計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)1

1、計(jì)算機(jī)組成原理上機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)(Ver3.0)張光建黃賢英計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院2010年12月、夕4,刖百本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)根據(jù)TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的操作編寫(xiě)，主要是為配合講授與學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)組成原理課程而寫(xiě)，本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)提供幾個(gè)基本的實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，提供一個(gè)具有幾條基本指令的簡(jiǎn)單模型機(jī)的設(shè)計(jì)。TDN-CM+系統(tǒng)是一臺(tái)硬件組成相對(duì)完備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，包括運(yùn)算器、控制器、主存、IO接口及總線等都有一定的典型性。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)選定的實(shí)驗(yàn)，主要目的是要解決實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與授課內(nèi)容的吻合，方便學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，保證課程各主要章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的理論深度和較高的實(shí)用性，更好地掌握計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和工作的基本原理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求構(gòu)建一個(gè)完

2、整的模型機(jī)，旨在幫助同學(xué)們建立一個(gè)整機(jī)的概念。本系統(tǒng)提供計(jì)算機(jī)組成原理課程所要求的教學(xué)實(shí)驗(yàn)功能，能保證學(xué)生可深入到計(jì)算機(jī)和CPU內(nèi)部，查看、測(cè)試各主要信號(hào)與部件工作狀態(tài)，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與動(dòng)手實(shí)踐的基本技能，有利于增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的結(jié)構(gòu)是：首先介紹使用TDN-CM+完成本課程實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，接下來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并將模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)展示給大家，這樣有利于從整體上把握整個(gè)系統(tǒng)，然后是對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的介紹。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都分為如下幾部分：實(shí)驗(yàn)的目的、需要使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)涉及到的實(shí)驗(yàn)原理、對(duì)本實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容作了簡(jiǎn)明的概括、完成本實(shí)驗(yàn)的步驟，最后給出了一些關(guān)于

3、本實(shí)驗(yàn)的思考題，這些思考題可在實(shí)驗(yàn)做完時(shí)要求學(xué)生回答。實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)由學(xué)生預(yù)習(xí)，理解基本的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課上由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師以提問(wèn)的方式來(lái)講解、復(fù)習(xí)各實(shí)驗(yàn)的原理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等，并著重強(qiáng)調(diào)一些注意事項(xiàng)，盡量避免盲目做實(shí)驗(yàn)。本書(shū)最后給出學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該熟練掌握和理解的主要內(nèi)容和復(fù)習(xí)要點(diǎn)，幫助大家更好地學(xué)習(xí)本門(mén)課程，并給出了部分復(fù)習(xí)題。3一、實(shí)驗(yàn)裝置介紹1( 1) 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1( 2) 實(shí)驗(yàn)裝置各單元介紹11 運(yùn)算器單元(ALUUNIT)12 計(jì)數(shù)器與地址寄存器單元(ADDRESSUNIT)23 指令寄存器單元(INSUNIT)24 時(shí)序電路單元(STATEUNIT)35 微

4、控器電路單元(MICRO-CONTROLLERUNIT.)36 .邏輯譯碼單元(LOGUNIT)47 主存貯器單元(MAINMEM)58 輸入設(shè)備單元(INPUTDEVICE)59 輸出設(shè)備單元(OUTPUTDEVICE)510 總線單元(BUSUNIT)511控制信號(hào)發(fā)生單元(W/RUNIT)512擴(kuò)展總線單元(EXTBUS)513外總線單元(EXUNIT)514邏輯信號(hào)測(cè)量單元(OSCUNIT)615單片機(jī)控制單元(8051UNIT)616開(kāi)關(guān)單元(SWITCHUNIT)617 指示燈單元(LEDUNlT)618 .PLD單元6二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)6三、上機(jī)實(shí)驗(yàn)7實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)：算

5、術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)8一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二實(shí)驗(yàn)設(shè)備8三實(shí)驗(yàn)原理8四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容9五實(shí)驗(yàn)步驟10六思考題14實(shí)驗(yàn)二運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)：進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)15一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?5二實(shí)驗(yàn)設(shè)備15三實(shí)驗(yàn)原理15四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容16五實(shí)驗(yàn)步驟17六思考題19實(shí)驗(yàn)三移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)20一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?0二實(shí)驗(yàn)設(shè)備20三實(shí)驗(yàn)原理20四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容21五實(shí)驗(yàn)步驟21六思考題22實(shí)驗(yàn)四靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)23一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二實(shí)驗(yàn)設(shè)備23三實(shí)驗(yàn)原理23四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容24五實(shí)驗(yàn)步驟25六思考題27實(shí)驗(yàn)五數(shù)據(jù)傳送實(shí)驗(yàn)28一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?8二實(shí)驗(yàn)設(shè)備28三實(shí)驗(yàn)原理28四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容28五實(shí)驗(yàn)步驟29六思考題30實(shí)驗(yàn)六微控制器實(shí)驗(yàn)31一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1二實(shí)驗(yàn)設(shè)備31三實(shí)驗(yàn)原理31四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3

6、6五實(shí)驗(yàn)步驟36六思考題39實(shí)驗(yàn)七基于微控器的模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)40一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?0二實(shí)驗(yàn)設(shè)備40三實(shí)驗(yàn)原理40四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容40五實(shí)驗(yàn)步驟40六思考題43實(shí)驗(yàn)八簡(jiǎn)單模型機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)44一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?4二實(shí)驗(yàn)設(shè)備44三實(shí)驗(yàn)原理44四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容45五實(shí)驗(yàn)步驟45四、學(xué)習(xí)指南48（ 1） 重點(diǎn)、難點(diǎn)內(nèi)容48（ 2） 重點(diǎn)內(nèi)容50附錄A實(shí)用芯片介紹55計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)裝置介紹(1) .實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1 .本課程實(shí)驗(yàn)使用專門(mén)的TDN-CM+計(jì)算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使用前后均應(yīng)仔細(xì)檢查主機(jī)板，防止導(dǎo)線、元件等物品落入裝置內(nèi)導(dǎo)致線路短路、元件損壞。2 .完成本實(shí)驗(yàn)的方法是先找到實(shí)驗(yàn)板上相

