实验一至五资料.docx
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实验一至五资料
实验一运算器实验
一、实验目的：
1.掌握运算器的组成及工作原理；
2.了解4位函数发生器74LS181的组合功能，熟悉运算器执行算术操作和逻辑操作的具体实现过程；
3.验证带进位控制的74LS181的功能。
二、预习要求：
1复习本次实验所用的各种数字集成电路的性能及工作原理；
2预习实验步骤，了解实验中要求的注意之处。
三、实验设备：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
四、电路组成：
本模块由算术逻辑单元ALU74LS181（U7、U8、U9、U10）、暂存器74LS273（U3、U4、U5、U6）、三态门74LS244（U11、U12）和控制电路（集成于EP1K10内
部）等组成。
算术逻辑单元ALU是由四片74LS181构成。
74LS181的功能控制条件由S3、S2、
S1、SO、M、Cn决定。
高电平方式的74LS181的功能、管脚分配和引出端功能符号详见表1-1、图1-2和表1-2。
四片74LS273构成两个16位数据暂存器，运算器的输出采用三态门74LS244。
它们
的管脚分配和引出端功能符号详见图1-3和图1-4。
E1_
1
□
Vec
A匚
Sq匚
2
3
鮎
22
1
Ai
Bi
馬
运算馥输入喘（诋电平育规
已匚
4
21
□
As
运算敎输入塢低电平右效）
g富1
5
23
-1
G
Cn
迸位输入端
E匚
6
1P
二1恥
g
进位输出端
3匚
7
13
1
Bb
F用
运算输出端卩穗平有效）
M1—
G
17
□
Fo
F斓
比粒输出端
Fo匚
g
1：
n
迸位产主输出端据电平有效》
Fl1—
10
15
—1
Fp
歼
进位传输输出端（低电平有戒）
鬥1
11
14
Fa=b
U
工作方式控制
GNDI_
n
13
i
Fj
功能选择
图1-274LS181管脚分配表1-274LS181输出端功能符
号
74LS181功能表见表1-1，其中符号“+”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，符号“加”表示算术加运算，符号“减”表示算术减运算。
选择
M=1
M=0
算术操作
S3S2S1S0
逻辑操作
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
0000
F=/A
F=A
F=A加1
0
0
0
1
F=/（A+B）
F=A+B
F=（A+B）加1
0
0
1
0
F=/A*B
F=A+/B
F=（A+/B）加1
0
0
1
1
F=0
F=—1
F=0
0
1
0
0
F=/（A*B）
F=A加A*/B
F=A加A*/B加1
0
1
0
1
F=/B
F=（A+B）加A*/B
F=（A+B）加A*/B加1
0
1
1
0
F=（/A*B+A*/B）
F=A减B减1
F=A减B
0
1
1
1
F=A*/B
F=A*/B减1
F=A*/B
1
0
0
0
F=/A+B
F=A加A*B
F=A加A*B加1
1
0
0
1
F=/（/A*B+A*/B）
F=A加B
F=A加B加1
1
0
1
0
F=B
F=（A+/B）加A*B
F=（A+/B）加A*B加1
1
0
1
1
F=A*B
F=A*B减1
F=A*B
1
1
0
0
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1
1
0
1
F=A+/B
F=（A+B）加A
F=（A+B）加A加1
1
1
1
0
F=A+B
F=（A+/B）加A
F=（A+/B）加A加1
1
1
1
1
F=A
F=A减1
F=A
CRI—
1〜
20
—1
Vcc
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2
19
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SQ
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3
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5
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7
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□
4D匚
8
13
-1
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4Q匚
9
12
5Q
GND匚
10
1J
CP
输入
输出
ORCPD
Q
Lxx
HtH
L
H
HtL
L
HLX
表1-174LS181功能表
功能表
五、工作原理:
运算器的结构框图见图~~1-5：
数据證戡（D-EUS）
圈1-5花用K的笫构硬
算术逻辑单元ALU是运算器的核心。
集成电路74LS181是4位运算器，四片74LS181以并/串形式构成16位运算器。
它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。
三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。
四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。
六、实验内容：
验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。
