2015計算機(jī)組成原理實驗報告

1、課程名稱:計算機(jī)組成原理專業(yè)班級:學(xué)號:201200閆宏印學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:2015年06月29日實驗一運算器【實驗?zāi)康呐c要求】1 .掌握運算器的組成、功能及工作原理；驗證由74LS181組成的16位ALU的功能，進(jìn)一步驗證帶初始進(jìn)位的ALU的功能；熟悉運算器執(zhí)行算術(shù)運算操作和邏輯運算操作的具體實現(xiàn)過程?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用EL-JY-II型計算機(jī)組成原理實驗掛箱一組連接線。【實驗內(nèi)容】一.實驗原理. - 算術(shù)邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路 74LS181是4位ALU，四 片74LS181以串行方式構(gòu)成16位運算器。它可以對兩個16位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多 種算術(shù)或邏輯運算，74LS

2、181有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采 用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由ALU-G信號控制，ALU-G為“ 0”時, 三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G為“ 1”時，三態(tài)門關(guān)閉，此時其輸出呈高阻。四片74LS273作為兩個16數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為LDR1和LDR2， 當(dāng)LDR1和LDR2為高電平有效時，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入 暫存器保存。運算器的結(jié)構(gòu)見圖1-1:LDRl數(shù)據(jù)總線CD_B UE ） 數(shù)據(jù)暫存舉11 LDR2救據(jù)暫存器2 HKMEIWOM 1A L UI 三態(tài)門I Cnl1

3、 MRk送位控制電路IALUO救據(jù)輸入電路單送ALUJl1-1運算器實驗原理74LS181功能見表1-1,其中符號“ + ”表示邏輯“或”運算，符號“表示邏輯“與”運算，符/”表示邏輯“非”運算，漢字“加”表示算術(shù)加運算，漢字“減”表示算術(shù)減運算。表1-174LS181功能表選擇M=1M=0/算術(shù)操作S3 S2 S1 S0邏輯操作Cn=1 （無進(jìn)位）Cn=0 （有進(jìn)位）0000F=/AF=AF=A 加 10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)力口 10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)力口 10011F=0F= 1F=00100F=/(A*B)F=A 力口 A*/BF=A

4、 加 A*/B 力口 10101F=/BF=(A+B)加 A*/BF=(A+B)力口 A*/B 力口 10110F=(/A*B+A*/B)F=A減B減1F=A 減 B0111F=A*/BF=A*/B 減 1F=A*/B1000F=/A+BF=A 加 A*BF=A 加 A *B 力口 11001F=/(/A*B+A*/B)F=A 加 BF=A加B加11010F=BF=(A+/B)力口 A*BF=(A+/B)加 A*B 加 11011F=A*BF=A*B 減 1F=A*B1100F=1F=A 加 AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加 AF=(A+B)加 A 加 11110F=A+B

5、F=(A+/B)力口 AF=(A+/B)加 A 加 11111F=AF=A 減 1F=A74LS181的功能控制條件由S3、S2、S1、SO、 M、Cn決定。咼電平方式的74LS181的管腳分配和引出端功能符號見圖1-2。B 二A 二二二A 二S3 二Cn 二M 二Fo 二Fl 二F2 二GND匚234567S2423232120131317VccAlEl斑巳3CnF廠F,F卿9161 COn+4Fg1015二 FPFp11141 Fa=bM1213二 FJSo3運算數(shù)輸入端低電平有散）運算數(shù)輸入端（1氐電平有效） 進(jìn)位輪入端進(jìn)位輸出端運算輸出端（低電平有效） 比較輸出端進(jìn)位產(chǎn)主輸出端d氐電平

6、有皴） 進(jìn)位傳輸輸出端（低電平有效） 工作式控制功能選擇圖 1-274LS181的管腳分配和引出端功能:、1.實驗連線按圖1-3接線圖接線，連線時應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座,應(yīng)使排線插頭上的 箭頭面向左邊插在豎排座上。圖1 3運算器實驗接線圖2、通過數(shù)據(jù)輸入電路的開關(guān)向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)注意：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“ 1”狀態(tài)（所對應(yīng)的指示燈亮）。本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表咼電平“ 1”，指示燈火代表低電平“0”。本實驗中ALU-G和C-G 不能同時為0,否則造成總線