7、應(yīng)的絲印字及其對(duì)應(yīng)的引出排針，將排針用電纜線連接起來(lái)，連接時(shí)要注意電纜線的方向，不能反向連接；如果實(shí)驗(yàn)裝置中引出排針上已表明兩針相連，表明兩根引出線內(nèi)部已經(jīng)連接起來(lái)，此時(shí)可以只使用一根線連接。3 .為了弄清計(jì)算機(jī)各部件的工作原理，前面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的控制信號(hào)由開(kāi)關(guān)單元“SWITCHUNIT模擬輸入；只有在模型機(jī)實(shí)驗(yàn)中才真正由控制器對(duì)指令譯碼產(chǎn)生控制信號(hào)。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)需將所有的開(kāi)關(guān)置為初始狀態(tài)“1”。4 .本實(shí)驗(yàn)裝置的發(fā)光二極管的指示燈亮?xí)r表示信號(hào)為“0”，燈滅時(shí)表示信號(hào)為“1”。5 .實(shí)驗(yàn)接線圖中帶有圓圈的連線為實(shí)驗(yàn)中要接的線。6 .電源關(guān)閉后，不能立即重新開(kāi)啟，關(guān)閉與重啟之間至少應(yīng)有30秒間隔

8、。7 .電源線應(yīng)放置在機(jī)內(nèi)專用線盒中。8 .保證設(shè)備的整潔。(2) .實(shí)驗(yàn)裝置各單元介紹整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由若干個(gè)相互獨(dú)立的、又有一定聯(lián)系的邏輯電路單元組成。利用本實(shí)驗(yàn)裝置開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的基本方法就是根據(jù)某個(gè)具體實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵髮⑾鄳?yīng)單元用電纜線連接起來(lái)，通過(guò)輸入裝置輸入數(shù)據(jù)和模擬控制信號(hào)，通過(guò)輸出裝置的顯示檢查結(jié)果。這些單元包括：1 .運(yùn)算器單元(ALUUNIT)運(yùn)算器單元位于實(shí)驗(yàn)線路板左部，它包括運(yùn)算器單元和寄存器堆單元。(1) 運(yùn)算器單元(ALUUNIT)運(yùn)算器單元由以下部分構(gòu)成：兩片74LSl81構(gòu)成8位ALU;兩個(gè)8位寄存器DRl和DR2作為暫存工作寄存器，保存參數(shù)或中間運(yùn)算結(jié)果。ALU的輸出由三

9、態(tài)門(mén)74LS245通過(guò)排針連到數(shù)據(jù)總線上；一片8位的移位寄存器74LS299可通過(guò)排針連到數(shù)據(jù)總線上，由GAL和74LS74鎖存器組成進(jìn)位標(biāo)志控制電路和為零標(biāo)志控制電1計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)卬的34LSM)用了/ F r i段勘CNN RI A) - - Ai B J可口3】Bm maT1-F9 CN 皿中卻)MAJ - “dUlRj-機(jī)*， ,. »4 r a路，進(jìn)位標(biāo)志和為零標(biāo)志指小燈。-5 -圖0-1運(yùn)算器單元電路(2) 寄存器堆單元(REGUNIT)寄存器堆單元由三片8位寄存器(都是74LS374)R0、R1、R2組成，它們用來(lái)保存操作數(shù)及中間運(yùn)算結(jié)果等，三個(gè)寄存器的輸入已經(jīng)

10、和總線連接，而三個(gè)寄存器的輸出共用一個(gè)引出排針RJ1,等待用排線連至總線。2 .計(jì)數(shù)器與地址寄存器單元(ADDRESSUNIT)此單元位于實(shí)驗(yàn)線路板的中部，由地址寄存器AR(74LS273)、程序計(jì)數(shù)器PC(74LS161)及8位地址顯示燈構(gòu)成。單元中程序計(jì)數(shù)器及地址寄存器的輸入已接至總線，而程序計(jì)數(shù)器的輸出以排針形式引出(ADJ6),地址寄存器的輸出已連接到外總線單元“EXTBU6中的AD7-AD0,以排針形式引出。3 .指令寄存器單元(INSUNIT)指令寄存器單元中指令寄存器的輸出以排針形式引出，構(gòu)成模型機(jī)時(shí)用它作為指令譯碼電路的輸入，實(shí)現(xiàn)程序跳轉(zhuǎn)控制。4 .時(shí)序電路單元(STATEUN

11、IT)時(shí)序電路單元位于裝置的左上部，其電路由四部分構(gòu)成：消抖電路(KK2)、時(shí)序控制(TSl、TS2、TSaTS4)、時(shí)鐘信號(hào)源()、撥動(dòng)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)組(STOP、STEP)。用戶只需將中信號(hào)與信號(hào)源的輸出插孔相連，然后按動(dòng)STAR俄動(dòng)開(kāi)關(guān)，根據(jù)STOPMSTEP的狀態(tài)，T1-T4將輸出有規(guī)則的方波信號(hào)。各部分電路詳細(xì)介紹如下：(1)單拍脈沖及消抖電路在實(shí)3中KK2一般用作為單脈沖信號(hào)發(fā)生器；STARTB將其輸出接入時(shí)序電路中的START#,作為時(shí)序電路的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。所以，START-般用作啟動(dòng)時(shí)序電路。(2)時(shí)序控制電路、撥動(dòng)開(kāi)關(guān)組STEP彈步)、STOP停機(jī))分別是來(lái)自實(shí)驗(yàn)臺(tái)上部的兩個(gè)二進(jìn)制開(kāi)

12、關(guān)STEPSTOP的模擬信號(hào)。啟動(dòng)是來(lái)自微動(dòng)開(kāi)關(guān)STAR硒按鍵信號(hào)。當(dāng)STEP=O(EXEh按下START微動(dòng)開(kāi)關(guān)，運(yùn)行觸發(fā)器Cr一直處于“1”狀態(tài)，因而時(shí)序信號(hào)TS1-TS4將周而復(fù)始的發(fā)送出去。若STEP=1時(shí)，按下STARTS動(dòng)開(kāi)關(guān)，機(jī)器處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè)CPU周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。利用單步方式，每次只產(chǎn)生一條微指令，因而可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果使STOFW關(guān)置“1"(STOP)也會(huì)使機(jī)器停機(jī)。此電路經(jīng)譯碼邏輯產(chǎn)生不受控制的間隔時(shí)序信號(hào)TSl、TS2、TSaTSo(3)信號(hào)源此單元位于"STATEUNIT

