《計算機組成原理》實驗指導(dǎo)書

《計算機組成原理》

實驗指導(dǎo)書TOC\o"1-5"\h\z第一部分 EL-JY-II計算機組成原理實驗系統(tǒng)簡介 1第二部分 使用說明及要求 5實驗一 運算器實驗 12實驗ニ 移位運算實驗 24實驗三 存儲器實驗和數(shù)據(jù)通路實驗 29實驗四 微程序控制器的組成與實現(xiàn)實驗 36實驗五 微程序設(shè)計實驗 45實驗六、 簡單實驗計算機組成與程序運行實驗 53實驗七、 帶移位運算實驗計算機組成與程序運行實驗 65實驗ハ、 復(fù)雜實驗計算機組成與程序運行實驗 77實驗九、 實驗計算機的I/O實驗 93實驗十、 總線控制實驗（選做） 103實驗十ー、可重構(gòu)原理計算機組成實驗（選做） 105實驗十二、簡單中斷處理實驗（選做） 110實驗十三、基于重疊和流水線技術(shù)的CPU結(jié)構(gòu)實驗（選做） 116實驗十四、RISC模型機實驗（選做） 122第一部分 EL-JY-II計算機組成原理實驗系統(tǒng)簡介EL-JY-H型計算機組成原理實驗系統(tǒng)是為計算機組成原理課的教學(xué)實驗而研制的,涵蓋了目前流行教材的主要內(nèi)容,能完成主要的基本部件實驗和整機實驗,可供大學(xué)本科、?？啤⒊扇烁咝Ｒ约案黝愔械葘I(yè)學(xué)校學(xué)習(xí)《計算機組成原理》、《微機原理》和《計算機組成和結(jié)構(gòu)》等課程提供基本的實驗條件，同時也可供計算機其它課程的教學(xué)和培訓(xùn)使用。ー、基本特點:1、本系統(tǒng)采用了新穎開放的電路結(jié)構(gòu):（1）、在系統(tǒng)的總體構(gòu)造形式上，采用“基板+CPU板”的形式,將系統(tǒng)的公共部分,如數(shù)據(jù)的輸入、輸出、顯示單片機控制及與PC機通訊等電路放置在基板上，它兼容8位機和16位機，將微程序控制器、運算器、各種寄存器、譯碼器等電路放在CPU板上，而CPU板分為兩種：8位和16位，它們都與基板兼容,同一套系統(tǒng)通過更換不同的CPU板即可完成8位機或16位機的實驗，用戶可根據(jù)需要分別選用8位的CPU板來構(gòu)成8位計算機實驗系統(tǒng)或選用16位的CPU板來構(gòu)成!6位計算機實驗系統(tǒng);也可同時選用8位和16位的CPU板，這樣就可用比ー套略多的費用而擁有兩套計算機實驗系統(tǒng),且使用時僅需更換CPU板,而不需做任何其它的變動或連接，使用十分方便。（2）、本系統(tǒng)提供有面包板和CPLD實驗板（可選），學(xué)生能自己設(shè)計實驗內(nèi)容，達(dá)到開拓思維,提高創(chuàng)新和設(shè)計能力的目的。2、本系統(tǒng)上安裝有63個撥動開關(guān)、4個按鈕開關(guān)和65個發(fā)光二極管,既可在單片機的控制下進(jìn)行編程和顯示，完成實驗，也可與PC機聯(lián)機使用，可在PC機上進(jìn)行編程、傳送、裝載程序、調(diào)試和運行等操作;還可以手動的方式完成全部的實驗,并具備單步執(zhí)行一條微指令、單步執(zhí)行一條機器指令、連續(xù)運行程序、聯(lián)機打印等功能,兒種操作方式可按需要任意選擇ー種使用，切換方便。3、控制器采用微程序方案,支持動態(tài)微程序設(shè)計,微程序指令的格式及定義均可由用戶自行設(shè)計并裝入由EEPROM構(gòu)成的控存中。4、在顯示功能上，采用了紅、黃、綠三種顏色的指示燈以及數(shù)碼管多種形式的顯示方法,使整個系統(tǒng)更加美觀大方。二、系統(tǒng)組成:本系統(tǒng)由兩大部分組成：1、基板：本部分是8位機和16位機的公共部分,包括以下幾個部分：1）數(shù)據(jù)輸入和輸出電路2）顯示及監(jiān)控電路3）脈沖源及時序電路4）數(shù)據(jù)和地址總線5）8255擴展實驗電路6）單片機控制電路和鍵盤操作部分7）與PC機通訊的接口電路8）主存儲器電路9）微代碼輸入及顯示電路9）電源電路10）CPLD實驗板（選件）11）自由實驗區(qū)（面包板）2.CPU板:本板分為8位機和16位機兩種,除數(shù)據(jù)總線和地址總線分別為8位和16位以外,都包括以下幾個部分:1）微程序控制器電路2）運算器電路3）寄存器堆電路4）程序計數(shù)器電路5）指令寄存器電路6）指令譯碼電路7）地址寄存器電路8）數(shù)據(jù)和控制總線電路三、參考實驗:.運算器實驗.移位控制實驗.存儲器實驗及數(shù)據(jù)通路實驗（選做）.微程序控制器實驗.微程序設(shè)計實驗.基本實驗計算機組成與程序運行實驗.帶移位運算實驗計算機的組成與程序運行實驗.復(fù)雜實驗計算機的組成與程序運行實驗.實驗計算機的I/O實驗.PLD應(yīng)用實驗四、系統(tǒng)布局:自由布線區(qū)24位微代碼輸入及顯示電路電源單片機控制及接口電路PLD實驗電路8255接口電路脈沖源及時序電路輸出顯示電路I/O控制電路數(shù)據(jù)總線主存儲器電路地址總線監(jiān)控?zé)翩I盤區(qū)數(shù)據(jù)輸入電路顯示燈電路控制開關(guān)電路圖1基板布局運算器電路指令譯碼器電路微程序控制器電路指令寄存器電路寄存器堆電路數(shù)據(jù)總線地址寄存器電路控制總線讀寫控制電路程序計數(shù)器電路第二部分 使用說明及要求.本系統(tǒng)分為三種實驗操作方式:方式ー:開關(guān)控制操作;方式二：鍵盤控制操作;方式三:PC機聯(lián)機操作。.本系統(tǒng)采用正邏輯,即“「‘代表高電平,“0”代表低電平；.指示燈亮表示相應(yīng)信號為高電平,熄滅表示相應(yīng)信號為低電平;.