7、沖突，損壞芯片！故每次實驗時應(yīng)時刻保持只有 一路與總線相通。（1）撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。置ALU-G = 1,關(guān)閉ALU的三態(tài)門；再置C-G=0:打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；（2）向數(shù)據(jù)暫存器LT1 （U3、U4）中置數(shù)_ .1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“ D15 D0”為要輸入的數(shù)值；2）置LDR1 = 1:使數(shù)據(jù)暫存器LT1 （U3、U4）的控制信號有效，置LDR2=0:使數(shù)據(jù)暫存器LT2 （U5、U6）的控制信號無效；3）按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器LT1送時鐘,上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。-（3）向數(shù)據(jù)暫存器LT2（ U5

8、、U6）中置數(shù)1）設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“ D15D0”為想要輸入的數(shù)值;2）置LDR1 = 0:數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置LDR2 = 1:使數(shù)據(jù) 暫存器LT2的控制信號有效。3） 按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT2送時鐘， 上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT2中。4）置LDR1 = 0、LDR2 = 0,使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號無效。（4 ）檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確1）置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，打開ALU 的三態(tài)門；2）置“S3S2S1S0M為“ 11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器 L

9、T1中 的數(shù)，表示往暫存器LT1置數(shù)正確；3）置“S3S2S1S0M為“10101”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器 LT2中 的數(shù)，表示往暫存器LT2置數(shù)正確。3.驗證74LS181的算術(shù)和邏輯功能F,填入表1-2中,F值是否正確。分別將“ AR ”開關(guān)撥至“ T和 “ CY ”的變化并分析原因。按實驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進(jìn)制數(shù)“ X ”和“ 丫 ”, 在給定LT1和LT2的情況下，通過改變“S3S2S1S0MCn的值來改變運算器的 功能設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值 參考表11的功能，分析輸出“ 0”的狀態(tài)，觀察進(jìn)位指示燈LT1LT2S3S2S1S0M

10、=0 （算術(shù)運算）M=1 （邏輯運算）Cn=1（無進(jìn)位）Cn= 0（有進(jìn)位）C1430 0 0 0F=11000001F=11000010F=00111110C1430 0 0 1F=00000100F=00000101F=11111011C1430 0 1 0F=01111101-F=01111110 、F=10000001C1430 0 1 1F=0-1F=0、F=0C1430 1 0 0F=01000001 F=O1OO0O10 1F=00111100C1430 1 0 1F=10000100F=100001|011F=10111100C1430 1 1 0F=000000 01 F=0

11、0000010F=00111100C1430 1 1 1F=01111111F=10000000F=10000000C1431 0 0 0F=00000010F=00000011F=10000001C1431 0 0 1F=00000100F=00000101F=00111100C1431 0 1 0F=01111101F=01111111F=01000011C1431 0 1 1F=01000000F=01000001F=01000001C1431 1 0 0F=00000010F=00000011F=1C1431 1 0 1F=11000101F=11000110F=01111101C14

12、31 1 1 0F=00111110F=00111111F=00000100C1431 1 1 1F=11000000F=11000001F=11000001實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表1-2實驗移位器運算【實驗?zāi)康呐c要求】1.掌握移位寄存器的組成、功能及工作原理;2.驗證移位寄存器的各種移位功能?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用EL-JY-II型計算機(jī)組成原理實驗掛箱和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】、輸入數(shù)據(jù)，利用移位寄存器進(jìn)行移位操作，移位實驗I電路如圖2-1所示:I趙釧總1 BUS JsisnM圖2-1移位實驗原理移位功能由控制信號S1、SO、M控制，具體功能見表2-1:G-299S0S1MT4功能000Xt保

13、持0010循環(huán)右移0011t帶進(jìn)位循環(huán)右移0100t循環(huán)左移0101t帶進(jìn)位循環(huán)左移111Xt置數(shù)（進(jìn)位保持）移位功能表2-10110置數(shù)（進(jìn)位清零）0111置數(shù)（進(jìn)位置1）二.實驗步驟實驗連線按圖2-2接線，連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向 自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座 上。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所對應(yīng)的指示燈亮。圖2 -2移位實驗接線圖1”狀態(tài)。撥動清2、將數(shù)據(jù)輸入到移位寄存器開始實驗前要把所有控制開關(guān)電路上的開關(guān)置為高電平“ 零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。

