计算机组成原理试验参考指导书.doc
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1、实验一 8位算术逻辑运算实验一、实验目1、掌握算术逻辑运算器单元ALU(74LS181)工作原理。2、掌握简朴运算器数据传送通路构成原理。3、验证算术逻辑运算功能发生器74LSl8l组合功能。4、按给定数据,完毕实验指引书中算术逻辑运算。二、实验内容1、实验原理实验中所用运算器数据通路如图1.1所示。其中运算器由两片74LS181以并串形成8位字长ALU构成。运算器输出通过一种三态门74LS245 (U33)到ALUO1插座,实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0D7插座BUSl6中任一种相连,内部数据总线通过LZDOLZD7显示灯显示;运算器两个数据输入端分别由二个锁存器74LS273(U
2、29、U30)锁存,两个锁存器输入并联后连至插座ALUBUS,实验时通过8芯排线连至外部数据总线EXD0D7插座EXJlEXJ3中任一种;参加运算数据来自于8位数据开并KD0KD7,并通过一三态门74LS245(U51)直接连至外部数据总线EXD0EXD7,通过数据开关输入数据由LD0LD7显示。 图1.1中算术逻辑运算功能发生器74LS18l(U3l、U32)功能控制信号S3、S2、Sl、S0、CN、M并行相连后连至SJ2插座,实验时通过6芯排线连至6位功能开关插座UJ2,以手动方式用二进制开关S3、S2、S1、S0、CN、M来模仿74LSl8l(U31、U32)功能控制信号S3、S2、S1
3、、S0、CN、M;其他电平控制信号LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB以手动方式用二进制开关LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB来模仿,这几种信号有自动和手动两种方式产生,通过跳线器切换,其中ALUB、SWB为低电平有效,LDDRl、LDDR2为高电平有效。另有信号T4为脉冲信号,在手动方式下进行实验时,只需将跳线器J23上T4与手动脉冲发生开关输出端SD相连,按动手动脉冲开关,即可获得实验所需单脉冲。2、实验接线本实验用到4个重要模块:(1)低8位运算器模块(2)数据输入并显示模块(3)数据总线显示模块(4)功能开关模块(借用微地址输入模块)。依照实验原理详细接线如下:(1)ALUB
4、US连EXJ3;(2)ALU01连BUSl;(3)SJ2连UJ2; (4)跳线器J23上T4连SD; (5)LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边(手动方式);(6)AR跳线器拨在左边,同步开关AR拨在“1”电平。3、实验环节(1)连接线路,仔细查线无误后,接通电源。(2)用二进制数码开关KD0KD7向DRl和DR2寄存器置数。办法:关闭ALU4输出三态门(ALUB=1),启动输入三态门(SWB=0),输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。设立数据开关详细操作环节图示如下:LDDR1=1LDDR2=0T4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器DR1ALUB=1SWB=0K
5、D7KD000110101数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器DR2ALUB=1SWB=0LDDR1=0LDDR2=1T4= KD7KD001001000阐明:LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB四个信号电平由相应开关LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB给出,拨在上面为“1”,拨在下面为“0”,电平值由相应显示灯显示,T4由手动脉冲开关给出。 (3)检查DRl和DR2中存入数据与否对的,运用算术逻辑运算功能发生器74LSl 8l逻辑功能进行验算,即M=1。详细操作如下:关闭数据输入三态门SWB=1,打开ALU输出三态门ALUB=0,当置S3、S2、S1、S0、M为11111时,总线批