實驗連線時應(yīng)按如ド方法:對于橫排座,應(yīng)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(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上:.為保證實驗的成功，每次實驗之前均應(yīng)認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書,接線要按要求,確保正確無誤且接觸良好;.應(yīng)嚴(yán)格按照實驗指導(dǎo)書的實驗步驟和先后順序進(jìn)行實驗，否則有可能造成實驗不成功甚至損壞芯片。方式一:開關(guān)控制操作方式:.在各種控制信號中,有的是低電平有效,有的是高電平有效，請注意區(qū)別，具體可參見實驗指導(dǎo)。.總線是計算機信息傳輸?shù)墓餐?。為保證總線信息的正確無誤，總線上每次只能有一個控制信號有效,如果同時有兩個或兩個以上信號同時有效，會產(chǎn)生總線競爭而造成沖突甚至損壞芯片。故每次開始實驗操作時均要先置相應(yīng)控制開關(guān)電路的控制信號為“「‘，飽平，對應(yīng)的指示燈亮。方式二:鍵盤控制操作方式:系統(tǒng)通電,K4開關(guān)撥到OFF,監(jiān)控指示燈(數(shù)碼管,以下數(shù)碼管均指監(jiān)控指示燈)h滾動顯示【CLASSSELECt],在該狀態(tài)下，整個鍵盤可用鍵分別為:系統(tǒng)檢測鍵:按下該鍵,數(shù)碼管顯示【CHESYS】,即CHECKSYSTEM的縮寫)，進(jìn)入系統(tǒng)自檢程序,具體說明見后述說明。實驗選擇鍵：按下該鍵，數(shù)碼管顯示【ES__】，進(jìn)入實驗課題選擇，具體說明見后述說明。聯(lián)機鍵：按下該鍵，系統(tǒng)進(jìn)入與上位機通訊狀態(tài),當(dāng)與計算機聯(lián)機成功，數(shù)碼管顯示[Pc-Con],最后顯示【8】，表示聯(lián)機通訊成功。除了上述三個鍵有效外,其余按鍵系統(tǒng)均不響應(yīng)。.【系統(tǒng)檢測】鍵具體操作說明:.當(dāng)在監(jiān)控指示燈顯示【CLASSSELECt】時按下該鍵，顯示變?yōu)椤綜HESYS】(CHECKSYSTEM),進(jìn)入系統(tǒng)自檢，此時，只要按下鍵盤上任意ー鍵，數(shù)碼管后兩位就顯示該鍵所對應(yīng)的鍵盤編碼,前四位顯示對應(yīng)電路的名稱——8255。例如:我們按下2號鍵,對應(yīng)的顯示為【825502】,然后返回顯示【CHESYS】;按下F號鍵,對應(yīng)的顯示為［82550F］,然后返回顯示［CHESYSlo.在系統(tǒng)檢測狀態(tài),按下【取消】鍵,則退出系統(tǒng)檢測程序。3）,對于鍵盤上的【0】號鍵和【1】鍵,除了顯示其鍵盤編碼外,還有第二功能:【〇】鍵的第二功能說明:檢測所有總線（數(shù)據(jù)總線、控制總線、微控制總線）的輸岀功能。按下【0】號鍵后,監(jiān)控指示燈顯示【825500】后,約過0.5S,系統(tǒng)首先顯示【UCDC00】,自動送“?！暗剿锌偩€，24位微代碼顯示數(shù)碼管顯示全〇（如果其他兩條總線連接有監(jiān)視燈，也顯示全O）;此時，系統(tǒng)等待按【確認(rèn)】鍵。當(dāng)按下【確認(rèn)】鍵后，數(shù)碼管顯示變?yōu)椤綰CDCFF】,系統(tǒng)自動送所有總線FF,24位微代碼顯示數(shù)碼管顯示全1（如果其他兩條總線連接有監(jiān)視燈，也顯示全1）,此時系統(tǒng)等待按【取消】鍵退出該項功能檢測。在總線輸出【〇〇】和【FF】的時候,通過觀察總線上的狀態(tài)顯示燈即可知道哪ー組總線上的哪一位出錯?！?】鍵的第二功能說明：檢測所有總線（數(shù)據(jù)總線、控制總線、微控制總線）的輸入功能。按下【1】號鍵后,顯示【825501】后，系統(tǒng)等待按【確認(rèn)】鍵,按下【確認(rèn)】鍵后，系統(tǒng)顯示【UCOPPP】,此時需把K4從“OFF”狀態(tài)撥向“ON”狀態(tài)，把開關(guān)MS1-MS24撥為全0,再次按下“確認(rèn)”鍵,系統(tǒng)讀入微控總線的第〇組（第一個8位）的全0,如果總線出錯,讀入哪ー個為!,在數(shù)碼管上就位顯示對應(yīng)的錯誤位號（如果第一個（低）8位的第0位出錯,則顯示【UCOOEr】,表示微控總線的第〇組的第。位出錯，UC后的第1個〇表示第〇組微控總線，第2個〇表示第。位）,如果完全正確,顯示【UCOCor】,約過1S,顯示變?yōu)椤綰C1PPP】,按下【確認(rèn)】鍵，系統(tǒng)檢測微控總線的第1組（第二個8位）的全。,如果完全正確,顯示【UCICor】,若有哪一位有錯誤，錯誤信息的顯示與第一組顯示相同;在顯示【UCICor】后約!S.顯示為【UC2PPP】,按下翻認(rèn)】鍵,系統(tǒng)檢測微控總線的第2組（第二個8位）的全。,如果完全正確,顯示【UC2Cor】,若有哪一位有錯誤，錯誤信息顯示的與第一組顯示相同；當(dāng)三組全檢測完畢，顯示變?yōu)椋跜HEEND］（CHECKEND）,約IS后，顯示【OFF】,此時把K4開關(guān)撥回到OFF,則又回到系統(tǒng)檢測最開始部分。.【實驗選擇】鍵具體操作說明:當(dāng)顯示（CLASSSELECt】時按下該鍵,數(shù)碼管顯示變?yōu)椤綞S--_】,系統(tǒng)打開鍵盤,等待通過數(shù)字鍵盤輸入實驗課題代碼，輸入相應(yīng)的課題代碼后，按【確認(rèn)】鍵進(jìn)入該實驗，在輸入的過程中，可通過按【取消】鍵修改輸入，在顯示【ES--_】狀態(tài)連續(xù)按【取消】鍵,即可退出實驗選擇功能,返回到【CLASSSELEQ】狀態(tài)。