14、置C-G= 1, 299-G= 0,通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入要移位的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)“ T 為例：置D15-D0=“0000000000000001,然后置C-G= 0,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“ 000000000000000” 置 S0=1, S1=1, M=1，參考移位功能表 2- 1 可見， 此時為置數(shù)狀態(tài)，按脈沖源及時序電路上的【單步】按鈕，置 C-G=1，完成置 數(shù)的過程，進(jìn)位指示燈亮表示進(jìn)位“ Z”已置位。3.驗證移位寄存器的功能將任意一個16位數(shù)送人移位寄存器，驗證表 2-1所列的移位運算的所有功能，記錄實驗結(jié)果。以下為左移舉例:(1)不帶進(jìn)位移位：置299-G= 0，S0=1，S1=0，M

15、=0，參考移位功能表 2- 1,此時為循環(huán)左 移狀態(tài)，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“ 0000000000000001,按【單步】，數(shù)據(jù)總線顯 示燈顯示“ 0000000000000010，再按一次【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示的數(shù)據(jù)向左 移動一位。連續(xù)按【單步】，觀察不帶進(jìn)位移位的過程。如想進(jìn)行右移，參考表 2- 1,置S0=0, S仁1,再按【單步】即可實現(xiàn)右移操作。(2)帶進(jìn)位移位0000000000000001 時，置 299-G = 0, S0=1, S1=0,當(dāng)數(shù)據(jù)總線顯示“M=1，參考移位功能表 數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“2- 1,此時為帶進(jìn)位循環(huán)左移狀態(tài)。按【單步】按鈕，000000000000001

16、1,進(jìn)位指示燈滅，表示進(jìn)位“ T已經(jīng)進(jìn)入移位寄存器，同時“ 0”進(jìn)入進(jìn)位單元。連續(xù)按【單步】，觀察帶進(jìn)位移 位的過程。如想進(jìn)行帶進(jìn)位右移，參考表2- 1，置0=0, S= 1, M=1,再按【單 步】即可實現(xiàn)帶進(jìn)位右移操作。x.三.實驗總結(jié)實驗過程中經(jīng)常會因為粗心把線接錯，導(dǎo)致實驗結(jié)果有誤。實驗過程中應(yīng)該 仔細(xì)認(rèn)真的接線并進(jìn)行檢查，才能保證出錯率最低。 丿實驗三存儲器【實驗?zāi)康呐c要求】掌握存儲器的組成、功能及工作原理。驗證半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲器RAM的讀寫過程?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用EL-JY-II型計算機(jī)組成原理實驗掛箱和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】A實驗中的靜態(tài)存儲器由2片SRAM 611

17、6（ 2K X 8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線D0D15 接到數(shù)據(jù)總線，地址線A0A7由地址鎖存器74LS273（集成于EP1K10內(nèi)）給出。 黃色地址顯示燈A7-A0與地址總線相連，顯示地址總線旳內(nèi)容。綠色數(shù)據(jù)顯示 燈與數(shù)據(jù)總線相連，顯示數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。/因地址寄存器為8位，接入SRAM 6116的地址A7-A0，而高三位 A8-A10 接地，所以其實際容量為28= 256字節(jié)。6116有三個控制線，/CE （片選）、/R（讀八/W （寫）。其寫時間與T3脈沖寬度一致。當(dāng)LARI為高時，T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄存器。當(dāng)WEI為高時，T3的上升沿使6116進(jìn)入寫狀態(tài)。存儲器電路見圖3-1,

18、 SRAM 6116的管腳分配和功能見圖3-2。二.實驗步驟注意：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高 電平“ 1”狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“ 0”。連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己 插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。MA7MAO7743723互f91K互20AO AlA2A3A4A5A6A7ABA9 AIOCE WR?FWEo 1 2 3 4 5 6 7 DnnDDDDD3-2 (a) SRAM 6116 管腳分配*3in*0*3A3MDOM

