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计算机组成原理实验指导书.pdf
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Word 资料
.
实验指导书
杨伟丰 编写
2014 年 12 月
“计算机组成原理”
.
实验一 算术逻辑运算实验
一、实验目的
1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。
2、验证运算功能发生器(74LS181)的组合功能。
二、实验内容
运用算术逻辑运算器进行算术运算和逻辑运算。
三、实验仪器
1、ZY15Comp12BB 计算机组成原理教学实验箱 一台
2、排线 若干
四、实验原理
实验中所用的运算器数据通路如图 1-1 所示。其中运算器由两片 74LS181 以并/串形式构
成 8 位字长的 ALU。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器(74LS273)锁存,锁存器的
输入连至数据总线,数据输入开关( INPUT)用来给出参与运算的数据,并经过一三态门
(74LS245)和数据总线相连。运算器的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。
数据显示灯已和数据总线(“DATA BUS”)相连,用来显示数据总线内容。
图 1-l 运算器数据通路图
Word 资料
.
图 1-2 中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明(其他实验相同,不再说明)。其中除
T4 为脉冲信号,其它均为电平控制信号。实验电路中的控制时序信号均已内部连至相应时序
信号引出端,进行实验时,还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G 各
电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接,其中 ALU_G、SW_G 为低电
平有效,LDDR1、LDDR2 为高电平有效。按动微动开关 PULSE,即可获得实验所需的单脉冲。
五、实验步骤
l、按图 1-2 连接实验线路,仔细检查无误后,接通电源。(图中箭头表示需要接线的地
方,接总线和控制信号时要注意高低位一一对应,可用彩排线的颜色来进行区分)
SIGNAL
T4 +PS
ALU
接到
DATA BUS
D0
.
.
JD1
.
D7
ALU_G
S3
S2
S1
S0
M
CN
ALU_G
S3
S2
S1
S0
M
CN
LDDR1
LDDR2
LDDR1
LDDR2
SWITCH
INPUT
SW_G SW_G
图 1-2 算术逻辑运算实验接线图
2、用 INPUT UNIT 的二进制数据开关向寄存器 DR1 和 DR2 置数,数据开关的内容可以用
与开关对应的指示灯来观察,灯亮表示开关量为“1”,灯灭表示开关量为“0”。以向 DR1 中
置入 11000001(C1H)和向 DR2 中置入 01000011(43H)为例,具体操作步骤如下:
首先使各个控制电平的初始状态为:CLR=1,LDDR1=0,LDDR2=0,ALU_G=1,SW_G=1,S3 S2
S1 S0 M CN=111111,并将 CONTROL UNIT 的开关 SP05 打在“NORM”状态,然后按下图所示步
骤进行。
数据开关
(11000001 )
打开
三态门
寄存器DR1
(11000001 )
数据开关
(01000011 )
寄存器DR2
(01000011 )
LDDR1=0
LDDR1=1
SW_G=0
LDDR2=1
LDDR2=0
T4=
T4=
上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行,其中 T4 的正脉冲是通过按
动一次 CONTROL UNIT 的触动开关 PULSE 来产生的。
Word 资料
.
置数完成以后,检验 DR1 和 DR2 中存的数是否正确,具体操作为:关闭数据输入三态门
(SW_G=1),打开 ALU 输出三态门(ALU_G=0),使 ALU 单元的输出结果进入总线。当设置 S3、
S2、S1、S0、M、CN 的状态为 111111 时,DATA BUS 单元的指示灯显示 DR1 中的数;而设置成
101011 时,DATA BUS 单元的指示灯显示 DR2 中的数,然后将指示灯的显示值与输入的数据进
行对比。
3、验证 74LS181 的算术运算和逻辑运算功能(采用正逻辑)
74LS181 的功能见表 1-1,可以通过改变 S3 S2 S1 S0 M CN 的组合来实现不同的功能,
表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数,“+”表示逻辑或,“加”表示算术求和。
表 1-1 74LS181 功能表
M=0(算术运算)
M=1
S3 S2 S1 S0
(逻辑运算)
CN=1 无进位 CN=0 有进位
0 0 0 0 F=
A
F=A 加 1
F=
A
0 0 0 1 F=
A B
F=(
A B
)加 1
F=
A B
0 0 1 0
F=
A B
F=(
A B
)加 1 F=
AB
0 0 1 1 F=0 减 1 F=0 F=
0
0 1 0 0
F=
A
加
A B
F=
AB
F=
A
加
A B
加 1
0 1 0 1
F=(
A B
)加
A B
F=(
A B
)加
A B
加 1 F=
B
0 1 1 0 F=
A
减
B
减 1 F=
A
减
B
F=
A B
0 1 1 1
F=
A B
减 1 F=
A B
F=
A B
1 0 0 0 F=
A
加
AB
F=
A
加
AB
加 1
F=
A B
1 0 0 1
F=
A
加
B
F=
A
加
B
加 1
F=
A B
1 0 1 0
F=(
A B
)加
AB
F=
B
F=(
A B
)加
AB
加 1
1 0 1 1 F=
AB
减 1 F=
AB
F=
AB
1 1 0 0 F=
A
加
A
F=
A
加
A
加 1 F=1
1 1 0 1 F=(
A B
)加
A
F=(
A B
)加
A
加 1
F=
A B
1 1 1 0
F=(
A B
)加
A
F=
A B
F=(
A B
)加
A
加 1
1 1 1 1 F=
A
减 1 F=
A
F=
A
通过前面的操作,我们已经向寄存器DR1 写入 C1H,DR2 写入 43H,即 A=C1H,B=43H。然
后改变运算器的控制电平 S3 S2 S1 S0 M CN的组合,观察运算器的输出,填入表 1-2 中,并
和理论值进行比较、验证 74LS181 的功能。
表 l-2 运算器功能实验表
M=0(算术运算)
M=1
DR1 DR2 S3 S2 S1 S0
(逻辑运算)
CN=1 无进位 CN=0 有进位
C1 43 0 0 0 0 F= F= F=
C1 43 0 0 0 1 F= F= F=
C1 43 0 0 1 0 F= F= F=
C1 43 0 0 1 1 F= F= F=
C1 43 0 1 0 0 F= F= F=
C1 43 0 1 0 1 F= F= F=
C1 43 0 1 1 0 F= F= F=
C1 43 0 1 1 1 F= F= F=
C1 43 1 0 0 0 F= F= F=
C1 43 1 0 0 1 F= F= F=
Word 资料
.
C1
C1
C1
C1
C1
C1
43
43
43
43
43
43
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
F=
六、实验报告
1、在显示结果后将指示灯显示的值与输入的数据进行比较;
2、完成表 1-2,比较理论分析值与实验结果值,并对结果进行分析。
七、实验思考题
1、运算器的功能是什么? 核心部分是什么?
Word 资料
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