實驗課題與輸入代碼對應(yīng)關(guān)系如下:實驗課題輸入代碼及按鍵實驗ー01+確認(rèn)或1+確認(rèn)實驗ニ02+確認(rèn)或2+確認(rèn)實驗三03+確認(rèn)或3+確認(rèn)實驗四04+確認(rèn)或4+確認(rèn)實驗五05+確認(rèn)或5+確認(rèn)實驗六06+確認(rèn)或6+確認(rèn)實驗七07+確認(rèn)或7+確認(rèn)實驗ハ08+確認(rèn)或8+確認(rèn)實驗九09+確認(rèn)或9+確認(rèn)注意:1）,在采用單片機鍵盤控制操作方式實驗時,必須把K4開關(guān)置于【OFF】狀態(tài),否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進(jìn)行實驗;2）?除說明了的除外,本實驗方式中提到的數(shù)碼管（顯示）均指監(jiān)控指示燈的顯示。各實驗課題均相同。.【聯(lián)機】鍵說明當(dāng)在數(shù)碼管顯示【CLASSSELECt】時按下該鍵，系統(tǒng)進(jìn)入上位機監(jiān)控實驗狀態(tài),所有按鍵全都封閉,除【RST】（復(fù)位）鍵外，所有的實驗操作全由上位機控制。當(dāng)退出聯(lián)機實驗狀態(tài)后,系統(tǒng)乂自動恢復(fù)到【CLASSSELECt】狀態(tài)。方式三:PC機聯(lián)機操作方式。1.系統(tǒng)軟件的安裝:打開隨機光盤上的安裝文件路徑:光盤盤符:\lgds\計算機組成原理\EL-JY-n\Vl一安裝盤:雙擊Setup圖標(biāo),出現(xiàn)下面界面:ん型! Welcometothe計算機組成原理V1版Setupprogram.Thisprogramwillinstalli十算機組成原理ノ°VI版onyourcomputer.ItisstronglyrecommendedthatyouexitallWindowsprogramsbeforerunningthisSetupprogram.ClickCanceltoquitSetupandthencloseanyprogramsyouhaverunning.ClickNexttocontinuewiththeSetupprogram.WARNING:Thisprogramisprotectedbycopyrightlawandinternationaltreaties.Unauthorizedreproductionordistributionofthisprogram,oranyportionofitzmayresultinseverecivilandcriminalpenalties,andwillbeprosecutedtothemaximumextentpossibleunderlaw.Next>ICancel單擊Next繼續(xù)安裝,出現(xiàn)

單擊Yes,界面為:在Serial處輸入任意字母和數(shù)字組合的序列號,單擊Next,繼續(xù)安裝:選擇安裝路徑后,單擊Next,下ー步:安裝完畢后，出現(xiàn)ド面的界面,單擊Finish完成安裝:

ュ計尊機組成原理一VI版安裝2.聯(lián)機按照實驗指導(dǎo)書中的要求進(jìn)行實驗。實驗一 運算器實驗ー、實驗?zāi)康?1.掌握運算器的組成及工作原理;了解4位函數(shù)發(fā)生器74LS181的組合功能,熟悉運算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作的具體實現(xiàn)過程;驗證帶進(jìn)位控制的74LS181的功能。二、預(yù)習(xí)要求:!復(fù)習(xí)本次實驗所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理;2預(yù)習(xí)實驗步驟,了解實驗中要求的注意之處。三、實驗設(shè)備;EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)ー套，排線若干。四、電路組成;本模塊由算術(shù)邏輯單元ALU74LS181（U29、U30）、暫存器74LS273（U27、U28）、三態(tài)［74LS244CU31）和進(jìn)位控制電路GAL芯片（U32）等組成。電路圖見圖l-l（a）、圖1-1(a)ALU電路

算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元ALU是由兩片74LS181構(gòu)成。74LS181的功能控制條件由S3、S2、S1,SO、M、Cn決定。高電平工作方式74LS18I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?兩片74LS273構(gòu)成兩個ハ位數(shù)據(jù)暫存器,運算器的輸出采用三態(tài)門74LS244o它們的管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-3和圖1-4。二iii二-B-AsssscN-F-F-FNG012123456789111432109876543二iii二-B-AsssscN-F-F-FNG012123456789111432109876543222221111111BiAO?A3運算數(shù)輸入端（低電平有效）A2B〇?B3運售數(shù)輸入端低電平有效）B2Cn進(jìn)位輸入端A3進(jìn)位輸出端B3F(rF3運算輸出端（低電平有效）FgFたb比較輸出端C0n+4Fg進(jìn)位產(chǎn)生輸出端（t氐電平有效）FpFp進(jìn)位傳輸輸出端（低電平有效）Fa=bM工作方式控制F3S〇?S3功能選擇Vcc1111圖1-2 74LS181管腳分配 表!-2 74LS181輸出端功能符號74LS181功能表見表1-1,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(shù)加運算，符號“減”表示算術(shù)減運算。

