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”。