计算机组成原理实验指导书Word格式文档下载.docx
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F=/A
F=A
F=A加1
0001
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=减1（2的补）
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：
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）：
实验连线图如图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。
）
运算器电路
S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2
T4
C1…...C6E5E4F5E3F4
控制总线
图1－6实验一键盘实验连线图
2．实验过程：
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。
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，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】，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
1110
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）
Cn=0（有进位）
1234H
5678H
F=1235H
F=1235H
F=EDCB
F=
F=567DH
F=BBB8H
F=0000H
F=1239H
F=5681H
F=BBBCH
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．通过本次实验的收获及想法。
实验二移位运算实验
掌握移位控制的功能及工作原理
1．了解移位寄存器的功能及用FPGA的实现方法。
四、工作原理：
移位运算实验电路的功能由S1、S0、M控制，具体功能见表2-2：
299-G
S1
S0
M
功能
0
×
保持
1
循环右移
带进位循环右移
循环左移
0
带进位循环左移
置数
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。
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。
连线时应按如下方法：
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；
1.实验连线：
实验连线图如图2－3所示。
拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。
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。
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299－G，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，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，即控制是否带进位进行移位，默认为“0”，不带进位移位。
输入“1”，选择带进位操作。
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“11”，对寄存器进行置数操作。
按【确认】键，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，可对它进行移位控制。
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（参考表2－2，E1E0相当于299－G，二进制，“11”为关闭输出，“00”为允许输出），输入二进制数“00”，允许输出，在输入过程中，可按【取消】键进行输入修改。
按【确认】键，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。
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。
1．实验记录：
2．通过本次实验的收获及想法。
实验三存储器读写实验
掌握半导体静态随机存储器RAM的特性和使用方法。
掌握地址和数据在计算机总线的传送关系。
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。
EL-JY-II8型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。
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。
1．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。
2．组成计算机数据通路，实现计算机的运算并存储功能。
（选做，只提供开关控制操作方式实验步骤，见附加实验）
6116为静态随机存储器，如果掉电，所存的数据丢失！
七、实验步骤
1.实验连线：
实验连线图如图3－4所示。
图3－4实验三键盘实验接线图
2．写数据：
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，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，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”，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：
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。
在监控指示灯显示【ES03】状态下，按【确认】键，监控指示灯显示为【CtL=--】，输入2,表示准备对RAM进行读数据，在输入过程中，可按【取消】键进行输入修改。
按【确认】键，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”，监控指示灯重新显示【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。
6116为静态随机存储器，如果掉电，所存的数据将丢失！
实验四微程序控制器的组成与实现实验
1．掌握微程序控制器的组成及工作过程；
2．通过用单步方式执行若干条微指令的实验，理解微程序控制器的工作原理。
1．复习微程序控制器工作原理；
2．预习本电路中所用到的各种芯片的技术资料。
EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一台，连接线若干。
微程序控制器的电路图见图4-1，其中虚线部分电路由EP1K10实现。
本电路由一片三态输出8D触发器74LS374、三片EEPROM2816、一片三态门74LS245和EP1K10集成的逻辑控制电路组成。
28C16、74LS373、74LS245芯片的技术资料分别见图4-2~图4-4。
图4-2（a）28C16引脚图4-2（b）28C16引脚说明
工作方式
/CE/OE/WE
输入/输出
读
后备
字节写
字节擦除
写禁止
输出禁止
LLH
H×
LHL
L12VL
×
H
L×
H×
数据输出
高阻
数据输入
图4-2（c）28C16工作方式选择
图4-1微控制器部分电路图
图4-3（a）74LS374引脚图4-3（b）74LS374功能
图4-4（a）74LS245引脚图4-4（b）74LS245功能
1．脉冲源和时序电路：
实验所用的脉冲源和时序电路中“脉冲源输出”为时钟信号，f的频率为500KHz，f/2的频率为250KHz，f/4的频率为125KHz，f/8的频率为62.5KHz，共四种频率的方波信号，可根据实验自行选择一种方波信号的频率。
每次实验时，只需将“脉冲源输出”的四个方波信号任选一种接至“信号输入”的“fin”，时序电路即可产生4种相同频率的等间隔的时序信号T1~T4，其关系见图4-9。
电路提供了四个按钮开关，以供对时序信号进行控制。
工作时，如按一下“单步”按钮，机器处于单步运行状态，即此时只发送一个CPU周期的时序信号就停机，波形见图4-9。
利用单步运行方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。
如按一下“启动”按钮，机器连续运行，时序电路连续产生如图4-9的波形。
此时，按一下“停止”按钮，机器停机。
图4-9
按动“单脉冲”按钮，“T+”和“T-”输出图4－10的波形：
T+
T-
图4－10
各个实验电路所需的时序信号端均已分别连至“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”，实验时只需将“脉冲源及时序电路”模块的“T1、T2、T3、T4”端与“控制总线”的“T1、T2、T3、T4”端相连，即可给电路提供时序信号。
2．微程序控制器电路：
三片EEPROM2816构成24位控制存储器。
虚线部分两片8D触发器74LS273和一片4D触发器74LS175构成18位微命令寄存器，三片3线-8线译码器74LS138对微命令进行译码，三片2D触发器74LS74构成6位微地址寄存器，它们带有清“0”端和预置端。
在不判别测试的情况下，T2时刻打入微地址器的内容即为下一条微指令地址。
当T3时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。
SA5~SA0为微控器电路微地址锁存器的强置端输出。
在该电路中有一组开关K1、K2、K3、K4（注意：
K4在基板上的“24位微代码输入及显示电路”中），它们可以设为三种状态：
写入、读出和运行。
当处于“写入”状态时，可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到2816中。
当处于“读出”状态时，可以将写入的二进制代码读出，从而可以对写入控存的二进制代码的正确性进行验证。
当处于“运行”状态时，只要给出微程序的入囗微地址，则可根据微程序流程图自动执行微程序。
往EEPROM里任意写24位微代码，并读出验证其正确性。
2.实验连线：
实验连线图如图4－11所示。
读写控制电路
T1T2T3T4
微程序控制器电路
UAJ1
C1C2C3C4C5C6F1F2F3F4
图4－11实验四键盘实验接线图
3.写微代码：
将开关K1K2K3K4拨到写状态即K1off、K2on、K3off、K4off，其中K1、K2、K3在微程序控制电路，K4在24位微代码输入及显示电路上。
在监控指示灯滚动显示【CLASSSELECt】状态下按【实验选择】键，显示【ES--__】输入04或4，按【确认】键，显示为【ES04】，表示准备进入实验四程序，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。
再按下【确认】键，显示为【CtL1=_】，表示对微代码进行操作。
输入1显示【CtL1_1】，表示写微代码，也可按【取消】键来取消上一步操作，重新输入。
按【确认】显示【U-Addr】，此时输入【000000】6位二进制数表示的微地址，然后按【确认】键，监控指示灯显示【U_CodE】，显示这时输入微代码【000001】，该微代码是用6位十六进制数来表示前面的24位二进制数，注意输入微代码的顺序，先右后左，此过程中可按【取消】键来取消上一次输入，重新输入。
按【确认】键则显示【PULSE】，按【单步】完成一条微代码的输入，重新显示【U-Addr】提示输入表4-1第二条微代码地址。
按照上面的方法输入表4－1微代码,观察微代码与微地址显示灯的对应关系（注意输入微代码的顺序是由右至左）。
微地址（八进制）
微地址（二进制）
微代码（十六进制）
000000
000001
01
000002
02
000010
000003
03
000011
015FC4
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