴展字長時，可作超前進位運算；特點：在擴展字長時，可作超前進位運算； 32個運算功能（個運算功能（16種算術，種算術，16種邏輯運算）種邏輯運算）ALU-B#=1，B-DA1=0，B-DA2=0v1、第一個操作數(shù)、第一個操作數(shù)DA1/DA2v2、第二個操作數(shù)、第二個操作數(shù)DA2/DA1v3、M、S3S0、Civ4、ALU-B#=0，結果，結果FBUS控制控制ALU

5、的工作過程的工作過程返回返回標志位的產(chǎn)生標志位的產(chǎn)生v進位標志進位標志Cy產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法：當進行當進行算術加算術加運算時，若運算時，若74LS181的的CN4信號信號0，則，則Cy 1；當進行當進行算術減算術減運算時，若運算時，若74LS181的的CN4信號信號1，則，則Cy 1；v結果為零標志結果為零標志Zi產(chǎn)生方法產(chǎn)生方法：當運算結果當運算結果F為全零時為全零時， Zi1；否則；否則Zi0。v當進行當進行邏輯運算邏輯運算(M=1)時，時， Cy0, Zi仍根仍根據(jù)結果產(chǎn)生。據(jù)結果產(chǎn)生。標志位的控制標志位的控制vFC和和FZ的保存：的保存：2個觸發(fā)器個觸發(fā)器（在（在T4上跳上跳沿打入）沿打

6、入）vFC和和FZ的指示燈：的指示燈：Cy、Zi，0滅滅1亮亮v影響標志位影響標志位FC及及FZ的的控制方法控制方法：=0或者或者=0：則：則FCCy，F(xiàn)ZZi；=1：則：則FC、FZ不變；不變；MANUAL UNIT 中的中的總清開關總清開關CLR：101時，時，F(xiàn)C和和FZ清零清零運算器（最低位）進位的控制運算器（最低位）進位的控制v低位低位74LS181芯片的最低位進位芯片的最低位進位Cn：Cn181vCn181的來源的來源有有2種：種：(0有進位，有進位，1無進位無進位)上一次運算結果的上一次運算結果的FC（Cy）標志）標志Ci（通過微碼產(chǎn)生或者人為設置）（通過微碼產(chǎn)生或者人為設置）v

7、Cn181的控制：的控制：CyCn1，則，則Cn181CiCyCn0，且，且Ci1，則，則Cn181CyCyCn0，且，且Ci0，則，則Cn1810（有進位）（有進位）帶進位運算帶進位運算標志產(chǎn)生及進位控制邏輯表標志產(chǎn)生及進位控制邏輯表CyCn#CyNCn#CiCn181FC00X無意義無意義無意義無意義0100根據(jù)本次運算置位根據(jù)本次運算置位011Cy根據(jù)本次運算置位根據(jù)本次運算置位100=Ci=0根據(jù)本次運算置位根據(jù)本次運算置位101=Ci=1根據(jù)本次運算置位根據(jù)本次運算置位11 0=Ci=0不變（不影響）不變（不影響）111=Ci=1不變（不影響）不變（不影響）進位和標志位總結進位和標志

8、位總結返回返回CyCnCynCn帶進位加法（帶進位加法（DA1加加DA2加加FC）不帶進位加法不帶進位加法（DA1加加DA2加加Ci）影響標志影響標志(CyFC ,ZiFZ)=01,Ci=1=10,Ci=0:有進位即加有進位即加1 Ci=1:無進位即加無進位即加0不影響標不影響標志（志（FC和和FZ不變不變）不能實現(xiàn)不能實現(xiàn)=11,Ci=0:有進位即加有進位即加1 Ci=1:無進位即加無進位即加0INPUTD0D7D6D5D4D3D2D1+5A02A13A24A35A46A57A68A791817161514131211E19DIR174LS245B0B1B2B3B4B5B6B7I/O-R+5

9、D0D7AivE#：控制將開控制將開關值關值數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線vI/O-R#：IO讀信讀信號（讀開關值）號（讀開關值）vAi：I/O的端口的端口地址地址v只有當只有當I/O-R#和和Ai同時同時=0時時打開，開關打開，開關值值BUS(D7D0)v輸入設備（開關）的輸入設備（開關）的工作過程工作過程：初始初始：Ai=GND，I/O-R#=11、撥、撥8位開關值位開關值2、 I/O-R#=0，數(shù)據(jù)（，數(shù)據(jù)（ 開關值開關值 ）BUS返回返回v8位位BUS提供數(shù)據(jù)傳輸通路提供數(shù)據(jù)傳輸通路，可根據(jù)需，可根據(jù)需要連接各部件。要連接各部件。v連接方法：連接方法：由短路器連接由短路器連接自行接線自行接線返回返回

