计算机组成原理实验讲义Word格式.doc
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微程序控制器
模拟输入逻辑开关（控制信号）
GAL器件
实验电路
脉冲电路1
面包板
（逻辑元件实验区）
脉冲电路2
图1
实验仪中还设计了逻辑元件实验区，电源、脉冲产生电路分别提供了逻辑元件实验需求的电平和脉冲源，为做逻辑元件实验提供了完整的条件。
二、通用电路简介
1、通用操作部分
（1）31个逻辑开关AN1-AN31（见图2A）
ANi输出对应于开关设置的相应逻辑值，开关按下时为逻辑“1”。
常态时为逻辑“0”状态。
（2）31个电平显示电路（见图2B）
当输入高电平时，发光管显示亮，当输入端接地电平时，发光管不现示（灭）。
（3）三个脉冲电路（电路见图3）
每个电路的输出对应于三个输入端P+、P-。
每按下按钮，在相应得的输出端输出正、负脉冲个一个。
2、时钟电路（见图四）
提供一组方波信号发生器，输出频率F1为2MHZ.F2为1MHZ,F3为500KHZ,F4为250KHZ.此方波信号为实验时钟及产生时序信号的时钟。
3、时序发生器及启停电路（见图五）
MF为时钟输入端，时钟频率可为F1—F4中选择一个。
TJ、DP为单步停机控制信号，当某一或二个都为高电平“1”时，此时时序发生器处于停机或单步状态。
即每按一次启动按钮P0（P0和\P0已接入）产生一拍时序信号T1、T2、T3、T4。
当TJ、DP都为低电平时，按一次启动按钮P0，产生时序信号，\CLR接P2作清除按钮。
连续输出时序波形见图六所示。
T1、T2、T3、T4有两组输出信号，以提高负载能力。
三、控制信号引脚定义及说明
DICE-2型实验仪输入输出信号引线通过线路板已连接到插座上。
1．UA4—UA0。
微程序控制器的微地址输出信号，UA4为高位，UA0为低位。
此信号已接有指示灯，可监视微地址变化。
2．IR7—IR5。
指示寄存器的IR7、IR6、IR5输出信号，输入至为程序控制器修改微地址的信号。
3．F1—F4。
时钟输出信号端，F1输出频率为2MHZ，F2输出频率为1MHZ，F3输出频率为500KHz，F4输出频率为250KHz。
4．T1—T4。
时序信号发生器提供的四个标准时序输出信号，可以采用单拍或连续两种方式输出。
5．S3—S0。
由微程序控制器输出的ALU操作选择信号，以控制执行16种算术操作或16种逻辑操作中的一种操作。
6．M。
微程序控制器输出的ALU操作方法选择信号端。
M=0执行算术操作；
M=1执行逻辑操作。
7．。
微程序控制器输出的进位标志信号。
=0表示ALU运算时最低位加进位1；
=1，表示无进位。
8．SWE。
微程序控制器的微地址修改信号。
SWE已接逻辑开关，先按下清零，使微地址全为0时，将逻辑开关从“1”→“0”→“1”（相当于负脉冲），微地址修改为10000，使机器处于写RAM微程序。
9．SRD。
SRD已接逻辑开关，先按下清零键，使微地址全为0时，将逻辑开关从“1”→“0”→“1”（相当于负脉冲），微地址修改为01000，使机器处于读RAM的微程序。
10．CLR。
清零信号输出端，已连接单次脉冲P2按键中任一个。
11．LDAR。
微程序控制器的输入信号，将程序计数器的内容打入到地址寄存器AR中，产生RAM的地址。
12．CE。
微程序控制器输出的RAM片选信号，=0时RAM6116被选中。
13．WE。
微程序控制器输出的RAM读写控制信号，=0时，如WE=0为存储器读；
如WE=1为存储器写。
14．LDPC。
微程序控制器输出的PC加1信号。
15．LOAD。
微程序控制器的输出信号。
LOAD=0时，PC程序计数器处于并行置数状态；
LOAD=1时，PC处于计数状态。
16．。
微程序控制器输出信号，控制运算器的运算结果是否送到总线BUS,低电平有效。
17．。
18．。
微程序控制器输出信号，控制寄存器R0的内容是否送到总线BUS,低电平有效。
19．。
微程序控制器输出信号，控制八位数据开关SW7～SW0的开关量是否送到总线，低电平有效。
20．LDR0。
微程序控制器输出信号，控制把总线上的数据打入寄存器R0.