13、"左側(cè)，標(biāo)有"SIGNALUNIT",調(diào)節(jié)W可以使H24端輸出用戶期望的某一頻率的方波信號(hào)，調(diào)節(jié)W2可使H23端輸出特定占空比的信號(hào)。5 .微控器電路單元(MICRO-CONTROLLERUNIT)本系統(tǒng)的微控器單元主要由編程部分和核心微控器部分組成。編程部分是通過(guò)編程開(kāi)關(guān)MJ20的相應(yīng)狀態(tài)選擇及由CLKCLK3I入的節(jié)拍脈沖的控制來(lái)完成將預(yù)先定義好的機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的微代碼程序?qū)懭氲?816E2PROM!制存儲(chǔ)器中，也具有現(xiàn)場(chǎng)直接編程能力，將自編的微程序?qū)懭?816中，還可以對(duì)控制存貯器中的微代碼進(jìn)行校驗(yàn)。本系統(tǒng)使用2816E2PROMI備掉電保護(hù)功能。核心微控器主

14、要完成接收機(jī)器指令譯碼器送來(lái)的代碼，使控制轉(zhuǎn)向相應(yīng)機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的首條微代碼程序，對(duì)該條機(jī)器指令的功能進(jìn)行解釋或執(zhí)行的工作。更具體講，就是通過(guò)接收CPUf令譯碼器發(fā)來(lái)的信號(hào)，找到本條機(jī)器指令對(duì)應(yīng)的首條微代碼的微地址入口，再通過(guò)由CLK引入的時(shí)序節(jié)拍脈沖的控制，逐條讀出微代碼。實(shí)驗(yàn)板上的微控器單元(Micro-ControllerUNIT)中的24位顯示燈(MDl-MD24)顯示的狀態(tài)即為讀出的微指令。其中的幾位經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)板所需的相應(yīng)控制信號(hào)，將它們加到數(shù)據(jù)通路中相應(yīng)的控制位，就可對(duì)該條機(jī)器指令的功能進(jìn)行解釋和計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)執(zhí)行。當(dāng)一條微指令解釋完畢，再繼續(xù)接收下一條微代碼對(duì)應(yīng)的微地

15、址入口，這樣周而復(fù)始，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令程序的運(yùn)行。核心微控器同樣是根據(jù)24位顯示燈所顯示的相應(yīng)控制位，經(jīng)部分譯碼后產(chǎn)生的二進(jìn)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器指令程序的順序、分支、循環(huán)。所以，有效地定義24位微代碼對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。（1）核心微控器單元通過(guò)編程開(kāi)關(guān)（MJ20）的不同狀態(tài)，可進(jìn)行微代碼的編程、校驗(yàn)、運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上： 微地址顯示燈顯示后續(xù)微地址，24位微代碼顯示燈顯示后續(xù)微地址的二進(jìn)制控制位。 CLKO為微地址鎖存器的時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中已接到“W/RUNIT”白TT1中。 三片2816單元的片選信號(hào)在手動(dòng)狀態(tài)下一直為“0”。 MK1-MK24為微控器的微代碼輸入二進(jìn)制開(kāi)關(guān)。 MJ19為微地址輸

16、入端，微控器實(shí)驗(yàn)中在編程和校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，可通過(guò)它人為確定微地址單元并完成讀、寫(xiě)操作。CLK為微代碼輸出鎖存器及后續(xù)的微地址輸出鎖存器的信號(hào)引出端。實(shí)驗(yàn)板中已將CLK接至“WRUNIT'單元中的T2。CLR為清零信號(hào)的引出端，實(shí)驗(yàn)板中已接至“SWITCHUNIV中最右邊的CLR開(kāi)關(guān)上，所以此二進(jìn)制開(kāi)關(guān)為CLR專用。SEl一SE6端掛接到CPU的指令譯碼器的輸出端，通過(guò)譯碼器確定相應(yīng)機(jī)器指令的微代碼入口，也可人為手動(dòng)模擬CPU的指令譯碼器的輸出，達(dá)到同一目的。（2）編程器單元在該實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有編程開(kāi)關(guān)MJ20,它具有三種狀態(tài)：PRO網(wǎng)程）、READ校驗(yàn)）、RUN區(qū)行）。 處于編程狀態(tài)PROM

17、寸，微地址鎖存器讀有效：微代碼輸入三態(tài)門(mén)打開(kāi)，后續(xù)微地址三態(tài)門(mén)關(guān)閉，同時(shí)2816寫(xiě)有效，讀無(wú)效。此時(shí)若啟動(dòng)時(shí)序電路，即可將微代碼寫(xiě)入到相應(yīng)的微地址中，并在相應(yīng)的顯示燈上顯示。 處于校驗(yàn)狀態(tài)READ時(shí)，微地址鎖存器讀有效，微代碼輸入三態(tài)門(mén)關(guān)閉，后續(xù)微地址三態(tài)門(mén)關(guān)閉，同時(shí)2816讀有效，寫(xiě)無(wú)效。此時(shí)若啟動(dòng)時(shí)序電路，即可將相應(yīng)的微地址中的微代碼讀出，并在顯示燈上顯示。 處于運(yùn)行狀態(tài)RUN時(shí)，微地址鎖存器關(guān)閉，微代碼輸入三態(tài)門(mén)關(guān)閉，后續(xù)微地址三態(tài)門(mén)打開(kāi)，同時(shí)2816讀有效，寫(xiě)無(wú)效。此時(shí)若啟動(dòng)時(shí)序電路，即從微地址顯示燈顯示的地址開(kāi)始繼續(xù)運(yùn)行。6 .邏輯譯碼單元（LOGUNIT）本單元主要功能是根據(jù)機(jī)器指

18、令及相應(yīng)的微代碼進(jìn)行譯碼使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)三個(gè)工作寄存器RRR1、R2的選通譯碼。7 .主存貯器單元(MAINMEM)此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置左下方,由SRAM6116構(gòu)成，用于存貯實(shí)驗(yàn)中的機(jī)器指令和數(shù)據(jù)。8 .輸入設(shè)備單元(INPUTDEVICE)此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置左下角，使用8個(gè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)作為輸入設(shè)備，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一個(gè)三態(tài)門(mén)74LS245,連接到排針上，等待連接到總線上。9 .輸出設(shè)備單元(OUTPUTDEVICE)此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置左下方，作為輸出外設(shè)，輸出數(shù)據(jù)從總線通過(guò)排針連接到鎖存器后，由兩個(gè)數(shù)碼管顯示其值。10 .總線單元(BUSU