選擇M=1M=0算術(shù)操作S3S2S1SO邏輯操作Cn=l（無進(jìn)位）Cn=0（有進(jìn)位）0000F=/AF=AF=A加10001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加10011F=0F=i?1(2的補)F=00100F=/(A*B)F=A加A*/BF=A加A*/B加10101F=/BF=(A+B)加A*/BF=(A+B)加A*/B加10110F=(/A*B+A*/B)F=A減B減1F=A減B0111F=A*/BF=A*/B減1F=A*/B1000F=/A+BF=A加A*BF=A加A*B加11001F=/(/A*B+A*/B)F=A加BF=A加B加!1010F=BF=(A+/B)加A*BF=(A+/B)加A*B加11 0 1 1F=A*BF=A*B減1F=A*B1100F=1F=A加AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加AF=(A+B)加A加11110F=A+BF=(A+/B)加AF=(A+/B)加A加11111F=AF=A減1F=Ak)CRI_1」20Vcc]Q匸2k)CRI_1」20Vcc]Q匸2198Q]D=3188D2DI 4177D2Q匚5167Q3Q匸6156Q3DI 7146D4DI8135D4Q匸9125QGNDI1011CP圖1-3(a)74LS273管腳分配輸入輸出CRCPDQL x xH t HH t LH L xLHLQo圖1-3(b)74LS273功能表1J20219318417516615714g139121011VCC由1Y8A2Y7A1J20219318417516615714g139121011VCC由1Y8A2Y7A3Y6A4Y5A111コ匸iii輸入輸出ENAYLLLLHHHXZ圖1-4(b)H-高電平L?低電平X一任意z一高阻圖14(a)74LS244管腳分配五、工作原理:運算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖1-5：74LS244功能數(shù)據(jù)總線(DLDR1數(shù)據(jù)暫存器1BUS)S3S2S1S0M Cnl ARALU?ー進(jìn)位控制電路一ALU-G數(shù)據(jù)輸入電路DU-GALUJ1三態(tài)門圖!-5 運管器的結(jié)構(gòu)例算術(shù)邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路74LS181是4位運算器,兩片74LS181以并/串形式構(gòu)成8位運算器。它可以對兩個八位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運算,74LS181有高電平和低電平兩種丄作方式,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。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由ALU-G信號控制,ALU-G為“〇”時、三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入:ALU-G為"「’時，三態(tài)門關(guān)閉,此時其輸出呈高阻。兩片74LS273作為兩個八位數(shù)據(jù)暫存器,其控制信號分別為LDR1和LDR2,當(dāng)LDR1和

LDR2為高電平有效時,在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。六、實驗內(nèi)容:驗證74LS181運算器的邏輯運算功能和算術(shù)運算功能。七、實驗步驟:I、單片機鍵盤操作方式實驗注:在進(jìn)行單片機鍵盤控制實驗時,必須把開關(guān)K4置于“OFF”狀態(tài),否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài),無法進(jìn)行實驗。.實驗連線（鍵盤實驗）：實驗連線圖如圖1—6所示。（連線時應(yīng)按如下方法:對于橫排座,應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上;圖1-6 實驗ー鍵盤實驗連線圖.實驗過程:在監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASSSELECt】時按【實驗選擇】鍵,顯示【ES___]輸入01或1,按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控指示燈顯示為【ES01],表示準(zhǔn)備進(jìn)入實驗ー程序，也可按【取消】鍵來取消上一步操作,重新輸入。再按【確認(rèn)】鍵,進(jìn)入實驗ー程序，監(jiān)控指示燈顯示【InStー】,提示輸入運算指令，輸入兩位十六進(jìn)制數(shù)（參考表1-3和表1—1）,選擇執(zhí)行哪種運算操作。按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控指示燈顯示【Lo=0】,此處Lo相當(dāng)于表1-1中的M,飄A為“〇”,進(jìn)行算術(shù)運算，也可以輸入“ド,進(jìn)行邏輯運算。按【確認(rèn)】,顯示【Cn=0】,默認(rèn)為“〇”,由表1-1可見,此時進(jìn)行帶進(jìn)位運算，也可輸入“1”，不帶進(jìn)位運算（注：如前面選擇為邏輯運算，則Cn不起作用）。按【確認(rèn)】,顯示【Aul】,不用改變,使用默認(rèn)值つ”，按【確認(rèn)】，顯示【DATA】,提示輸入第一個數(shù)據(jù)，輸入十六進(jìn)制數(shù)【34H】,按【確認(rèn)】,顯示【DATA】,提示輸入第二個數(shù)據(jù),輸入十六進(jìn)制數(shù)【B6H】,按【確認(rèn)】健,示燈顯示【FINISH】,表示運算結(jié)朿,可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運算結(jié)果。再按【確認(rèn)】后