七、实验步骤：
I、单片机键盘操作方式实验
注：
在进行单片机键盘控制实验时，必须把开关K4置于“OFF”状态，否则系
统处于自锁状态，无法进行实验。
1实验连线（键盘实验）：
实验连线如图1-6所示。
（连线时应按如下方法：
对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座
上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
注意：
F4只用一个排
线插头孔）
2、实验过程
（1）拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
（2）在监控滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--__】输入
01或1，按【确认】键，监控显示为【ES01】，表示准备进入实验一程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。
（3）再按【确认】键，进入实验一程序，监控显示【InSt--】，提示输入运算指令，输
入两位十六进制数（参考表1—3和表1—1）,选择执行哪种运算操作，按【确认】键。
（4）监控显示【Lo=0】，此处Lo相当于表1—1中的M,默认为“0”，进行算术运算，
也可以输入“1”，进行逻辑运算。
按【确认】，显示【Cn=0】，默认为“0”，由表1—1可见，此时进行带进位运算，也可输入“1”，不带进位运算（注：
如前面选择为逻辑运
算，则Cn不起作用）。
按【确认】，显示【Ar=1】，使用默认值“1”，关闭进位输出。
也可输入“0”，打开进位输出，按【确认】。
（5）监控显示【DATA】，提示输入第一个数据，输入十六进制数【1234H】，按【确
认】，显示【DATA】，提示输入第二个数据，输入十六进制数【5678H】，按【确认】
键，监控显示【FINISH】，表示运算结束，可从数据总线显示灯观察运算结果，CY指
示灯显示进位输出的结果。
按【确认】后监控显示【ES01】，可执行下一运算操作。
运算指令（
S3
S2
S1S0）
输入数据（十六进制）
0
0
0
0
00或0
0
0
0
1
01或1
0
0
1
0
02或2
0
0
1
1
03或3
0
1
0
0
04或4
0
1
0
1
05或5—
0
1
1
0
06或6
0
1
1
1
07或7
1
0
0
0
08或8
1
0
0
1
09或9
1
0
1
0
0A或A
1
0
1
1
0B或B
1
1
0
0
0C或C
1
1
0
1
0D或D
1
1
1
0
0E或E
1
1
1
1
0F或F
表1-3运算指令关系对照表
在给定LT仁1234H、LT2=5678H的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入表中，并和理论值进行比较和验证：
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
00或0
F=
F=
F=
I234H
5678H
01或1
F=
F=
F=
02或2
F=
F=
F=
03或3
F=
F=
F=
04或4
F=
F=
F=
05或5
F=
F=
F=
06或6
F=
F=
F=
07或7
F=
F=
F=
08或8
F=
F=
F=
09或9
F=
F=
F=
0A或A
F=
F=
F=
0B或B
F=
F=
F=
0C或C
F=
F=
F=
0D或D
F=
F=
F=
0E或E
F=
F=
F=
0F或F
F=
F=
F=
n、开关控制操作方式实验
注：
为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1状态（所对应的指示灯亮。
）本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”指示灯灭代表低电平“0”。
1、按图1—7接线图接线:
连线时应注意：
为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
图1—7实验一开关实验接线图
2、通过数据输入电路的拨开关开关向两个数据暂存器中置数：
注意：
本实验中ALU-G和C-G不能同时为0,否则造成总线冲突，损坏芯片！
故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。
1）拨动清零开关CLR，使其指示灯。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
置ALU-G=1：
关闭ALU的三态门；再置C-G=0:
打开数据输入电路的三态门；
2）向数据暂存器LT1（U3、U4）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……D0”为要输入的数值；
（2）置LDR1=1:
使数据暂存器LT1（U3、U4）的控制信号有效，置LDR2=0：
使数据暂存器LT2（U5、U6）的控制信号无效；
（3）
LT1送时钟，上升沿有
按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器
效，把数据存在LT1中。
3）向数据暂存器LT2（U5、U6）中置数：
（1）设置数据输入电路的数据开关“D15……DO”为想要输入的数值；
（2）置LDR1=0:
数据暂存器LT1的控制信号无效；置LDR2=1:
使数据暂存器LT2的控制信号有效。
（3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器LT2送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2中。