19、NIT)本單元位于實(shí)驗(yàn)裝置中部，包才6組排針，它們是橫向?qū)?yīng)連通的。排針下方是和總線對(duì)應(yīng)的8位數(shù)據(jù)顯示燈，以顯示總線上的二進(jìn)制數(shù)值，將引出的排針與總線單元用8孔排線連好，就可構(gòu)成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)電路的數(shù)據(jù)通路。11 .控制信號(hào)發(fā)生單元(W/RUNIT)此單元位于線路板左中部，用來(lái)轉(zhuǎn)接產(chǎn)生各單元電路所需的時(shí)序信號(hào)，以及外總線(EXTBUS)所需的讀/寫(xiě)控制信號(hào)WR該單元電路由2部分組成：(1) 4個(gè)排針引出端T1、T2、T3、T4為時(shí)序信號(hào)輸入端，它們和實(shí)驗(yàn)單元中相應(yīng)的時(shí)序信號(hào)控制端全部相連.在做部件實(shí)驗(yàn)時(shí)，須將相應(yīng)線接至KK2來(lái)產(chǎn)生單脈沖；做模型機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，T1、T2、T3、T4接至“STATEUNI

20、T'相應(yīng)的TSl、TS2、TSaTS4即可。(2)在實(shí)驗(yàn)中只需適當(dāng)定義24位微代碼信號(hào)的含義，并將讀/寫(xiě)控制位接入到WE±,就可為系統(tǒng)外總線提供W/R信號(hào)。12 .擴(kuò)展總線單元(EXTBUS)此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置中下角，其中AD7-AD0排針為“ADDRESSUNIT的地址總線輸出：D7-DO排針為“BUSUNIT'的數(shù)據(jù)總線輸出；W/R作為“W/RUNIT”的輸出讀/寫(xiě)控制線；A8、A9為轉(zhuǎn)接插座，可接至"MICRO-CONTROLLERNIT"的24位控制位中的任意兩位，作為外設(shè)選擇信號(hào)。13 .外總線單元(EXUNIT)此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置的左下

21、角，單元兩側(cè)的8線排針為兩組獨(dú)立的總線擴(kuò)展轉(zhuǎn)接區(qū)，中間為I/O譯碼電路，采用一片74LS139作譯碼器。當(dāng)A9=QA8=O時(shí)，選中YQ當(dāng)A9=QA8=l時(shí)，選中Y1;當(dāng)A9=l,A8=O時(shí)，選中丫2;當(dāng)A9=l,A8-1時(shí)，選中丫3。其中：Y0、Y1、Y2、Y3為低電平有效。14 .邏輯信號(hào)測(cè)量單元（OSCUNIT）本單元提供兩路邏輯信號(hào)PC示波器，用于測(cè)試數(shù)字信號(hào)波形。15 .單片機(jī)控制單元（8051UNIT）此單元為CM+峙有的單元，用于與PC微機(jī)聯(lián)機(jī)。16 .開(kāi)關(guān)單元（SWITCHUNIT）此單元位于裝置右下方，單元中的開(kāi)關(guān)都可作為通用電路使用，為防止實(shí)驗(yàn)時(shí)接至二進(jìn)制開(kāi)關(guān)產(chǎn)生混亂，二進(jìn)制

22、開(kāi)關(guān)下方均有絲印字（用戶也可以自定義），所以實(shí)驗(yàn)接線時(shí)可將實(shí)驗(yàn)中的各電平控制模擬信號(hào)接至相應(yīng)二進(jìn)制開(kāi)關(guān)。17 .指示燈單元（LEDUNIT）此單元由8個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，用于測(cè)量和指示邏輯信號(hào)。18 .PLD單元此單元位于實(shí)驗(yàn)裝置右下方，可進(jìn)行編程。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)利用本實(shí)驗(yàn)裝置構(gòu)造的模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)框圖如下圖。其中各單元內(nèi)部已經(jīng)連接好，單元之間可能已經(jīng)連接好，其它一些單元之間的連線需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠门啪€連接。-7 -計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)11 -ALU/1則LDDR1DR1(7«T3)2(74275)八LDDBaLDRQCPU三、上機(jī)實(shí)驗(yàn)Nrload時(shí)汴渤控器XIRK(

23、7«in)HEM041Tpinf/RCELKD-Bf/H數(shù)據(jù)總統(tǒng)Icso,CSInz-icsasw-&Zl_L.INPUT圖0-2模型機(jī)數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)框圖實(shí)驗(yàn)一運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)：算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)；2 .掌握運(yùn)算器的工作原理；3 .掌握運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路；4 .驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器（74LS181）的組合功能。二.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNN-CM+針?biāo)銠C(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路如圖1-1所示。對(duì)單總線數(shù)據(jù)通路，需要分時(shí)共享總線，每一時(shí)刻只能有一組數(shù)據(jù)送往總線。74LS181是4位算術(shù)邏輯運(yùn)算器（ALU），它可

24、以進(jìn)行16種算術(shù)運(yùn)算和16種邏輯運(yùn)算。ALU進(jìn)行的運(yùn)算由S3,S2,S1,S0,Cn,M來(lái)決定。74LS181的邏輯功能表如表1所示。運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)原理圖如圖1-1所示，為進(jìn)行8位運(yùn)算，使用兩片74LS181以并/串方式構(gòu)成8位字長(zhǎng)的ALUt系A(chǔ)LU的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)三態(tài)門(mén)（74LS245）和數(shù)據(jù)總線相連。三態(tài)門(mén)由ALU-B控制，控制運(yùn)算器運(yùn)算的結(jié)果能否送往總線，低電平有效。為實(shí)現(xiàn)雙操作數(shù)的運(yùn)算，ALU的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由二個(gè)鎖存器DR1、DR2（由74LS273實(shí)現(xiàn)）鎖存數(shù)據(jù)。要將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到DR1DR2中，鎖存器的控制端LDDR1和LDDR數(shù)須為高電平，同時(shí)有T4脈沖到來(lái)。數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)（

25、“INPUTDEVICE）用來(lái)給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)（74LS245）后送入數(shù)據(jù)總線，三態(tài)門(mén)由SW-B控制，低電平有效。數(shù)據(jù)顯示燈（“BUSUNT）已和數(shù)據(jù)總線相連，用來(lái)顯示數(shù)據(jù)總線上的內(nèi)容。圖中已將用戶需要連接的控制信號(hào)用圓圈標(biāo)明（其他實(shí)驗(yàn)相同，不再說(shuō)明），其中除T4為脈沖信號(hào)外，其它均為電平信號(hào)。由于實(shí)驗(yàn)電路中的時(shí)序信號(hào)均已連至“WRUNIT'的相應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，因此，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需將“W/RUNIT”的T4接至“STATEUNIT'的微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2的輸出端，按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖。ALU運(yùn)算所需的電平控制信號(hào)S&S2、S1、SRCn、