示燈顯示【FINISH】,表示運算結(jié)束,可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運算結(jié)果。再按【確認(rèn)】后監(jiān)控顯示燈顯示【ES01],可執(zhí)行下ー運算操作。運算指令（S3S2SISO)輸入數(shù)據(jù)（十六進(jìn)制）000000或〇000101或1001002或2001103或3010004或4010105或5011006或6011107或7100008或8100109或910100A或A10110B或B11000C或C11010D或D11100E或E1111OF或F表1-3運算指令關(guān)系對照表在給定LT1=34H、ET2=B6H的情況下,改變運算器的功能設(shè)置,觀察運算器的輸出,填入表中，井和理論值進(jìn)行比較和驗證:LT1S3S2SIS0M=0（算術(shù)運算）M=l（邏輯運算）Cn=l（無進(jìn)位）Cn=0（有進(jìn)位）00或〇F=F=F=01或1F=F=F=02或2F=F=F=03或3F=F=F=04或4F=F=F=05或5F=F=F=06或6F=F=F=07或7F=F=F=08或8F=F=F=09或9F=F=F=0A或AF=F=F=0B或BF=F=F二0C或CF=F=F=0D或DF=F=F=0E或EF=F=F=OF或FF=F=F=

n、開關(guān)控制操作方式實驗注:為了避免總線沖突,首先將控制開關(guān)電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1”狀態(tài)（所對應(yīng)的指示燈亮。）本實驗中所有控制開關(guān)撥動,相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”,指示燈滅代表低電平“〇”。按圖1-7接線圖接線:連線時應(yīng)注意:為了使連線統(tǒng)ー,對于橫排座,應(yīng)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(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。圖1-7實驗ー開關(guān)實驗接線圖圖1-7實驗ー開關(guān)實驗接線圖圖1-7實驗ー開關(guān)實驗接線圖通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關(guān)開關(guān)向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù):注意:本實驗中ALU-G和C-G不能同時為O,否則造成總線沖突,損壞芯片!故每次實驗時應(yīng)時刻保持只有一路與總線相通。1)置ALU-G=1:關(guān)閉ALU的三態(tài)門U31(74LS244);再置C-G=O：打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門;2)向數(shù)據(jù)暫存器しT1(U27,74LS273)中置數(shù)：(1)設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D7……DO"為要輸入的數(shù)值,如“01010101”；(2)置LDR1=1:使數(shù)據(jù)暫存器LT1(U27,74LS273)的控制信號有效,置LDR2=0:使數(shù)據(jù)暫存器しT2(U28,74LS273)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，給暫存器しT1(U27,74LS273)送時鐘,上升沿有效,把數(shù)據(jù)存在ET1中。3)向數(shù)據(jù)暫存器しT2(U28,74LS273)中置數(shù):(1)設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D7……D0”為想要輸入的數(shù)值，如“10101010”；(2)置LDR1=O:數(shù)據(jù)暫存器しT1的控制信號無效;置LDR2=1;使數(shù)據(jù)暫存器ET2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,給暫存器しH(U27,74LS273)送時鐘,上升沿有效,把數(shù)據(jù)存在ET2中。(4)置LDR1=O、LDR2=0,使數(shù)據(jù)暫存器しT1、ET2的控制信號無效。4)檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器しH和しT2中的數(shù)據(jù)是否正確:(1)置C-G=L關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=O,打開ALU的三態(tài)門;(2)置“S3s2S1S0M”為“11111”,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器ET1中的數(shù)“0101010ド，表示往暫存器しT1置數(shù)正確;(3)置“S3s2S1S0M”為“1010ド’,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器しT2中的數(shù)"10101010",表示往暫存器しT2置數(shù)正確。