6、示灯显示DR1中数,而置成10101时总线批示灯显示DR2中数(4)验证74LSl81算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)在给定DRl35、DR2=48状况下,变化算术逻辑运算功能发生器功能设立,观测运算器输出,填入实验报告表中,并和理论分析进行比较、验证。三、实验电路本实验中使用运算器数据通路如图1.1所示。四、74LS181功能表实验中用到运算器74LS181功能表如表1.1所示。表1.1 运算器74LS181功能表(正逻辑)4位ALUS3 S2 S1 S0(算数运算)(逻辑运算)n=1无进位n=0有进位0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10
7、 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1F=AF=A+BF=A+BF=减1F=A加(A*B)F=(A+B)加(A*B)F=A减B减1F=(A*B)减1F=A加A*BF=A加BF=(A+B)加A*BF=A*B减1F=A加AF=(A+B)加AF=(A+B)加AF=A减1F=A加1F=(A+B)加1F=(A+ B)加1F=0F=A加(A*B)加1F=(A+B)加(A* B)加1F=A减BF=(A*B)F=A加A*B加1F=A加B加1F=(A+ B)加A*B加1F=A*BF=A加A加1F=(A+B)加A加
8、1F=(A+ B)加A加1F=AF= AF=(A+B)F= A*BF=0F= (A*B)F= BF=(AB)F=(A* B)F= A+BF= (AB)F=BF=A*BF=1F=A+BF=A+BF=A其中:“+”表达或运算;“*”表达与运算;“”表达异或运算图1.1 运算器数据通路五、实验数据1、实验数据记录加数1 DR1加数2DR2S3S2 S1S0M0(算术运算)M1(逻辑运算)Cn=1无进位Cn=0有进位35480000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111FF F FF F FFFF F F F F F F
9、 FF F F F F F F F F F F F F F F FFFFFFF F F F F F F F F F 加数1DR1加数2DR2S3S2 S1S0M0(算术运算)M1(逻辑运算)Cn=1无进位Cn=0有进位354800000001010101111011110011011111F(35)F(7D)F(B2)F(34)F(FF)F(6A)F(B2) F(34) F(36)F(7E)F(B3) F(35) F(00)F(6B) F(B3)F(35)F(CA)F(82)F(B7)F(35) F(00) F(FF)F(B7)F(35)2、 理论计算成果 六、思考题1、在向DR1和DR2寄存
10、器置数时S3、S2、S1、S0、M、Cn如何设立?2、DR1置数完毕后,如果不关闭控制端,LDDR1会如何?3为什么在读取74LS181输出成果时要打开输出三态门控制端ALUB ?实验二 带进位控制8位算术逻辑运算实验一、实验目1、验证带进位控制算术逻辑运算发生器74LSl8l功能。2、按指定数据完毕几种指定算术运算。 二、实验内容1、实验原理带进位控制运算器实验原理如图2.1所示,在实验一基本上增长进位控制某些,其中高位74LS181(U31)进位CN4通过门UN4E、UN2C、UN3B进入UN5B输入端D,其写入脉冲由T4和AR信号控制,T4是脉冲信号,在手动方式下进行实验时,只需将跳线器
11、J23上T4与手动脉冲发生开关输出端SD相连,按动手动脉冲开关,即可获得实验所需单脉冲。AR是电平控制信号(低电平有效),可用于实现带进位控制实验。从图中可以看出,AR必要为“0”电平,D型触发器74LS74(UN5B)时钟端CLK才有脉冲信号输入。才可以将本次运算进位成果CY锁存到进位锁存器74LS74(UN5B)中。2、实验接线实验连线(1)(5)同实验一,详细如下:(1)ALUBUS连EXJ3;(2)ALUO1连BUSl;(3)SJ2连UJ2;(4)跳线器J23上T4连SD;(5)LDDRl、LDDR2、ALUB、SWB四个跳线器拨在左边(手动方式);(6)AR、299B跳线器拨在左边,