26、MLDDR1LDDR2ALUBSW-B均由“SWITCHUNIT中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，其中Cn>ALU-B、SW-B為低電平有效，LDDRl、LDDR2高電平有效。S3S2SIS0MHC算術(shù)運(yùn)算）M-L（邏輯運(yùn)尊）Cn=l（無(wú)進(jìn)檢）CnTX有透位）0000F-AF-A加】F»A0001F-A+BF-<A+BiEIF-A+B00J0F«A+BF-(A+B>加I!J=Afl0011FT減1rf-oFT0100F*A加ABF=A加A亙加1F-AB0101F=AB加(A+B)f-ab加(A+B)加IF/0110F=A減B減1F-A減3F-A密B0111F=AB

27、減IF=A亙F=AR1000F=A加ABF.A加A8加1F*B1001F-A加BF»A加B加1F=A®B101DF=AB加(A+B)F-AB加(A+B)加IF=R1011fABMIF-ABF=AHt)00F»A加AF工人加A加】F>11101F-A加(A+B)F-A加(A+B)加1F，A*百1110H=A加(A+B)FA加(A+B)加IP=A+B1HF-AM1P-AF»A注；輸入為人和配輸出為F，為正避粗.表174LS181邏輯功能表四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .輸入數(shù)據(jù)通過(guò)三態(tài)門(mén)74LS245后送往數(shù)據(jù)總線，在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上顯示2 .向DR1

28、（或DR2）中置數(shù)，經(jīng)ALU直傳后，經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)245送入數(shù)據(jù)總線，在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上顯示3 .輸入數(shù)據(jù)到DR1和DR2中，驗(yàn)證74LS181的功能，結(jié)果在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管上顯示4 .通過(guò)輸入幾組不同的數(shù)據(jù)（一組產(chǎn)生進(jìn)位，一組不產(chǎn)生進(jìn)位），完成指定的運(yùn)算，觀察進(jìn)位標(biāo)志和零標(biāo)志燈的狀態(tài)，以及進(jìn)位對(duì)ALU下一步操作的影響M oALU(181)j a n't j t l Jn. JL JLDDK1 T4LDDR2 0-f14 O1 -jSW4i O物碼帚示性七三杰門(mén)245Q7- Q4 Q3 Q0DR I(273)n的蜜竹美圖1-1運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖五.實(shí)驗(yàn)步驟1 .輸入數(shù)據(jù)通

29、過(guò)三態(tài)門(mén)74LS245后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管LED上直接顯示(1) 按下圖1-2連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后，接通電源。計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)圖1-2總線數(shù)據(jù)顯示連線圖(注：W/R信號(hào)可以連接PC-B開(kāi)關(guān)，或者是本實(shí)驗(yàn)中不用的任一個(gè)開(kāi)關(guān)，其余同 )(2)用二進(jìn)制數(shù)碼開(kāi)關(guān)輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)的流程是：65H,觀察總線數(shù)據(jù)顯示燈和 LED的變化。關(guān)閉輸入三態(tài)門(mén)SW-B=1從數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)J打開(kāi)輸入輸入65H1三態(tài)門(mén)SW-B=0事總線燈顯示數(shù)他顯不管f 顯示LED-B=0產(chǎn)生W/效沿信號(hào)結(jié)果是:2 .向DR1(或DR2)中置數(shù)，經(jīng)ALU直傳后，經(jīng)過(guò)三態(tài)門(mén)245送入數(shù)據(jù)總線，在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯

30、示管LED上顯示(1)按下圖1-3連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后，接通電源13計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)ALU UNITD7 AUJ3 DOALU B S3- -Cn LDDRLLDDK2qpQ21 -00q -OB7BO中】BUSUNITOUTPUTdeviceD7DOW.'RLED-BmCJD?SWJ3 D° sw bINPUT DEVICEELItnCEL1，魂-RPC-&gg_RALL-BS3-CnLDDR1LDDR2SWITCHUN"(2)向DRl和DR2寄存器中置入數(shù)據(jù) 65H和A7H向DR1中輸入數(shù)據(jù)的流程為:SW-B=1圖1-3實(shí)驗(yàn)接線圖SW-B=

31、0ALU-B=1LED-B=0LDDR1=1產(chǎn)生W/就LDDR2=0沿信號(hào)按KK發(fā)脈沖結(jié)果是:(3)檢查DRl和DR2寄存器中的數(shù)據(jù)是否正確。檢查DR1的操作步驟如下：關(guān)閉輸入三態(tài)門(mén):SW-B=1關(guān)閉暫存器的輸入：LDDR1=0LDDR2=0設(shè)置運(yùn)算器直傳方式：S3S2S1S0M=11111打開(kāi)ALU輸出三態(tài)門(mén)：ALU-B=0將總線上的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示：LED-B=0產(chǎn)生W/R邊沿信號(hào)結(jié)果：(DR1)=檢查DR2的操作步驟如下：關(guān)閉輸入三態(tài)門(mén):SW-B=1打開(kāi)ALU輸出三態(tài)門(mén)：ALU-B=0設(shè)置運(yùn)算器直傳方式：S3S2S1S0M=10101將總線上的數(shù)據(jù)在數(shù)碼管上顯示：LED-B=0產(chǎn)生W/

32、R邊沿信號(hào)結(jié)果：(DR2)=3 .將輸入DR1和DR2中的兩個(gè)數(shù)進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，驗(yàn)證ALU的功能，顯示結(jié)果,并填寫(xiě)下表。DR1DK2S3S2SISOM=0（算不運(yùn)算）（邏輯運(yùn)算）3=1無(wú)進(jìn)位Cn=0有進(jìn)位65A7C000F=<65)JF=(66)F=(9A)65A70001F-(E7>F=(E8)F=(18)65A7|0010F=(7D)F=(7E)F=(82)0011F=()F=(>F=C)0100F=()F=()F=()Q101F=()F=C)F=()0110F：()F=()-A()Q111F=()F=()F=()1000F-<)F=(1片（）1G01F=()F=