3.驗證74LS18I的算術(shù)和邏輯功能:LT1ET2S3S2S1S0M=0(算術(shù)運算)M=1(邏輯運算)Cn=l(無進(jìn)位)Cn=0(有進(jìn)位)34HB6H0000F=F=F=0001F=F=F=0010F=F=F=0011F=F=F=0100F=F=F=0101F=F=F=0110F=F=F二0111F=F=F=1000F=F=F=1001F=F=F=1010F=F=F=1011F=F=F=1100F=F=F=1101F=F=F=1110F=F=F=1111F=F=F=按實驗步驟2往兩個暫存器しT!和しT2分別存十六進(jìn)制數(shù)‘34H”和“B6H”,儲定しT1=34H、LT2=B6H的情況下,通過改變“S3S2SlS0MCn”的值來改變運算器的功能設(shè)置,通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F,填入下表中,參考表1一1的功能表,分析輸出F值是否正確。4.驗證帶進(jìn)位控制的算術(shù)運算功能發(fā)生器的功能:1)進(jìn)位標(biāo)志CY清零:進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY初始狀態(tài)為滅,表示當(dāng)前進(jìn)位為“ド,可按如下步驟對它進(jìn)行清零操作。(1)置S3s2S1SOM="00000”，AR=O(AR為進(jìn)位控制信號)；(2)按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，進(jìn)位標(biāo)志指示燈CY亮，表示當(dāng)前進(jìn)位為“〇”。2)驗證帶進(jìn)位運算及進(jìn)位的鎖存功能：(1)首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“ビ狀態(tài),所有對應(yīng)的指示燈亮。(2)置ALU-G=1:關(guān)閉ALU的三態(tài)門U31(74LS244);再置C-G=O:打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門;(3)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D7 DO"="10000000"(置LDR1=1,使數(shù)據(jù)暫存器しT1(U27,74LS273)的控制信號有效,置LDR2=0,使數(shù)據(jù)暫存器LT2(U28,74LS273)的控制信號無效,按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】往暫存器しT1存入數(shù)據(jù)"10000000"〇(4)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D7……DO”=“01111111"，置LDR1=O,使數(shù)據(jù)暫存器しT1(U28,74LS273)的控制信號無效,置LDR2=1,使數(shù)據(jù)暫存器ET2(U27,74LS273)的控制信號有效，按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】往暫存器しT2存入數(shù)據(jù)“01111111”，然后置LDR2=0,使數(shù)據(jù)暫存器しT2(U27,74LS273)的控制信號無效，準(zhǔn)備執(zhí)行下ー步操作。（5）置C-G=l,關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門,然后再置ALU-G=O,打開ALU的三態(tài)門,置“S3s2S1S0M”為“111U”,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器しH中的數(shù)*,1000000〇”，表示往暫存器しT1置數(shù)正確:置“S3S2S1S0M”為“1010ド，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器しT2中的數(shù)“011111U”,表示往暫存器しT2置數(shù)正確。（6）置ALU-G=O（注意先使C-G=D,S3s2S1SOM=“10010"，Cn=l,不帶進(jìn)位操作,AR=O,繡表1-1可知此時執(zhí)行“F=A加B”操作，數(shù)據(jù)總線上顯示“11111111”,即“1000000〇”加“01111111”的結(jié)果。保持LDR1=O和LDR2=0,檢查是否產(chǎn)生進(jìn)位溢出，按一下【單脈沖】，進(jìn)位指示燈CY亮，表示無進(jìn)位溢出;（7）置ALU-G=O（注意先使C-G=l）,S3s2S1SOM=“10010”，Cn=O,即當(dāng)前進(jìn)位為1,AR=O,參考表1-1可知此時執(zhí)行“F=A加B加ド操作，數(shù)據(jù)總線上顯示“00000000”,即“10000000”加“011111"”加“「'的結(jié)果，保持LDR1=O和LDR2=0,檢查是否產(chǎn)生進(jìn)位溢出，按一下【單脈沖】,進(jìn)位指示燈CY熄滅，表示有進(jìn)位溢出;實驗ニ移位運算實驗ー、實驗?zāi)康?掌握移位控制的功能及工作原理二、預(yù)習(xí)要求:.了解8位雙向移位寄存器74LS299的功能、引出端功能符號和管腳分配;.預(yù)習(xí)移位運算電路的工作原理。三、實驗設(shè)備:EL-JY-H型計算機組成原理實驗系統(tǒng)ー套，排線若干。四、電路組成:

