計算機組成原理實驗之運算器和存儲器實驗

1、實驗一 運算器實驗一、實驗目的： 1 掌握運算器的組成及工作原理；2了解4位函數發(fā)生器74ls181的組合功能，熟悉運算器執(zhí)行算術操作和邏輯操作的具體實現過程；3 驗證帶進位控制的74ls181的功能。二、實驗設備： el-jy-ii型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。三、預習要求： 復習本次實驗所用的各種數字集成電路的性能及工作原理； 預習實驗步驟，了解實驗中要求的注意之處。四、實驗原理： 運算器的結構框圖如圖1-1示。 圖1-1 運算器的結構框圖 算術邏輯單元alu是運算器的核心。此處由四片74ls181（u7、u8、u9、u10）以并串形式構成16位運算器。它可以對兩個16位二進制數

2、進行多種算術或邏輯運算，74ls181 有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。算術邏輯單元alu是74ls181的功能控制條件由s3、s2、s1、s0、 m、cn決定。高電平方式的74ls181的功能、管腳分配和引出端功能符號詳見表1-1、圖1-2和表1-2。 四片74ls273（u3、u4、u5、u6）構成兩個16位數據暫存器，其控制信號分別為ldr1和ldr2，當ldr1和ldr2 為高電平有效時，在t4脈沖的前沿，總線上的數據被送入暫存器保存。74ls273的管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-3兩個三態(tài)門74ls244（

3、u11、u12）作為運算器的輸出緩沖器由alu-g信號控制，alu-g 為“0”時，三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；alu-g 為“1”時，三態(tài)門關閉，此時其輸出呈高阻。其管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-4。 74ls181功能表見表11，其中符號“”表示邏輯“或”運算，符號“*”表示邏輯“與”運算，符號“/”表示邏輯“非”運算，符號“加”表示算術加運算，符號“減”表示算術減運算。 選擇 m=1 邏輯操作 m=0 算術操作s3 s2 s1 s0cn=1（無進位）cn=0（有進位）0 0 0 0f=/a f=af=a加10 0 0 1f=/(a+b)f=a+bf=(a+b)加10 0 1 0

4、f=/a*bf=a+/bf=(a+/b)加10 0 1 1f=0f=1f=00 1 0 0f=/(a*b)f=a加a*/bf=a加a*/b加10 1 0 1f=/bf=(a+b)加a*/bf=(a+b) 加a*/b加1 0 1 1 0f=(/a*b+a*/b) f=a減b減1f=a減b0 1 1 1f=a*/bf=a*/b減1f=a*/b1 0 0 0f=/a+bf=a加a*bf=a加a *b加1 1 0 0 1f=/(/a*b+a*/b)f=a加bf=a加b加1 1 0 1 0f=bf=(a+/b)加a*bf=(a+/b)加a*b加11 0 1 1 f=a*bf=a*b減1f=a*b 1 1

5、 0 0f=1f=a加af=a加a 加11 1 0 1f=a+/bf=(a+b)加af=(a+b)加a加1 1 1 1 0f=a+bf=(a+/b)加af=(a+/b)加a加11 1 1 1f=af=a減1f=a表1-1 74ls181功能表 圖1-2 74ls181管腳分配 表1-2 74ls181輸出端功能符號 圖1-3（a） 74ls273管腳分配 圖1-3（b）74ls273功能表 圖1-4（a） 74ls244管腳分配 圖1-4（b） 74ls244功能五、實驗內容：驗證74ls181運算器的邏輯運算功能和算術運算功能。六、實驗步驟：說明：本次實驗采用開關控制操作方式，為了避免總線沖

6、突，首先將控制開關電路的alu-g和c-g撥到輸出高電平“1”狀態(tài)(所對應的指示燈亮。)本實驗中所有控制開關撥動，相應指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“0”。 1、 按圖15接線圖接線： 連線時應注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。 運算器接口 s3s2s1s0mcn alu-g ar ldr1 ldr2 bd15 . bd8數據總線bd7 . bd0 dij1 dij-g dij2 數據輸入電路 c-g s3s2s1s0mcn alu-g ar ldr1 ldr2控制總線t4 控制開關電

7、路 t+ fin f/8 脈沖源及時序電路 圖15 實驗一 開關實驗 接線圖 2、 通過數據輸入電路的撥開關開關向兩個數據暫存器中置數：注意：本實驗中alu-g和c-g不能同時為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實驗時應時刻保持只有一路與總線相通。1）撥動清零開關clr，使其指示燈滅。再撥動clr，使其指示燈亮。置alu-g1：關閉alu的三態(tài)門；再置c-g=0：打開數據輸入電路的三態(tài)門；2） 向數據暫存器lt1（3、u4）中置數：（1）設置數據輸入電路的數據開關“d15d0”為要輸入的數值；（2）置ldr11：使數據暫存器lt1（3、u4）的控制信號有效，置 ldr20：使 數據暫存器l

