计算机组成原理实验材料Word文档下载推荐.docx
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F=/（A+B）
F=A+B
F=（A+B）加1
0010
F=/A*B
F=A+/B
F=（A+/B）加1
0011
F=0
F=－1
0100
F=/（A*B）
F=A加A*/B
F=A加A*/B加1
0101
F=/B
F=（A+B）加A*/B
F=（A+B）加A*/B加1
0110
F=（/A*B+A*/B）
F=A减B减1
F=A减B
0111
F=A*/B
F=A*/B减1
1000
F=/A+B
F=A加A*B
F=A加A*B加1
1001
F=/（/A*B+A*/B）
F=A加B
F=A加B加1
1010
F=B
F=（A+/B）加A*B
F=（A+/B）加A*B加1
1011
F=A*B
F=A*B减1
F=A*B
1100
F=1
F=A加A
F=A加A加1
1101
F=（A+B）加A
F=（A+B）加A加1
1110
F=（A+/B）加A
F=（A+/B）加A加1
1111
F=A减1
表1-174LS181功能表
图1-3（a）74LS273管脚分配图1-3（b）74LS273功能表
图1-4（a）74LS244管脚分配图1-4（b）74LS244功能
五、工作原理
运算器的结构框图见图1-5。
图1-5运算器的结构框图
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）
运算器接口
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
C1…...C6E5E4F5E3控制总线
F4
控制总线
T4
图1-6实验一键盘实验连线图
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（S3S2S1S0）
输入数据（十六进制）
00或0
01或1
02或2
03或3
04或4
05或5
06或6
07或7
08或8
09或9
0A或A
1011
0B或B
0C或C
0D或D
0E或E
0F或F
表1-3运算指令关系对照表
在给定LT1=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）
1234H
5678H
F=
Ⅱ、开关控制操作方式实验
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；
运算器接口
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
BD15…….BD8
数据总线
BD7…….BD0
DIJ1DIJ-G
DIJ2
数据输入电路
C-GS3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
控制总线T4
控制开关电路
T+finf/8
脉冲源及时序电路
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
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。
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）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器LT1送时钟，上升沿有效，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—D0”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。
（5）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=0，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
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LT1=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。
M=1（逻辑运算）
1234H
5678H
F=
Ⅲ、联机控制操作方式
实验步骤：
1、将下载线连接到实验箱左上角的端口。
连接下载线时，带按头的一面向上。
2、打开实验箱后面的电源开关，实验箱右下角的系统监控指示灯上将滚动显示【CLASSSELECt】。
3、打开电脑桌面[计算机组成原理—16位]的图标，在弹出的对话框中选择所用端口为COM1，按确认键。
4、在再弹出的对话框中按确认键，确认进行联机。
5、在实验箱右下角按下【联机】键，系统进入与上位机通讯状态。
6、当数码管显示【Pc-Con】，最后显示【8】时，表示联机通讯成功。
做完一个实验还要继续做下一个实验时要点确认，全部实验做完再点关闭。
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。
实验三存储器读写和总线控制实验
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。
预习半导体静态随机存储器6116的功能。
电路图见图3-1，6116的管脚分配和功能见图3-2。
图3-1存储器电路
图3-2（a）6116管脚分配图3-2（b）6116功能
图3-3
实验中的静态存储器由2片6116（2K×
8）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）、/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。
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。
6116为静态随机存储器，如果掉电，所存的数据全部丢失！