（4）置LDR1=0、LDR2=0,使数据暂存器LT1、LT2的控制信号无效。
4）检验两个数据暂存器LT1和LT2中的数据是否正确：
（1）置C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置ALU-G=O，打开ALU的
三态门;
（2）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT1中的
数，表示往暂存器LT1置数正确；
（3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器LT2中的
数，表示往暂存器LT2置数正确。
3、验证74LS181的算术和逻辑功能
LT1
LT2
S3S2S1S0
M=0（算术运算）
M=1（逻辑运算）
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
1234H
5678H
0000
F=
F=
F=
0001
F=
F=
F=
0010
F=
F=
F=
0011
F=
F=
F=
0100
F=
：
F=
F=
0101
F=
F=
F=
0110
F=
Y=
F=
0111
F=
F=
F=
1000
F=
F=
F=
1001
F=
F=
F=
1010
F=
Y=
F=
1011
F=
F=
F=
1100
F=
F=
F=
1101
F=
F=
F=
1110
F=
F=
F=
1111
F=
F=
F=
按实验步骤2往两个暂存器LT1和LT2分别存十六进制数“1234H”和“5678H
在给定LT仁1234H、LT2=5678H的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值F，填入上表中，参考表
1-1的功能表，分析输出F值是否正确。
分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。
八、实验报告要求：
1、实验记录：
所有的运算结果，故障现象及排除经过；
2、谈谈本次实验的收获及想法。
实验二""移位运算实验
一、实验目的：
掌握移位控制的功能及工作原理
二、预习要求：
1.了解移位寄存器的功能及用FPGA的实现方法。
三、实验设备：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
四、工作原理：
移位运算实验电路结构如图2-1所示：
数寓总蛭（DBUS）
Ir
——蠡据输入电路严曾.務他寄存無hiai*z
（a299
图2-1移位运算器电路结构
功能由S1、SO、M控制，具体功能见表2-2:
G-299
S1
S0
M
T4
功能
0
0
0
X
保持
0
1
0
0
循环右移
0
1
0
1
带进位循环右移
0
0
1
0
f
循环左移
0
0
1
1
f
带进位循环左移
1
1
1
X
f
置数（进位保持）
0
1
1
0
f
置数（进位清零）
0
1
1
1
f
置数（进位置1）
表2-2
五、实验内容：
输入数据，利用移位寄存器进行移位操作。
六、实验步骤
I、单片机键盘操作方式实验。
注：
在进行单片机键盘控制实验时，必须把K4开关置于“OFF”状态，否则系统
处于自锁状态，无法进行实验。
1实验连线：
实验连线图如图2-2所示。
込算器怨II
S3S2SlMCn
G299
€1—
L5|F4~
图2—2键盘方式接线图
注：
为了连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；
对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
F4只用一个排线插头孔
2、实验过程：
（1）拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
在监控指示灯
滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--__】输入02或2，按【确认】键，监控指示灯显示为【ES02】，表示准备进入实验二程序，也可按【取
消】键来取消上一步操作，重新输入。
（2）再按【确认】键，进入实验二程序，显示为【E1E0--】，提示输入操作指令（参考
表2—2,E1E0相当于G_299，二进制，“11”为关闭输出，“00”为允许输出），输入二进制数“11”，关闭输出，在输入过程中，可按【取消】键进行输入修改。
按【确认】键。
（3）监控指示灯显示【Lo=0】，可输入二进制数“0”或“1”，此处Lo相当于表2—2的M,默认为“0”,按【确认】键。
（4）监控指示灯显示【S0S1--1,提示输入移位控制指令（参考表2—2）,输入二进制数
“11”，对寄存器进行置数操作，按【确认】键。
（5）监控指示灯显示【DATA】，提示输入要移位的数据，输入十六进制数“0001”，按
【确认】，显示【PULSE】，此时按【单步】，将数据存入移位寄存器，可对它进行移位操作。
（6）监控指示灯显示【ES02】，按【确认】键，进行移位操作，显示为【E1E0--】，提示
输入操作指令（E1E0同上），输入二进制数“00”，允许输出，按【确认】键。
（7）监控指示灯显示【Lo=0】。
和前面一样，输入“0”，选择不带进位操作，按【确认】
键。
监控指示灯显示【S0S1--】，提示输入移位控制指令（参考表2—2），输入二进
制数“01”，表示对输入的数据进行循环右移，显示【PULSE】。
按【单步】键，则对十六进制数据“0001”执行一次右移操作。
数据总线指示灯显示