33、()F=()1010F=()F=()F=()1011F=()F=<)F=()1100F=(>F=()F=<)1101F=()X()F=()1110F=()F=()F=()1111F=()F=()F=()六.思考題在運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖中，DR1、DR2連接到74LS181時(shí)為什么要交叉？?jī)蓚€(gè)4位的74LS181是如何構(gòu)成8位白ALU的？“+”和“加”的區(qū)別是什么？?jī)蓚€(gè)三態(tài)門(mén)74LS245的控制有何限制？數(shù)據(jù)輸入DR1DR2時(shí)控制有何限制?運(yùn)算器是如何完成多種不同的功能的？怎樣控制它？你認(rèn)為計(jì)算機(jī)是怎樣實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行的？實(shí)驗(yàn)二運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)：進(jìn)位控制實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握運(yùn)算器的工作

34、原理、運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路。2 .驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的運(yùn)算器的功能；3 .驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器(74LS181)的組合功能。二.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNN-CM+針?biāo)銠C(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)位控制運(yùn)算器的實(shí)驗(yàn)原理如圖2-1所示，在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上增加進(jìn)位控制部分，進(jìn)位控制的基本原理是：兩數(shù)在74LS181中進(jìn)行運(yùn)算后最高位的進(jìn)位C(n+4)連接到一個(gè)74鎖存器的輸入端D,是否鎖存由T4和AR(低電平有效)信號(hào)控制。T4是脈沖信號(hào)，實(shí)驗(yàn)時(shí)將T4連至“STATEUNIT”的微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2上。當(dāng)T4脈沖到來(lái)時(shí)，進(jìn)位結(jié)果就被鎖存到74鎖存器中了。如果鎖存器中已有進(jìn)位保存，可以控制下一次74L

35、S181所做的運(yùn)算是否帶進(jìn)位。這是通過(guò)改變Cn和AR的值來(lái)進(jìn)行的。本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)算結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位、結(jié)果是否為0是根據(jù)進(jìn)位指示燈CY和零標(biāo)志指示燈ZI的狀態(tài)來(lái)判斷的。進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY(cy=0)時(shí)表示進(jìn)位標(biāo)志為假此時(shí)運(yùn)算沒(méi)有產(chǎn)生進(jìn)位;標(biāo)志指示燈CY滅(cy=1)時(shí)表示進(jìn)位標(biāo)志為真此時(shí)運(yùn)算產(chǎn)生了進(jìn)位。零標(biāo)志指示燈ZI燈亮?xí)r表示零標(biāo)志為假此時(shí)運(yùn)算結(jié)果不為"0”,燈滅時(shí)表示零標(biāo)志為真此時(shí)運(yùn)算結(jié)果為“0”。ALU(iai) CCtt+4 AUJ ()LB0K2Q|殖痛并關(guān)圖2-1算術(shù)邏輯運(yùn)算實(shí)驗(yàn)原理圖四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)輸入兩組不同的數(shù)據(jù)（一組產(chǎn)生進(jìn)位，一組不產(chǎn)生進(jìn)位），完成指定的運(yùn)算,觀察進(jìn)位顯

36、示，以及進(jìn)位對(duì)ALU下一步操作的影響五.實(shí)驗(yàn)步驟1.按圖22連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后，接通電源。町R UNITSTATE UNITKK2 + cp _TLALU UNITARDOOUTPUT deviceU7BUS UNITODO W/H LED-Bi m中07 SWJ3 DO su ：iLZJ E CD ELDDR1LDDR2O OoALU-B S3CnCD 1S*-B LDPC299-BALU-SS3-Cu LDDR1LDDR2 ARINPUT DEVICESWITCH UNIT圖2-2實(shí)驗(yàn)接線圖2.向DR1,DR2中輸入數(shù)據(jù)，至少有兩組數(shù)據(jù)：一組產(chǎn)生進(jìn)位，一組不產(chǎn)生進(jìn)位。(1)按圖1

37、4連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后，接通電源。(2)用二進(jìn)制數(shù)碼開(kāi)關(guān)向DR1和DR2寄存器置數(shù)55H和AAH輸入流程見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)2(2)。(3)檢查DR1和DR2中的數(shù)，檢查方法見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)2(3),注意保持AR信號(hào)為1。結(jié)果：(DR1)=(DR2)=(4)進(jìn)位標(biāo)志清零，具體操作方法是：讓CLR開(kāi)關(guān)做1一0一1操作。實(shí)驗(yàn)板中“SWITCHUNIT”單元中的CLR開(kāi)關(guān)為標(biāo)志CYZI的清零開(kāi)關(guān)，它為零時(shí)是清零狀態(tài)，所以將此開(kāi)關(guān)做1一0一1操作，即可使標(biāo)志位清零。(5)驗(yàn)證帶進(jìn)位的運(yùn)算及進(jìn)位鎖存功能。設(shè)置Cn=l,Ar=O進(jìn)行帶進(jìn)位算術(shù)運(yùn)算，設(shè)置S3s2S1S0M=10010s行兩數(shù)相力口運(yùn)算。此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯

38、示的數(shù)據(jù)為DR1加DR2加當(dāng)前進(jìn)位標(biāo)志的值，相加的結(jié)果是否產(chǎn)生進(jìn)位，根據(jù)CY燈來(lái)判別，若CY燈亮，表示無(wú)進(jìn)位，反之，有進(jìn)位；本次運(yùn)算結(jié)果是否為0,根據(jù)ZI燈來(lái)判別，若ZI燈亮，運(yùn)算結(jié)果不為0,反之，結(jié)果為0。關(guān)閉輸入三態(tài)門(mén):SW-B=1打開(kāi)ALU輸出三態(tài)門(mén)：ALU-B=O關(guān)閉寄存器的輸入：LDDR1=0LDDR2=0進(jìn)行帶進(jìn)位加法運(yùn)算：Cn=lAr=OS3S2SlS0M=l0010觀察結(jié)果(此時(shí)只能觀察到本位和)：按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2,觀察進(jìn)位標(biāo)志燈CY,零標(biāo)志燈ZI的變化。(此時(shí)將顯示鎖存器74中的內(nèi)容，同時(shí)也會(huì)將鎖存內(nèi)容加到ALU的低位)，現(xiàn)象及結(jié)果是：(6)輸入另一組數(shù)據(jù)FFH,01H到D