12、同步开关AR拨在“0电平,开关299B拨在“1”电平;(7)J25跳线器拨在右边。(8)总清开关拨在“1”电平。若总清开关拨在“0”电平,Cy清零。3、实验环节(1)仔细查线无误后,接通电源。(2)用二进制数码开关KDOKD7向DRl和DR2 寄存器置数。办法:关闭ALU输出三态门ALUB=1,启动输入三态门SWB=0,输入脉冲T4按手动脉冲发生按钮产生。如果选取参加操作两个数据分别为55H、AAH,将这两个数存入DR1和DR2详细操作环节如下:LDDR1=1LDDR2=0T4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器DR1ALUB=1SWB=0KD7KD001010101LDDR1=0LDD
13、R2=1T4= 数据开关置数开输入三态门数据存入寄存器DR2ALUB=1SWB=0KD7KD010101010(3)开关ALUB=0,启动输出三态门,开关SWB=1,关闭输入三态门,同步让LDDR1=0,LDDR2=0。(4)如果本来有进位,CY=1,进位灯亮,但需要清零进位标志时,详细操作办法如下:u AR信号置为“0”电平,DRl寄存器中数应不大于FF。u S3、S2、S1、S0、M状态置为0 0 0 0 0。u 按动手动脉冲发生开关,CY=0,即清进位标志。注:进位标志批示灯CY亮时,表达进位标志为“1”,有进位;进位标志批示灯CY灭时,表达进位位为“0”,无进位。(5)验证带进位运算及
14、进位锁存功能 这里有两种状况:l 进位标志已清零,即CY=0,进位灯灭。 使开关CN=0,再来进行带进位算术运算。例如环节(2)参加运算两个数为55H和AAH,当S3、S2、S1、S0状态为10010,此时输出数据总线显示灯上显示数据为DRl加DR2再加初始进位位“1” (因CN=0),相加成果应为ALU=00,并且产生进位,此时按动手动脉冲开关,则进位标志灯亮,表达有进位。 使开关CN=1,当S3、S2、S1、S0状态为10010,则相加结累ALU=FF,并且不产生进位。l 本来有进位,即CY=1,进位灯亮。此时不考虑CN状态,再来进行带进位算术运算。同样环节(2)参加运算两个数为55H和A
15、AH,当S3、S2、S1、S0、M状态为10010,此时输出数据总线显示灯上显示数据为DRl加DR2再加当迈进位标志CY,相加成果同样为ALU=00,并且产生进位,此时按动手动脉冲开关,则进位标志灯亮,表达有进位。三、实验电路带进位控制运算器实验原理电路如图2.1所示。四、验证两种操作下带进位运算功能实验数据记录 Cy=0 进位灯灭DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0,CN=0(带进位算术运算) 运算成果运算后进位状态Cy理论计算成果8CH9FH0 0 0 00 0 0 10 1 1 01 0 0 11 1 0 01 1 0 1 Cy=1 进位灯亮DR1DR2S3 S2 S1 S0M=0,
16、Cy=1(带进位算术运算) 运算成果运算后进位状态 Cy理论计算成果8CH9FH0 0 0 00 0 0 10 1 1 01 0 0 11 1 0 01 1 0 1五、思考题1、如何在进位运算操作前对进位标志清零?2、在进行进位运算操作时,在何种状况下要对进位标志清零?3、分析硬件电路阐明在什么条件下,才干锁存8位运算后进位标志?图2.1 带进位控制运算器数据通路实验三 16位算术逻辑运算实验一、实验目1、验证算术逻辑运算功能发生器 74LS18116位运算组合功能。2、掌握16位运算器数据传送通路构成原理。3、按规定和给出数据完毕几种指定算术逻辑运算。二、实验内容1、实验原理16位运算器数据
17、通路如图3.1所示,其中运算器由四片74LS181以并串形成16位字长ALU构成。低8位运算器输出通过一种三态门74LS245(U33)到ALUO1插座,实验时用8芯排线和内部数据总线BUSD0D7插座BUS16中任一种相连,低8位数据总线通过LZD0LZD7显示灯显示;高8位运算器输出通过一种三态门74LS245(U33)到ALUO1插座,实验时用8芯排线和高8位数据总线BUSD8D15插座KBUS1或KBUS2相连,高8位数据总线通过LZD8LZD15显示灯显示;参加运算四个数据输入端分别由四个锁存器74LS273(U29、U30、U29、U30)锁存,实验时四个锁存器输入并联后用8芯排线
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