圖2-1(a) GAL進(jìn)位控制電路圖24(b)移位電路本模塊由邏輯控制單元(由一片GAL構(gòu)成)U34和帶三態(tài)輸出的移位寄存器74LS299等組成。74LS299具有并行接數(shù)、左移、右移、保持等功能,且具有三態(tài)輸出。其功能和管腳分配見表2-1和圖2-2。ZR510U33D2/QsUDO/QOUQo,UCRUZR510U33D2/QsUDO/QOUQo,UCRUGNDU功能表演ゴODZ3Dナコ二i :選擇端74LS299ALUJ2輸2?:輸入端一一輸入站蟲，E2 輸出使能控制端CR 清除端Qo'，Q’ 串彳謝出端DO/Q0?D7/Q7 并行輸出端輸入并行 輸入隔出串行輸出工作方式CRSjS2EECPDslDsrD/QoDi/D?…DJQgD7/Q7Qo'Q?fL x L L L x xxL L L L L x xxL L ……L LL L L LLLLL清除H LLLLxxxH xx LLlhxxQooQ10 QgoQ?oQooQ10 QeoQ70QooQ70QooQ70保持H L H L L t x HH L H L L t x LH Qon Qsn Q6nL Qon Qsn Q6nHQgLQ6n右移H H L L L t H xH H L L L t L xQinQ2n Q7nHQinQzn Q7nLQlnHQinL左移HHHxxtxxる4 ……由ウ由ラ直數(shù)表2-1 74LS299的功能表

圖!-2(a) 74LS299的管腳分配 圖2-2(b)74LS299引出端功能符號五、工作原理:移位運算實驗電路的功能由SI、SO、M控制,具體功能見表2-2：299-GS1soM功能000X保持0100循環(huán)右移0101帶進(jìn)位循環(huán)右移0010循環(huán)左移0011帶進(jìn)位循環(huán)左移111X置數(shù)表2-2六、實驗內(nèi)容:輸入數(shù)據(jù),利用移位寄存器74LS299控制進(jìn)行移位。七、實驗步驟I、單片機鍵盤操作方式實驗。注:在進(jìn)行單片機鍵盤控制實驗時,必須把K4開關(guān)置于“OFF”狀態(tài),否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài),無法進(jìn)行實驗。實驗連線:實驗連線圖如圖2—3所示。連線時應(yīng)按如下方法:為了連線統(tǒng)ー,對于橫排座,應(yīng)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(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。圖2—3實驗ニ鍵盤實驗接線圖2.實驗過程：在監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASSSELECt]時按【實驗選擇】鍵，顯示【ES___]輸入02或2,按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控指示燈顯示為【ES02],表示準(zhǔn)備進(jìn)入實驗二程序，也可按【取消】鍵來取消上一步操作,重新輸入。再按【確認(rèn)】鍵,進(jìn)入實驗ニ程序,顯示為[E1E0-](提示輸入299操作指令(參考表2—2,E1E0相當(dāng)于299—G,二進(jìn)制“U”為關(guān)閉輸出,“00”為允許輸出）,輸入二進(jìn)制數(shù)“””,關(guān)閉輸出,在輸入過程中,可按【取消】鍵進(jìn)行輸入修改。按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控指示燈顯示【Lo=0],可輸入二進(jìn)制數(shù)“0”或“1”，止處L。相當(dāng)于表2—2的M,即控制是否帶進(jìn)位進(jìn)行移位，默認(rèn)為“〇”，不帶進(jìn)位移位。輸入“ド，選擇帶進(jìn)位操作。按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【SOS「】,提示輸入299移位控制指令（參考表2—2）,輸入二進(jìn)制數(shù)“U”，對299進(jìn)行置數(shù)操作。按【確認(rèn)】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【DATA】,提示輸入要移位的數(shù)據(jù)，輸入十六進(jìn)制數(shù)“02”，按【確認(rèn)】,顯示[PULSE],此時按【單步】,綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈ー閃顯示“00000010”,表示數(shù)據(jù)已經(jīng)存入299移位寄存器,可對它進(jìn)行移位控制。監(jiān)控指示燈顯示【ES02],按【確認(rèn)】鍵,進(jìn)行移位操作，顯示為【E1E0ー】,提示輸入299操作指令（參考表2—2,E1E0相當(dāng)于299—G,二進(jìn)制，“"”為關(guān)閉輸出“00”為允許輸出）,輸入二進(jìn)制數(shù)“00”，允許輸出，在輸入過程中，可按【取消】健進(jìn)行輸入修改。按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控指示燈顯示【しo=0】,和前面一樣,輸入“ド,選擇帶進(jìn)位操作。按【確認(rèn)】鍵,監(jiān)控指示燈顯示【SOS1ー】,提示輸入299移位控制指令（參考表2—2）,輸入二進(jìn)制數(shù)“0ド，表示對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)右移,顯示【PULSE】,按【單步】鍵，則對十六進(jìn)制數(shù)據(jù)“02”執(zhí)行一次右移操作。