21．LDDR1。
微程序控制器输出信号，控制把总线上的数据打入运算暂存器DR1。
22．LDDR2。
微程序控制器输出信号，控制把总线上的数据打入运算暂存器DR2。
23．LDIR。
微程序控制器输出信号，控制把总线上的数据（指令）输出到指令寄存器IR中。
24．P
（1）。
微程序控制器输出的修改微地址P
（1）标志信号。
用于机器指令的微程序分支测试。
25．UP。
微程序控制器的微地址寄存器输出控制信号，UP=0,微地址信号输出。
26．MF。
时序发生器的时钟输入端，从F1、F2、F3、F4中任选一个。
27．P0、。
时序发生器启动控制信号，按一次P0时，时序发生器可输出一拍（单拍）或连续时续信号T1、T2、T3、T4。
28．TJ、DP。
时序发生器的停机单步控制信号端。
当DP为低电平时，按一次P0按键，产生连续时续信号T1、T2、T3、T4。
当DP为高电平时，时序发生器处于单拍状态，按一次P0，产生一拍（单拍）时序信号T1、T2、T3、T4。
TJ信号端已连接到微程序控制器产生的“自动停机”控制信号端。
29．P0、、P1、、P2、。
单次脉冲（按键）输出端。
P为正脉冲。
为负脉冲。
30．。
ALU的进位输出端，=0表示运算后有进位输出。
31．D7—D0。
八位数据通路的8条总线，D7为高位，A0为低位。
32．A7—A0.存储器RAM的地址输入信号，A7为高位，A0为低位。
33．SW7—SW0。
八位数据输入端，在有效时，将八位数据输入到总线。
34．。
控制发送数据信号，将寄存器R0的数据发送到总线上，低电位有效。
35．。
控制发送数据信号，将寄存器R1的数据发送到总线上，低电位有效。
36．。
控制发送数据信号，将寄存器R2的数据发送到总线上，低电位有效。
37．LDR1。
控制接收数据信号，将总线上的数据打入到寄存器R1.
38．LDR2。
控制接收数据信号，将总线上的数据打入到寄存器R2.
39．PC7—PC0。
程序计数器PC输出信号端，PC7为高电平，PC0为低电平。
此信号已连接到逻辑电平指示灯上，以监测PC值变化。
40．LDPC。
程序计数器PC计数控制信号，LDPC=1时，在时序信号上升沿到来时，程序计数器PC加1。
第二章实验指导
实验一运算器组成实验
一、实验目的
（1）掌握算术逻辑运算单元（ALU）的工作原理；
（2）熟悉简单运算器的数据传送通路；
（3）验证4位运算功能发生器（74LS181）的组合功能；
（4）按给定数据，完成几种指定的算术运算和逻辑运算。
二、实验电路
图7示出了本实验所用的运算器数据通路图。
运算器实验是在ALUUNIT单元电路上进行，控制信号、数据、时序信号由实验仪的逻辑开关电路和时序发生器提供，SW7—SW0八个逻辑开关用于产生数据，并发送到总线上。
DR1、DR2为运算暂存器，LDDR1、LDDR2为运算暂存器的输入控制信号，将总线上的数据输入到暂存器DR1、DR2；
通过S3S2S1S0MCn的选择，可实现对ALU算数操作和逻辑操作。
在控制信号作用下将运算结果送到总线BUS上。
S3，S2，S1，S0，M，，LDDR1，LDDR2，，各电位控制信号用二进制数据开关来模拟，其中，，为低电平有效。
LDDR1、LDDR2同T4信号进行定时。
当T4信号上升沿到来时，LDDR1、LDDR2才起作用。
三、实验设备
（1）DICE—2型计算机组成原理实验仪一台
（2）双踪示波器一台
（3）直流万用表一台
（4）逻辑测试笔一支
四、实验举例
实验前把TJ、DP对应的逻辑开关置成11状态（高电平输出），并预置下列逻辑电平状态，=1，=1，=1，=1，=1。
时序发生器处于单拍输出状态，实验是在单步状态下进行DR1，DR2的数据写入及运算，以便能清楚地看见每一步的运算过程。
实验步骤按表1进行。
实验时，对表中的逻辑开关进行操作置1或0，在对DR1、DR2存数时，按单次脉冲键P0（产生单拍T4信号）。
表1中带×
的为随机状态，它不管是高电平还是低电平，不影响运算器的操作。
总线D7～D0上接电平指示灯，显示参与运算的数据结果。
表中列出运算器实验任务的部分步骤，16种算数操作和16种逻辑操作只列出了前面4种，其它实验步骤同表4相同。
带↑的地方式按一次单次脉冲P0，无↑的地方则不要按单次脉冲P0。
图7运算器实验电路
T4
S3
S2
S1
S0
M
A3A2A1A0B3B2B1B0
Cn+4F3F2F1F0
ALU（74LS181）Cn
M
F3F2F1F0Cn
Cn+4ALU（74LS181）
三态门（74LS245）
数据显示灯D0~7
DR2（74LS273）
DR1（74LS273）
LDDR1
LDDR2
数据开关SW0~7
五、实验任务
（1）验证表4所列74LS181的算数运算与逻辑操作功能。
（2）下面给定了寄存器DR1和DR2的数据（十六进制表示）。
要求根据此数据，对照表4所得的理论分析值事先填入表2中，然后与实验结果值进行比较（采用正逻辑）
（3）表3列出了八种常用的算术运算与逻辑运算。
（4）要求按指定的操作内容，正确选择运算器数据通路、控制参数S3S2S1S0M，并将实验结果值填入括号内。
假设给定原始的DR1和DR2数据，以后的数据取自前面运算器的结果。
（5）测试进位延迟时间和求和延迟时间
为了测出最坏情况下的进位延迟时间，可
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