计算机原理实验报告.docx

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计算机原理实验报告

本科实验报告

课程名称：

计算机组成原理

实验项目：

移位运算实验

实验地点：

计算机硬件实验室

专业班级：

电信1001学号：

2010001207

学生姓名：

吴清涛

指导教师：

阎宏印

2012年12月21日

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、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。

三、工作原理：

移位运算实验电路结构如图所示：

移位运算器电路结构

功能由S1、S0、M控制，具体功能见表2-2：

G-299

S1

S0

M

T4

功能

0

0

0

×

↑

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

↑

循环左移

0

0

1

1

↑

带进位循环左移

1

1

1

×

↑

置数（进位保持）

0

1

1

0

↑

置数（进位清零）

0

1

1

1

↑

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

1、实验连线：

实验连线图如图所示。

键盘方式接线图

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，S1=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，S1=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，S1=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，S1＝1，M=1,再按【单步】即可实现带进位右移操作。

本科实验报告

课程名称：

计算机组成原理

实验项目：

运算器实验

实验地点：

计算机硬件实验室

专业班级：

电信1001学号：

2010001207

学生姓名：

吴清涛

指导教师：

阎宏印

2012年12月21日

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、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。

三、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。

ALU电路

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

四、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。

五、实验内容：

　　　验证74LS181运算器的逻辑运算功能和算术运算功能。

六、实验步骤

1、按图1－7接线图接线：

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：

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）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。

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=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:

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=1234H

F=1235H

F=EDCBH

0001

F=567CH

F=567DH

F=A983H

0010

F=BBB7H

F=BBB8H

F=444BH

0011

F=FFFFH

F=0000H

F=0000H

0100

F=1238H

F=1239H

F=EDCFH

0101

F=5680H

F=5681H

F=A987H

0110

F=DDDDH

F=DDDEH

F=444CH

0111

F=0003H

F=0004H

F=0004H

1000

F=2464H

F=2465H

F=FFFBH

1001

F=68ACH

F=68ADH

F=BBB3H

1010

F=CDE7H

F=CDE3H

F=5678H

1011

F=122FH

F=1230H

F=1230H

1100

F=2468H

F=2469H

F=FFFFH

1101

F=68B0H

F=68B1H

F=BBB7H

1110

F=CDEBH

F=CDECH

F=567CH

1111

F=1233H

F=1234H

F=1234H

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.

本科实验报告

课程名称：

计算机组成原理

实验项目：

存储器读写和总线控制实验

实验地点：

计算机硬件实验室

专业班级：

电信1001学号：

2010001207

学生姓名：

吴清涛

指导教师：

阎宏印

2012年12月21日

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、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。

三、电路组成：

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

四、工作原理：

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。

五、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。

6、实验步骤：

1、按图3－5接线图接线：

图3－5

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＝“0000000011111111”

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

2.置数据输入电路

D15—D0＝“1010101010111011”

3.LAR=0

4.C-G=0

（显示）（操作）

绿色数据总线显示灯显示

“1010101010111011”

1.WE=1

2.CE=0

3.T3=1（按【单步】）

4WE=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

2.置数据输入电路

D15—D0＝"0000000011111111”

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】）

MAR电路黄色地址显示灯显示

“11111111”

1.C-G=1

2.LAR=0

3.WE=0

4.CE=0

绿色数据总线显示灯显示

“1010101010111011”

6、按上述步骤读出表3－2数据，验证其正确性。

本科实验报告

课程名称：

计算机组成原理

实验项目：

存储器读写和总线控制实验

实验地点：

计算机硬件实验室

专业班级：

电信1001学号：

2010001207

学生姓名：

吴清涛

指导教师：

阎宏印

2012年12月21日

总线控制实验

一、实验目的：

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：

EL-JY-II型计算机组成原理实验系统一套，排线若干。

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LT2寄存器中的数相加。

（4）输入设备将另一个数打入地址寄存器。

（5）将两数之和写入当前地址的存储器中。

（6）将当前地址的存储器中的数用数码管显示出来。

四、实验连线

总线控制实验接线图

5、实验步骤

1、按照上图所示将所有连线接好。

2、总线初始化。

关闭所有三态门置控制开关ALU_G=1（加法器控制信号），CA1=1（显示输出），CA2=1（数据输入），CE=1（存储器片选）。

其它控制信号为LOAD=0，AR=0，LPC=0，C=1，WE=1，A=1，B=1。

3、将D15—D0拨至“0001001000110100”，置CA2=0，LOAD=1，然后置LOAD=0，将“1234H”打入LT1寄存器。

4、将D15—D0拨至“010*********”，置AR=1，然后置AR=0，将“5678H”打入LT2寄存器。

5、将S3S2S1S0MCN拨至“100101”，计算两数之和。

6、将D7—D0拨至“00000001”，置LPC=1，然后置LPC=0，将“01H”打入地址寄存器。

7、置CA2=1，ALU-G=0，WE=0，CE=0，将上述计算结果写入当前地址的存储器中。

然后置CE=1，WE=1。

8、置ALU-G=1，CE=0，CA1=0，C=0，将当前地址的存储器中的数输出至数码管，然后置C=1，CE=1，CA1=1。

六、实验结果

照以上8步操作完成后，输出显示电路LED上显示“68AC”。