“1000000000000000”，再按【单步】，数据总线指示灯显示“0100000000000000”，连续按【单步】，可以单步执行，按【全速】键，监控指示灯显示【Run】，则可连续执行移位操作。
观察数据总线显示灯的变化，判断结果是否正确。
（8）重新置入数据“FFFF”，进行带进位的循环右移，观察数据总线显示灯的变化，判断结果是否正确。
n、开关控制操作方式实验
本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平
“o”。
1、按图2—3接线：
连线时应注意：
对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；
对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。
为了避免总线冲突，
首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状态，所对应的指示灯亮。
图2—3实验二开关实验接线图
2、实验过程：
（以左移为例）
开始实验前要把所有控制开关电路上的开关置为高电平“1”状态。
拨动清零开关
CLR，使其指示灯灭。
再拨动CLR，使其指示灯亮。
（1）置数：
置C-G=1,299-G=0，通过数据输入电路输入要移位的数据，置D15---D0=
“0000000000000001”,然后置C-G=0,数据总线显示灯显示“0000000000000001”,置S0=1,S仁1,M=1参考功能表表2—2可见，此时为置数状态，按脉冲源及时序电路上的【单步】按钮，置C-G=1，完成置数的过程，进位指示灯亮表示进位“Z”
已置位。
（2）不带进位移位：
置299-G=0,S0=1,S仁0,M=0，参考功能表2—2,此时为循环左移状态，数据总线显示灯显示“0000000000000001”，按【单步】，数据总线显示灯显示
“0000000000000010”，再按一次【单步】，数据总线显示的数据向左移动一位。
连续按【单步】，观察不带进位移位的过程。
如想进行右移，参考表2—2,置S0=0,
S1=1,再按【单步】即可实现右移操作。
（3）带进位移位
当数据总线显示“0000000000000001”时，置299-G=0,S0=1,S仁0,M=1,参考功能表2—2,此时为带进位循环左移状态。
按【单步】按钮，数据总线显示灯显示“0000000000000011”，进位指示灯灭，表示进位“1”已经进入移位寄存器，
同时“0”进入进位单元。
连续按【单步】，观察带进位移位的过程。
如想进行带进位右移，参考表2—2,置S0=0,S=1,M=1,再按【单步】即可实现带进位右移操作。
3、按以上的操作方法验证表2—2所列的移位运算试验电路的所有功能。
七、实验报告要求：
同实验一。
实验三~~存储器读写和总线控制实验
一、实验目的：
1、掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。
2、掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。
3、了解运算器和存储器如何协同工作。
二、预习要求：
预习半导体静态随机存储器6116的功能。
三、实验设备：
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
四、电路组成：
6116的管脚分配和功能见图3-1。
五、工作原理：
实验中的静态存储器由2片6116（2KX8）构成，其数据线D0~D15接到数据总线，地址线A0~A7由地址锁存器74LS273（集成于EP1K10内）给出。
黄色地址显示灯A7-A0与地址总线相连，显示地址总线的内容。
绿色数据显示灯与数据总线相连，显示数据总线的内容。
因地址寄存器为8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其实际容量为28=256字节。
6116有三个控制线，/CE（片选）、/R（读八/W（写）。
其写时间与T3脉冲宽度一致。
当LARI为高时，T3的上升沿将数据总线的低八位打入地址寄存器。
当WEI为高时,
T3的上升沿使6116进入写状态。
六、实验内容：
学习静态RAM的存储方式，往RAM的任意地址里存放数据，然后读出并检查结果是否正确。
注：
6116为静态随机存储器，如果掉电，所存的数据全部丢失！
七、实验步骤
n、开关控制操作方式实验
注：
为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的所有开关拨到输出高电平“1”状
态，所有对应的指示灯亮。
本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电
平“0”。
连线时应注意：
对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；
对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上
1、按图3-3接线图接线:
图3-3实验三开关实验接线图
2、拨动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮一灭一亮。
3、往存储器写数据：
以往存储器的（FF）地址单元写入数据“AABB”为例，操作过程如下：
（操作）（显示）（操作）（显示）（操作）
4、按上述步骤按表3-2所列地址写入相应的数据
地址（二进制）
数据（二进制）
00000000
0011001100110011
01110001
0011010000110100
01000010
0011010100110101
01011010
010*****
升级会员 