10、v所有開關的結構都相同。所有開關的結構都相同。v燈亮燈亮-1，燈滅，燈滅-0v插座輸出該開關的值插座輸出該開關的值v開關之間是獨立的開關之間是獨立的v除除外，用戶可以外，用戶可以自定義每個開關的用途。自定義每個開關的用途。v開關下方絲印字指明該開開關下方絲印字指明該開關的常規(guī)用途。關的常規(guī)用途。返回返回v單脈沖產(chǎn)生及消抖電路單脈沖產(chǎn)生及消抖電路：每按動一下微動：每按動一下微動開關開關KK，就產(chǎn)生一個穩(wěn)定的單脈沖，就產(chǎn)生一個穩(wěn)定的單脈沖KK2（正）和（正）和KK1（負）（負）v時序信號產(chǎn)生電路：時序信號產(chǎn)生電路：根據(jù)方波信號源根據(jù)方波信號源產(chǎn)生產(chǎn)生四個等間隔的四個等間隔的返回返回v時序信號的控制

11、：時序信號的控制：由連續(xù)由連續(xù)/單步開關控制單步開關控制當當 “RUN#/STEP”=0（RUN）時，按動微動開）時，按動微動開關關“”，產(chǎn)生，產(chǎn)生時序信號時序信號T1T4；當當 “RUN#/STEP”=1（STEP）時，每按動開關）時，每按動開關“”一次，產(chǎn)生一次，產(chǎn)生時序信號時序信號T1T4。vClock Unit的的T1T4或或KK1、KK2可根據(jù)需可根據(jù)需要連接到要連接到的的T1T4，當作，當作CPU的時鐘周期信號使用的時鐘周期信號使用三、實驗內容及要求三、實驗內容及要求v1、置數(shù)、置數(shù)DA1=65H，DA2=0A7H，改變運，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，記算器的功能設置，

12、觀察運算器的輸出，記錄到錄到P64頁表頁表5-1中，并將實驗結果與理論中，并將實驗結果與理論結果對比分析，得出你的結論。結果對比分析，得出你的結論。v2、思考題：若想要驗證向、思考題：若想要驗證向DA1或者或者DA2中中輸入的數(shù)據(jù)是否正確，如何實現(xiàn)？輸入的數(shù)據(jù)是否正確，如何實現(xiàn)？ 返回返回 四、實驗步驟四、實驗步驟v按圖接線。按圖接線。v控制信號開關置于控制信號開關置于無效狀態(tài)。無效狀態(tài)。v數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)1置入置入DA1v數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)2置入置入DA2v選擇選擇181運算功能，運算功能，并將結果送上總線并將結果送上總線v觀察總線指示燈，觀察總線指示燈，記錄實驗結果記錄實驗結果 實驗流程示意圖實驗流程示意圖

13、返回返回 v一、實驗目的一、實驗目的 1、驗證模型機運算器的標志位產(chǎn)生、驗證模型機運算器的標志位產(chǎn)生和進位控制方法。和進位控制方法。2、按表格完成幾種指定的算術運算。、按表格完成幾種指定的算術運算。 v二、實驗原理二、實驗原理 本實驗在實驗一的基礎上，增加進位本實驗在實驗一的基礎上，增加進位控制部分，主要通過控制部分，主要通過控制控制CyCn# 、CyNCn# 信號和信號和Ci來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。v三、相關單元三、相關單元ALU Unit, Input Device, Manual Unit, Bus Unit, Clock Unitv四、實驗內容及要求四、實驗內容及要求P66：在實驗儀上對下面三

14、組數(shù)據(jù)進行在實驗儀上對下面三組數(shù)據(jù)進行運算，要求運算，要求影響標志位影響標志位。記錄結果、。記錄結果、標志及操作的流程（包括控制信號）。標志及操作的流程（包括控制信號）。0FFH+01H (算術加算術加)5BH+0A0H+FC(算術加算術加)5BH0A0H（邏輯與）（邏輯與）79H+32H+FC（算術加）（算術加）v五、實驗步驟五、實驗步驟1、按圖接線。、按圖接線。五、實驗步驟五、實驗步驟返回返回v一、實驗目的一、實驗目的 驗證移位控制的組合功能。驗證移位控制的組合功能。v二、實驗原理二、實驗原理 ALU Unit（移位器部件移位器部件）v移位器部件包括一片移位器部件包括一片8位移位器位移位器

15、74LS299芯芯片和片和GAL20V8實現(xiàn)的控制電路。實現(xiàn)的控制電路。74LS299移移位器的片選控制信號為位器的片選控制信號為299-B#，低電平有效。，低電平有效。S1、S0輸入輸入74LS299作為移位控制信號。作為移位控制信號。 移位器功能移位器功能299-B#299-B#S1S1S0S0M M74LS29974LS299操作操作0 00 00 0任意任意保持保持0 01 10 00 0循環(huán)右移循環(huán)右移0 01 10 01 1帶進位帶進位FCFC循環(huán)右移循環(huán)右移0 00 01 10 0循環(huán)左移循環(huán)左移0 00 01 11 1帶進位帶進位FCFC循環(huán)左移循環(huán)左移任意任意1 11 1任意任意裝數(shù)裝數(shù)移位器的控制移位器的控制v移位器的操作順序：移位器的操作順序：1、I/O-R#=1；2、撥、撥Input Device的開關值；的開關值；3、置控制信號、置控制信號I/O-R#=0，（并保證，（并保證Ai=0），）， Input Device的開關值的開關值BUS Unit；4、撥、撥S1S0開關開關=11，T4=010，將數(shù)據(jù)置入，將數(shù)據(jù)置入299。5、置控制信號、置控制信號I