39、R1和DR2中，重復(fù)(2)、(3)、(4)、的步驟,觀察CY,ZI顯示燈以及運(yùn)算結(jié)果。現(xiàn)象及結(jié)果是：當(dāng)剛才運(yùn)算的進(jìn)位已經(jīng)鎖存到74LS74時(shí)，輸入另一組數(shù)據(jù)FFH,01H到DR1和DR2中，觀察進(jìn)位燈及結(jié)果。現(xiàn)象及結(jié)果是：(8)輸入另一組數(shù)據(jù)0EH,01H到DR1和DR2中，觀察進(jìn)位燈及結(jié)果?，F(xiàn)象及結(jié)果是：六.思考題1 .本次運(yùn)算的進(jìn)位是如何進(jìn)行鎖存的？2 .ARCn是如何控制帶進(jìn)位加法的？控制信號(hào)Cn設(shè)為0與鎖存彳言號(hào)為0的含義是否相同？3 .進(jìn)行運(yùn)算時(shí)為彳f么要關(guān)閉DR1,DR2?4 .敘述帶進(jìn)位的加法的實(shí)現(xiàn)原理。計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)三移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解移位發(fā)生器74L

40、S299的功能。2 .驗(yàn)證移位控制電路的組合功能。.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM+針?biāo)銠C(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理圖3-1所示為移位控制電路。其中使用了一片74LS299作為移位發(fā)生器，其8位輸入/輸出端可連接至內(nèi)部總線。74LS299移位器的片選信號(hào)為299B,在低電平日有效。T4為其控制脈沖信號(hào)，由“W/RUNIT”單元中的T4接至“STATEUNIT單元中的單脈沖發(fā)生器KK2上而產(chǎn)生，S0、S1、M作為移位控制信號(hào)，此移位控制邏輯功能表如表3-1所示。299-BS1S0M功能000任意保持0100循環(huán)后移0101帶進(jìn)位循環(huán)后移:0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移任意11任

41、意裝數(shù)表3-1移位控制邏輯功能表圖3-1移位控制電路四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行移位操作，輸出結(jié)果，并進(jìn)行觀察。五.實(shí)驗(yàn)步驟1 .按圖3-2連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無(wú)誤。圖3-2移位運(yùn)算實(shí)驗(yàn)線路圖2 .打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)。3 .向移位寄存器置數(shù)。(1)輸入開(kāi)關(guān)置數(shù)01101011;(2)給予控制信號(hào)SW-B,打開(kāi)數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(mén)；使S0=1、S1=1,并按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2,則將二進(jìn)制數(shù)01101011置入了移位寄存器；(4)移位運(yùn)算操作。參照表3-1中的內(nèi)容，先將S0、S1置為0、0,檢查移位寄存器單元裝入的數(shù)是否正確，然后通過(guò)改變S0、S1、M、299-B的狀態(tài)，并按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)KK2,觀察移位結(jié)果。六.思考

42、題1 .敘述移位運(yùn)算的基本原理。2 .在本實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)帶進(jìn)位的移位運(yùn)算？3 .本實(shí)驗(yàn)的移位運(yùn)算是算術(shù)移位還是邏輯移位?-25計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)四靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)方法、存儲(chǔ)器的組成方法。.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM+針?biāo)銠C(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖4-1所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2KX8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址線由地址鎖存器（74LS273）給出。地址燈ADOAD有地址線相連，顯示地址線內(nèi)容。數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)經(jīng)三態(tài)門(mén)（74LS245）連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)

43、據(jù)。因地址寄存器為8位，接入6116的地址A7-AO,而高三位A8A1O接地，所以其實(shí)際容量為256字節(jié)。6116有三個(gè)控制線：CE（片選線）、0E（讀線）、WE得線）。當(dāng)片選有效（CE=O）時(shí)，OE=O寸進(jìn)行讀操作，WE=0寸進(jìn)行寫(xiě)操作。本實(shí)驗(yàn)中將0E常接地，因此6116的引腳信號(hào)WE=1時(shí)進(jìn)行讀操作，WE=0時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。在此情況下，要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀操作，必須設(shè)置控制端CE=OWE=O同時(shí)有T3脈沖到來(lái)，要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫(xiě)操作，必須設(shè)置控制端CE=OWE=1同時(shí)有T3脈沖到來(lái)，其讀寫(xiě)時(shí)間與T3脈沖寬度一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其它電平控

44、制信號(hào)由“SWITCHUNIT"單元的二進(jìn)制開(kāi)關(guān)模擬，其中SW-斯低電平有效，LDA時(shí)高電平有效。數(shù)用燈rm二忐門(mén)245數(shù)黜開(kāi)美圖4-1存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)原理圖四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .向存儲(chǔ)器中指定的地址單元輸入數(shù)據(jù)，地址先輸入AR寄存器，在地址燈上顯示再將數(shù)據(jù)送入總線后，存到指定的存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管顯示。2 .從存儲(chǔ)器中指定的地址單元讀出數(shù)據(jù)，地址先輸入AR寄存器，在地址燈顯示讀出的數(shù)據(jù)送入總線，通過(guò)數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管顯示。五.實(shí)驗(yàn)步驟.將時(shí)序電路模塊中的和H23排針相連。將時(shí)序電路模塊中白二進(jìn)制開(kāi)關(guān)“STOP設(shè)置為“RUN狀態(tài)、將“STEP設(shè)置為"STEP&q

45、uot;狀態(tài)。注意：關(guān)于stop和step的說(shuō)明：將“STOP開(kāi)關(guān)置為“Run”狀態(tài)、"STEP開(kāi)關(guān)置為“EXEC狀態(tài)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)START則T3輸出為連續(xù)的方波信號(hào)，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器W1用示波器觀察，使T3輸出實(shí)驗(yàn)要求的脈沖信號(hào)。當(dāng)"STOP開(kāi)關(guān)置為“RUN狀態(tài)、"STEP開(kāi)關(guān)置為"STEP"狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次微動(dòng)開(kāi)關(guān)START則T3輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。(2).按圖42連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后接通電源。MAIN MEMOUTPUT device7 SWTJ3 DOSf-B JC-B 2SMf/R LEP-BDO I

46、 11I-1 I_I ITTIADT ADD 卡布EXT UNITADDRESS UNITLDAE_LEARINPUT DEVICESWITCH UNIT圖4-2存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)接線圖向存儲(chǔ)器指定的地址送入數(shù)據(jù)，如：向00單元中輸入11,步驟如下：向地址寄存器AR中輸入地址00的流程如下：天團(tuán)輸入三態(tài)門(mén)從數(shù)據(jù)升天輸入00 H打開(kāi)輸入打入地址寄三態(tài)門(mén)存器ARSW-B=0LDAR=1CE=1存儲(chǔ)器無(wú)效)按STARTT3脈沖SW-B=1觀察地址燈的變化輸入要存放的數(shù)據(jù)11的流程如下:SW-B=1SW-B=0LDAR=0CE=0 WE=1 發(fā)T3脈沖-33 -觀察數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管的變化按照的步驟繼續(xù)向