19、lJJliMEtgA.2a-AT$Jl*4JLS$AC2A7133J22196116圖3-1存儲器電路MD15MDJ39遼亙14CEWR輸入/輸出HXX不選擇LHL讀LLH寫LLL寫圖 3-2 ( b) SRAM 6116 功能實驗連線按圖3-3接線圖接線，撥動清零開關(guān) 火一亮。CLR，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮往存儲器寫數(shù)據(jù):以往存儲器的（FF）地址單元寫入數(shù)據(jù)“ AABB ”為例，操作過程如圖3-4所示：I IVIAJ1 II MDJI II MDJ2 I主存儲器電路F*|BD15,BD811 BD7,BD01數(shù)據(jù)總線dJ DIJ1數(shù)據(jù)輸入電路DIJ-Gfinf/8WECE控制總線脈沖源TO*

20、-CE-11WE卜1LAR1C-G1卓控制開關(guān)圖3-3存儲器實驗接線圖（顯示） 1.（操作）（操作）（操作）（顯示）圖3-4存儲器寫入數(shù)據(jù)示意圖按圖3-4步驟在任意單元地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)（地址和數(shù)據(jù)任意，例如表3-1）。表3 1寫入數(shù)據(jù)記錄地址（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)（二進(jìn)制）0000000000110011001100110111000100110100001101000100001000110101001101010101101001010101010101011010001101100110011001101100111110101011101010111111100001110111011101

21、11111001101001110110011011從存儲器里讀數(shù)據(jù)為例，操作過程如圖以從存儲器的（FF）地址單元讀出數(shù)據(jù)“ AABB ”3-5所示：（操作）（操作）（顯示）（顯示）圖3-5存儲器讀出數(shù)據(jù)示意圖（操作）（顯示）按圖3-5步驟從寫入數(shù)據(jù)的單元讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，驗證其正確性。、三.實驗總結(jié)-實驗過程中經(jīng)常會因為粗心把線接錯，導(dǎo)致實驗結(jié)果有誤。實驗過程中應(yīng)該 仔細(xì)認(rèn)真的接線并進(jìn)行檢查，才能保證出錯率最低。-,/實驗四.總線控制【實驗?zāi)康呐c要求】1.掌握總線的組成、功能及工作原理;驗證利用總線實現(xiàn)運算器和存儲器的協(xié)同工作?！緦嶒炘O(shè)備和環(huán)境】本實驗使用EL-JY-II型計算機(jī)組成原理實驗掛

22、箱中的運算器電路和存儲 器電路部分和一組連接線?！緦嶒瀮?nèi)容】一.實驗原理.總線是多個系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)的-LI骨架。借助總線連接，計算機(jī)在系統(tǒng)各部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信 息的操作。因此，所謂總線就是指能為多個功能部件服務(wù)的一組公用信息線。在本實驗中，掛接在數(shù)據(jù)總線上的有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器和加法/器。為了使它們的輸出互不干擾，就需要這些設(shè)備都有三態(tài)輸出控制，且任意兩個輸出控制信號不能同時有效。實驗原理如圖 4-1所示：監(jiān)皿我(卩HlS J圖4-1總線實驗原理圖臨址總線:ABUS)其中，數(shù)據(jù)輸入電路和加法器電路結(jié)構(gòu)見圖1-1，存儲器電路見圖3-1

23、。數(shù)碼管顯示電路用可編程邏輯芯片 ATF16V8B進(jìn)行譯碼和驅(qū)動，D-G為使能信號,W/R的下降沿將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)打入顯示W(wǎng)/R為寫信號。當(dāng)D-G為低電平時，緩沖區(qū)，并譯碼顯示。二.實驗步驟1.實驗的流程(1)從輸入設(shè)備將一個數(shù)打入LT1寄存器。(2)從輸入設(shè)備將一個數(shù)打入LT2寄存器。(3)LT1與LT2寄存器中的數(shù)運算。從輸入設(shè)備將另一個數(shù)打入地址寄存器。將兩數(shù)的運算結(jié)果寫入當(dāng)前地址指明的存儲器中。將當(dāng)前地址的存儲器中的數(shù)用數(shù)碼管顯示出來。 、2.實驗連線本實驗連線見圖4-2。連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上 的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊 插在豎排座上。-/S3S2S1SOIO輕制關(guān)LLOAD r 援制卅關(guān)LALU G 揑制卄關(guān)LAK r+ LOE* ALU &CPI【板T3制升黃ALFC+顯示輸出D-G存儲器MAT-JIAO揑制卄關(guān)4iCA2 +數(shù)據(jù)