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3-4所示。
连线时应按如下方法：
（注意：
F3只用一个排线插头孔）
图3-4实验三键盘实验接线图
2、写数据
（1）拨动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
（2）在监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】时按【实验选择】键，显示【ES--__】输入03或3，按【确认】键，监控指示灯显示为【ES03】，表示准备进入实验三程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。
再按【确认】键，进入实验三程序。
（3）监控指示灯显示为【CtL=--】，输入1,表示准备对RAM进行写数据，在输入过程中，可按【取消】键进行输入修改，按【确认】键。
（4）监控指示灯显示【Addr--】，提示输入2位16进制数地址，输入“00”按【确认】键，监控指示灯显示【dAtA】，提示输入写入存储器该地址的数据（4位16进制数），输入“3344”按【确认】键，监控指示灯显示【PULSE】，提示输入单步，按【单步】键，完成对RAM一条数据的输入，数据总线显示灯（绿色）显示“0011001101000100”，即数据“3344”，地址显示灯显示“00000000”，即地址“00”。
（5）监控指示灯重新显示【Addr--】，提示输入第二条数据的2位十六进制的地址。
重复上述步骤，按表3-1输入RAM地址及相应的数据。
地址（十六进制）
数据（十六进制）
00
3333
71
3434
42
3535
5A
5555
A3
6666
CF
ABAB
F8
7777
E6
9D9D
表3-1实验三数据表
3、读数据及校验数据
（1）按【取消】键退出到监控指示灯显示为【ES03】，或按【RST】退到步骤2初始状态进行实验选择。
（2）拨动清零开关CLR，使其指示灯显示状态为亮—灭—亮。
在监控指示灯显示【ES03】状态下，按【确认】键。
（3）监控指示灯显示为【CtL=--】，输入2,表示准备对RAM进行读数据，按【确认】键。
（4）监控指示灯显示【Addr--】，提示输入2位16进制数地址，输入“00”，按【确认】键，监控指示灯显示【PULSE】，提示输入单步，按【单步】键，完成对RAM一条数据的读出，数据总线显示灯（绿色）显示“0011001101000100”，即数据“3344”，地址显示灯显示“00000000”，即地址“00”。
（5）示灯重新显示【Addr--】，重复上述步骤读出表3-1的所有数据，注意观察数据总线显示灯和地址显示灯之间的对应关系，检查读出的数据是否正确。
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。
1、按图3-5接线图接线。
图3-5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—灭—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）
1、C–G=1
2、置数据输入电路
D15—D0=“000000001111111”
3、CE=1
4、C–G=0
绿色数据总线显示灯显示
“0000000011111111”
1、LAR=1
2、T3=1
（按【单步】）
地址寄存器电路黄色地址显示灯显示“11111111”
1、C-G=1
D15—D0=“1010101010111011”
3、LAR=0
4、C-G=0
（显示）（操作）
“1010101010111011”
1、WE=1
2、CE=0
3、T3=1（按【单步】）
4、WE=0
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*********
10100011
0110011001100110
11001111
1010101110101011
11111000
0111011101110111
11100110
1001110110011011
表3-2
5、从存储器里读数据
以从存储器的（FF）地址单元读出数据“AABB”为例，操作过程如下：
（操作）（显示）（操作）（显示）（操作）（显示）
1、C-G=1
D15—D0=“0000000011111111”
4、C-G=0
MAR电路黄色地址显示灯显示
“11111111”
2、LAR=0
3、WE=0
4、CE=0
绿色数据总线显示灯显示
6、按上述步骤读出表3-2数据，验证其正确性。
Ⅲ联机控制操作方式
3、打开电脑桌面[计算机组成原理—16位]的图标，在弹出的对话框中选择所用端口为COM1,按确认键。
附加实验总线控制实验
1、了解总线的概念及其特性。
2、掌握总线的传输控制特性。
二、实验设备
三、实验说明
1、总线的基本概念
总线是多个系统部件之间进行数据传送的公共通路，是构成计算机系统的骨架。
借助总线连接，计算机在系统各部件之间实现传送地址、数据和控制信息的操作。
因此，所谓总线就是指能为多个功能部件服务的一组公用信息线。
2、实验原理说明
在本实验中，挂接在数据总线上的有输入设备、输出设备、存储器和加法器。
为了使它们的输出互不干扰，就需要这些设备都有三态输出控制，且任意两个输出控制信号不能同时有效。
其结构如下图所示。
图3-6总线结构图
其中，数据输入电路和加法器电路结构见图1-5，地址寄存器和存储器电路见图3-1、3-3。
数码管显示电路用可编程逻辑芯片ATF16V8B进行译码和驱动，D-G为使能信号，W/R为写信号。
当D-G为低电平时，W/R的下降沿将数据线上的数据打入显示缓冲区，并译码显示。
本实验的流程为：
（1）输入设备将一个数打入LT1寄存器。
（2）输入设备将一个数打入LT2寄存器。
（3）LT1与
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