8、t2（5、u6）的控制信號無效；（3）按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器lt1送時鐘，上升沿有效，把數據存在lt1中。 3）向數據暫存器lt2（5、u6）中置數：（1）設置數據輸入電路的數據開關“d15d0”為想要輸入的數值；（2）置ldr10：數據暫存器lt1的控制信號無效；置ldr21：使數據暫存器lt2的控制信號有效。（3）按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器lt2送時鐘，上升沿有效，把數據存在lt2中。 （4）置ldr10、ldr20，使數據暫存器lt1、lt2的控制信號無效。 4 ）根據功能表選擇功能，觀察運算結果。（1）置c-g=1，關閉數據輸入電路的三態(tài)

9、門，然后再置alu-g=0，打開alu的三態(tài)門 ；（2）置“s3s2s1s0mcn”為“xxxxxx”，觀察數據總線顯示燈顯示數據并記錄結果。 3、驗證74ls181的算術和邏輯功能:根據上述實現步驟，參考表11的功能表，選擇合適“s3s2s1s0mcn”填入下表，并將通過數據總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值f，填入上表中，參考表11的功能表，分析輸出f值是否正確。lt1（a）lt2（b）實現功能功能選擇（s3s2s1s0mcn）實驗結果1234h5678hf=af=bf=a*bf=0f=1f=1f=a減bf=a加bf=a減b減1f=a加b加1七、思考題1、如何利用4位并行算術邏輯運算單元7

10、4ls181實現16位二進制數運算？有哪些解決方案？ 八、實驗報告要求： 實驗后及時完成實驗報告，要求用專用的實驗報告紙書寫，具體應包括以下幾方面內容：實驗題目、實驗目的、實驗儀器、實驗原理圖、實驗記錄（所有的運算結果，故障現象及排除經過）、思考題、本次實驗的收獲及想法。實驗二 存儲器實驗 一、實驗目的：1、掌握半導體靜態(tài)隨機存儲器ram的特性和使用方法。2、掌握地址和數據在計算機總線的傳送關系。3、了解運算器和存儲器如何協(xié)同工作。二、預習要求：預習半導體靜態(tài)隨機存儲器6116的功能 。三、實驗設備： el-jy-ii型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、實驗原理：電路圖見圖2-1，61

11、16的管腳分配和功能見圖2-2。圖2-1 存儲器電路 圖2-2（a） 6116管腳分配 圖2-2（b） 6116功能 實驗中的靜態(tài)存儲器由2片6116（2k×8）構成，其數據線d0d15接到數據總線，地址線a0a7由地址鎖存器74ls273(集成于ep1k10內)給出。黃色地址顯示燈a7-a0與地址總線相連，顯示地址總線的內容。綠色數據顯示燈與數據總線相連，顯示數據總線的內容。 圖2-3 讀寫控制及地址寄存器電路6116有三個控制線，/ce（片選）、/r（讀）、/w（寫）。其寫時間與t3脈沖寬度一致。當lari為高時，t3的上升沿將數據總線的低八位打入地址寄存器。當wei為高時，t3

12、的上升沿使6116進入寫狀態(tài)。五、實驗內容：學習靜態(tài)ram的存儲方式，往ram的任意地址里存放數據，然后讀出并檢查結果是否正確。六、實驗步驟說明：為了避免總線沖突，首先將控制開關電路的所有開關撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應的指示燈亮。1、 按圖24接線圖接線：圖2-3 實驗接線圖2、撥動清零開關clr，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮滅亮。3、往存儲器寫數據： 以往存儲器的（ff） 地址單元寫入數據“aabb”為例，操作過程如下： (操作) (顯示) (操作) (顯示) (操作) 1.c g=1 2.置數據輸入電路d15d0 “000000001111 1111”3.ce=14.c-g=0綠色數據總

13、線顯示燈顯示 “000000001111 1111”1.lar=12.t3=1（按【單步】） 地址寄存器電路黃色地址顯示燈顯示 “11111111”1.c-g=12.置數據輸入電路d15d0 “1010101010111011”3. lar=04. c-g=0 (顯示) (操作)綠色數據總線顯示燈顯示 “1010101010111011”1.we=1 2.ce=03.t3=1 (按【單步】)4 we=04、依據上述步驟按表21所列地址寫入相應的數據表2-1地址（二進制）數據（二進制） 000000000011001100110011 011100010011010000110100 01000

14、0100011010100110101 010110100101010101010101 101000110110011001100110 110011111010101110101011 111110000111011101110111 1110011010011101100110115、從存儲器里讀數據：以從存儲器的（ff） 地址單元讀出數據“aabb”為例，操作過程如下： (操作) (顯示) (操作) (顯示) (操作) (顯示) 1.c-g=1 2. 置數據輸入電路d15d0"0000000011111111” 3.ce=14.c-g=0綠色數據總線顯示燈顯示 “0000000011111111”1.lar=12.t3=1 (按【單步】)mar電路黃色地址顯示燈顯示 “11111111”1. c-g=12. lar=0 3. we