數(shù)據(jù)總線指示燈顯示“1000000ド，進(jìn)位紅色指示燈Z滅,表示進(jìn)位移出到數(shù)據(jù)總線，再按【單步】,數(shù)據(jù)總線指示燈顯示“01000000”,進(jìn)位指示燈亮,表示數(shù)據(jù)總線有“ド移到進(jìn)位指示燈Z上,連續(xù)按【單步】,可以單步執(zhí)行，按【全速】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【Run】,則可連續(xù)執(zhí)行移位操作。觀察數(shù)據(jù)總線顯示燈的顯示變化,判斷結(jié)果是否正確。II、開關(guān)控制操作方式實驗本實驗中所有控制開關(guān)撥動,相應(yīng)指示燈亮代表高電平“ド,指示燈滅代表低電平‘‘0”。2.按圖2—4接線:連線時應(yīng)注意:對于橫排座,應(yīng)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(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。圖2—4實驗二開關(guān)實驗接線圖為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平''ド狀態(tài),所對應(yīng)的指示燈亮。2.不帶進(jìn)位移位操作過程:(以左移為例)開始實驗前要把所有控制開關(guān)電路上的開關(guān)置為高電平“1”狀態(tài)。置數(shù):置C-G=l,299-G=l,通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入要移位的數(shù)據(jù),置D7--D0=“00000010”,然后置C-G=0,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“00000010”，置SO=1,Sl=l,參考功能表表2—2可見，此時為置數(shù)狀態(tài),按脈沖源及時序電路上的【單步】按鈕,置C-G=l,完成置數(shù)的過程。不帶進(jìn)位移位：置299-G=0,SO=1,S1=O,M=0,參考功能表表2—2可見，此時為循環(huán)左移狀態(tài)，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“00000010”,按【單步】,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “0000010〇”，此時按一次【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示的數(shù)據(jù)向左移動一位。連續(xù)按【單步】,觀察不帶進(jìn)位移位的過程。如想進(jìn)行右移，參考表2—2可見,置S0=0,S=l,再按【單步】即可實現(xiàn)右移操作。(3)帶進(jìn)位移位首先觀察運算器電路上的進(jìn)位指示燈Z的狀態(tài),燈亮表示進(jìn)位為“1”，燈滅表示進(jìn)位為“0”，通電進(jìn)位指示燈亮,進(jìn)位為“ド狀態(tài)。先按步驟(1)置數(shù)，然后置299-G=0,SO=1,S1=O,M=l,參考功能表表2—2可見，此時為帶進(jìn)位循環(huán)左移狀態(tài),數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“00000010”，按【單步】按鈕，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“00000101",進(jìn)位指示燈滅，表示進(jìn)位“ド’已經(jīng)移進(jìn)數(shù)據(jù)總線，連續(xù)按【單步】.當(dāng)數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“10100000”時，再按【單步】,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“01000000”,進(jìn)位指示燈亮，表示數(shù)據(jù)總線有“「‘移出到進(jìn)位指示燈上。連續(xù)按【單步】,觀察帶進(jìn)位移位的過程。如想進(jìn)行帶進(jìn)位右移,參考表2-2可見,置S0=0,S=l,M=l,再按【單步】即可實現(xiàn)帶進(jìn)位右移操作。3.按以上的操作方法驗證表2—2所列的移位運算試驗電路的所有功能。3.實驗三存儲器實驗實驗?zāi)康?掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機存儲器RAM的特性和使用方法。掌握地址和數(shù)據(jù)在計算機總線的傳送關(guān)系。了解運算器和存儲器如何協(xié)同工作。二、預(yù)習(xí)要求:二、預(yù)習(xí)要求:預(yù)習(xí)半導(dǎo)體靜態(tài)隨機存儲器6116的功能。實驗設(shè)備:EL-JY-II8型計算機組成原理實驗系統(tǒng)ー套,排線若干。四、電路組成:電路圖見圖3-1,61路的管腳分配和功能見圖3-2。gDlsgls然叁ズ答iiAiof；MDO1MD7MDJ161162MDJ2圖3-1存儲器電路AOA1A2A3A4筮熊A9A1OCEWRDDDDDDDDCEWR輸入/輸出HAOA1A2A3A4筮熊A9A1OCEWRDDDDDDDDCEWR輸入/輸出HXX不選擇LHLLLHLLL圖3-2(b) 6116功能3-2(a) 6116管腳分配圖3-3五、工作原理:實驗中的靜態(tài)存儲器由2片6116