硬件技术实验指导书1.docx
《硬件技术实验指导书1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硬件技术实验指导书1.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
硬件技术实验指导书1
计算机硬件技术基础
实验指导书
计算机科学与技术学院
软件学院
2012年3月
实验一硬件基础实验
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。
电路图见图1-1（a）、1-1（b）。
图1-1（a）ALU电路
图1-1（b）ALU控制电路
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、S0、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。
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
逻辑操作
M=0算术操作
S3S2S1S0
Cn=1（无进位）
Cn=0（有进位）
0000
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=－1
F=0
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
F=A*/B
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
F=（A+B）加A
F=（A+B）加A加1
1110
F=A+B
F=（A+/B）加A
F=（A+/B）加A加1
1111
F=A
F=A减1
F=A
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：
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）
0000
00或0
0001
01或1
0010
02或2
0011
03或3
0100
04或4
0101
05或5
0110
06或6
0111
07或7
1000
08或8
1001
09或9
1010
0A或A
1011
0B或B
1100
0C或C
1101
0D或D
1110
0E或E
1111
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
00或0
F=
F=
F=
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=
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2汇编语言程序设计：
顺序程序实验（2学时）
一、实验目的
1．通过宏汇编（MASM）上机操作，使学生掌握汇编语言源程序的编辑、汇编、连接和执行的完整过程。
2．掌握汇编过程中各命令的作用及使用方法，了解汇编和连接的过程。
3．掌握8086/8088指令系统中已学指令的书写格式、功能及其作用。
4．结合实例程序掌握汇编语言程序上机过程，熟悉DEBUG程序中常用命令的使用。
二、实验内容与要求
1．预习汇编程序上机操作的全过程。
编写一个汇编语言源程序；以下是MASM5环境中运行步骤：
（同学们也可以使用CV集成编译环境）
（1）在dos环境下，如：
d:
\masm\下输入命令：
edit
（2）打开编辑窗口
（3）输入如下原程序后保存文件，例如exp1.asm
（4）输入下列指令进行编译：
d:
\masm\masmexp1.asm回车
检查错误，如结果为0错误0警告则编译成功，产生exp1.obj文件
（5）输入下列指令进行链接：
d:
\masm\linkexp1.obj回车
如结果为0错误0警告则链接成功，产生exp1.exe文件
（6）运行程序检验结果。
d:
\masm\exp1回车
2．对已经汇编连接成功的可执行文件，使用DEBUG命令调试程序找出程序的断点，执行程序，显示有关寄存器、存储单元的内容，分析程序的结果。
三、实验用例
1.编制程序计算Z=X+Y，其中X、Y、Z均为字型无符号数。
参考源程序如下
DATASEGMENT
XDW10H
YDW20H
ZDW?
DATAENDS
CODESEGMENT
MAINPROCFAR
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
START:
PUSHDS
MOVAX,0
PUSHAX
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MOVAX,X
ADDAX,Y
MOVZ,AX
RET
MAINENDP
CODEENDS
ENDSTART
（1）编辑源程序，汇编并连接之，若有错误则编辑修改并重新汇编、连接，形成EXE文件。
（2）分别用DEBUG调试程序中的U命令、G命令、D命令找到断点、运行程序、显示程序的运行结果。
四.实验内容与要求
1.编写程序计算Z=（A+B）-（C-D）,其中A=30H，B=20H，C=10H，D=05H均为字单元无符号数。
2.设W、X、Y、Z、V均为16位字单元有符号数，编程计算W=（V-（X*Y+Z-5000））/X,将结果存入变量W,而余数存入变量W+2中。
（X为非零数，并假设V、X、Y、Z的值分别为5000、200、-250、20000）
五、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的与要求。
2．书写实验用例程序。
3．在每个汇编语言源程序后给出程序的调试过程和实验结果。
实验3汇编语言程序设计：
分支和循环程序实验（2学时）
一、实验目的
1．通过分支程序设计、循环程序设计实验，掌握无条件转移指令、条件转移指令的格式、功能及使用方法。
2．掌握分支程序的结构、单分支和多分支程序的设计方法。
3．了解循环程序的基本结构和控制循环的方法。
二、实验内容与要求
要求学生按教师指定题目进行汇编语言程序设计，并上机调试，以实现较复杂的程序设计。
1.已知X、Y、Z、MAX为16位的带符号数，求三个数中最大值，结果存入MAX单元。
2.求10个学生成绩中的最高成绩，结果存入MAX字节单元中，已知成绩为字节型。
三、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的、内容与要求。
2．学生编写的经过调试的汇编语言源程序及相应的程序框图。
3．在每个汇编语言源程序后给出程序的调试过程和实验结果。
实验4汇编语言程序设计：
综合程序设计实验（2学时）
一、实验目的
1．通过分支程序设计、循环程序设计实验，掌握无条件转移指令、条件转移指令的格式、功能及使用方法。
2．掌握分支程序的结构、单分支和多分支程序的设计方法。
3．了解循环程序的基本结构和控制循环的方法。
4．掌握通过DOS中断调用使用键盘和显示器的方法。
二、实验内容与要求
1.编写一个汇编程序，要求对键盘输入的大写字母用小写字母显示出来,键盘输入的小写字母用大写字母显示出来。
2.编写一个汇编程序，使得从键盘上输入十个以内的字符，以输入空格结束，然后按数字、字母和其它符号三类统计各自的个数，在屏幕上依次显示出统计结果。
完善下面的原程序
CODESEGMENT
MAINPROCFAR
ASSUMECS:
CODE
START:
PUSHDS
SUBAX,AX
PUSHAX
MOVBH，0；统计数字的个数
MOVBL，0；统计字母的个数
MOVDH，0；统计其它字符的个数
MOVCX，10
AA1：
CMPCX，0
JZSTOP；输入字符超过10个
MOVAH,1
INT21H；从键盘接收一个字符
CMPAL，20H
JZSTOP
CMPAL，’0’
JBCC1
CMPAL，’9’
JACC1
INCBH
自行写出比较是否为字母的情况
CC2：
INCDH
DECCX
STOP：
MOVDL，BH
MOVAH，02
INT21H
自行写出输出字母的个数
自行写出输出其它字符的个数
RET
Mainendp
Codeends
End
三、实验报告要求
1．在实验报告专用纸上填写实验名称、实验地点及实验目的、内容与要求。
2．学生编写的经过调试的汇编语言源程序。
3．在每个汇编语言源程序后给出程序的调试过程和实验结果。
升级会员 