47、下面的幾個(gè)地址中輸入下述數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)0112021303140415SW-B=1CE=1SW-B=0 LDAR=1發(fā)T3脈沖(4)從存儲(chǔ)器指定的地址中讀出數(shù)據(jù).如從00中讀出的流程如下:SW-B=1LDAR=0CE=0WE=0發(fā)T3脈沖同樣從其它4個(gè)地址：01,02,03,04中讀出數(shù)據(jù)，觀察地址顯示燈，數(shù)據(jù)顯示燈和數(shù)碼顯示管的變化，并檢查是否和輸入的數(shù)據(jù)一致。六.思考題1 .OE,A10A8為什么要接地,不接地有何影響？2 .本實(shí)驗(yàn)中存儲(chǔ)器能夠存儲(chǔ)的最大容量是多少？PC、AR寄存器的位數(shù)是多少?存儲(chǔ)器的每個(gè)單元能存放的最大整數(shù)和最小整數(shù)是多少？3 .存儲(chǔ)器本身是怎樣存取數(shù)據(jù)的？本實(shí)驗(yàn)中是如何

48、控制內(nèi)存的讀和寫(xiě)？實(shí)驗(yàn)五數(shù)據(jù)傳送實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .理解總線的概念及其特性：三態(tài)控制，單向雙向傳送等。2 .掌握總線傳輸控制特性。.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM+針?biāo)銠C(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理總線是多個(gè)系統(tǒng)部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)各部件之間實(shí)現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，總線就是指能為多個(gè)功能部件服務(wù)的一組公用信息線。本實(shí)驗(yàn)所用總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖5-1所示，需要用排線連接，使幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序地控制它們，就可實(shí)線總線

49、信息的傳輸。圖5-1總線傳送實(shí)驗(yàn)框圖四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 .輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)打入R0寄存器。2 .輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)（存儲(chǔ)器地址）打入地址寄存器AR3 .將R0寄存器中的數(shù)寫(xiě)入到地址寄存器指定的存儲(chǔ)器地址單元中。4 .將存儲(chǔ)器指定地址單元中的數(shù)讀出用LED數(shù)碼管顯示。五.實(shí)驗(yàn)步驟(1) .按下圖連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無(wú)誤后接通電源。BUS UNIT口？口。DEVICBI用LDRO It EG UNITDOKVIi.LDPC* rc-K卯 OJTPUT W/R - ：DEVIC嘰、IC-fS-S3DCbCVTJ 7 Q,299 I?7MAIK W/K上HE"CEDO而一一AbTE-CEADD

50、RESS UNITSWLTGJ!UNIT圖5-2數(shù)據(jù)傳送接線圖(2) .設(shè)置初始狀態(tài)先關(guān)閉所有的三態(tài)門(mén)(SW-B=1,CE=1,R0-B=1,LED-B=1)再設(shè)置：LDAR=0LDR0=0(3)從輸入開(kāi)關(guān)向R0中輸入數(shù)據(jù)63H,設(shè)置：從輸入開(kāi)關(guān)輸入：01100011打開(kāi)輸入三態(tài)門(mén)：SW-B=0將總線上的數(shù)據(jù)打入寄存器，控制信號(hào)LDR0產(chǎn)生一個(gè)邊沿信號(hào)方法：改變LDPC:0>10從輸入開(kāi)關(guān)將存儲(chǔ)器地址20H輸入AR中(LDAR=1發(fā)T3脈沖)；(5)將R0中的數(shù)據(jù)63H讀出，送入到AR指定的存儲(chǔ)器單元20H中(SW-B=1,LDR0=0LDAR=0,R0-B=0,W/R(RAM)=0,C

51、E=0,發(fā)T3脈沖)；(6)將AR中指定的RAMfe址單元20H中的數(shù)據(jù)63H讀出，送入到數(shù)碼顯示管中顯示(W/R(RAM)=1,LDAR=0CE=QLED-B=0,產(chǎn)生W/R(LED)邊沿信號(hào))；(7)按同樣的方式重復(fù)步驟(3)(7),輸入數(shù)據(jù)64H到存儲(chǔ)器單元21H中。(8)檢查數(shù)據(jù)是否寫(xiě)入到指定的存儲(chǔ)單元中，步驟如下:a)將地址輸入AR中：b)從存儲(chǔ)器中將數(shù)據(jù)取出，送入輸出設(shè)備顯示：六.思考題1 .數(shù)碼顯示管與總線數(shù)據(jù)燈顯示一致嗎？總線上有哪些信息?2 .什么是總線，總線有幾種，總線的作用是什么？3 .哪些總線應(yīng)是單向總線，哪些是雙向總線？計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)六微控制器實(shí)驗(yàn)一.實(shí)驗(yàn)

52、目的1 .掌握微程序控制器的組成原理；2 .掌握微程序流程圖的編制和微指令的設(shè)計(jì)方法。二.實(shí)驗(yàn)設(shè)備TDNCM+十算機(jī)組成原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)，排線若干。三.實(shí)驗(yàn)原理1.數(shù)據(jù)通路控制器的功能是產(chǎn)生執(zhí)行指令所需的控制信號(hào)，但指令執(zhí)行時(shí)所需的控制信號(hào)是依賴于具體計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通路的。本實(shí)驗(yàn)所用模型機(jī)的數(shù)據(jù)通路如圖6-1所示。即指令執(zhí)行時(shí)需產(chǎn)生標(biāo)注的控制信號(hào)。2.微指令格式及編碼在編制微程序之前，必須確定微指令的格式。在實(shí)驗(yàn)中使用的模型機(jī)的微指令格式如下表給定，長(zhǎng)度共24位。24232221201918171615141312111098654321S3S2S1SCCn皿A9ACuASuA4uASuA2uAluAOS3-S0、MCn是ALU功能選擇信號(hào)，每位的含義見(jiàn)實(shí)驗(yàn)一的74LS181邏輯功能表。W既存儲(chǔ)器讀寫(xiě)控制信號(hào)，1為寫(xiě)操作，。為讀操作。A9和A8外設(shè)選擇譯碼信號(hào)，當(dāng)A9A8=00時(shí)，選中Y0,當(dāng)A9A8=01時(shí)，