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计算机组成原理第五版实验报告.pdf
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实验报告 1
实验名称
实验地点
运算器组成:实验微程序控制器方式和独立方式
实验日期 成绩
1.
熟悉逻辑测试笔的使用方法。
2.熟悉 TEC-8 模型计算机的节拍脉冲 T1、T2、T3;
3.熟悉双端口通用寄存器组的读写操作;
实验目的
4.熟悉运算器的数据传送通路;
5.验证 74LS181 的加、减、与、或功能;
6.按给定的数据,完成几种指定的算术、逻辑运算运算。
7.按照表中提供的功能自行验证其中几种即可。(独立方式)
1.1 微程序控制器
实验原理
双端口寄存器组由 1 片 EPM7064(U40)(图 2.2 中用虚线围起来的部
分)组成, 内部包含 4 个 8 位寄存器 R0、R1、R2、R3,4 选 1 选择
器 A,4 选 1 选择器 B 和 1 个 2-4 译码器。根据信号 RD1、RD0 的值,
4 选 1 选择器 A 从 4 个寄存器中选择 1 个寄存器送往 ALU 的 A 端口。
根据信号 RS1、RS0 的值,4 选 1 选择器 B 从 4 个寄存器中选择 1 个
寄存器送往 ALU 的 B 端口。2-4 译码器对信号 RD1、RD0 进行译码,
产生信号 LR0、LR2、LR3、LR4,任何时刻这 4 个信号中只有一个为 1,
其它信号为 0。LR3~LR0 指示出被写的寄存器。当 DRW 信号为 1 时,
如果 LR0 为 1,则在 T3 的上升沿,将数据总线 DBUS 上的数写入 R0 寄
存器,余类推。
数据开关 SD7~SD0 是 8 个双位开关。用手拨动这些开关,能够生成
需要的 SD7~SD0 的值。数据开关驱动器 SWD 是 1 片 74 LS 244(U50)。
在信号 SBUS 为 1 时,SD7~SD0 通过 SWD 送往数据总线 DBUS。在本实
验中,使用数据开关 SD7~SD0 设置寄存器 R0、R1、R2 和 R3 的值。
ALU 由 2 片 74LS181(U41 和 U42)、1 片 74LS74、1 片 74 LS 244、1 片
74 LS 245 和 1 片 74LS30 构成。74LS181 完成算术逻辑运算,74 LS
245 和 74 LS 30 产生 Z 标志,74 LS 74 保存标志 C 和标志 Z。ALU 对
A7~A0 和 B7~B0 上的 2 个 8 位数据进行算术逻辑运算,运算后的数据
结果在信号 ABUS 为 1 时送数据总线 DBUS(D7~D0),运算后的标志结果
在 T3 的上升沿保存进位标志位 C 和结果为 0 标志位 Z。加法和减法
同时影响 C 标志和 Z 标志,与操作和或操作只影响 Z 标志。
应当指出,74LS181 只是许多种能做做算术逻辑运算器件中的一种
器件,这里它仅作为一个例子使用。
74LS181 能够进行 4 位的算术逻辑运算,2 片 74 LS 181 级连在一
起能够 8 位运算,3 片 74LS181 级连在一起能够进行 12 位运算,余
类推。所谓级联方式,就是将低 4 位 74LS181 的进位输出引脚 Cn+4
___
___
与高 4 位 74LS181 的进位输入引脚 Cn
___
连接。在 TEC-8 模型计算机
中,U42 完成低 4 位运算,U41 完成高 4 位运算,二者级连在一起,完
成 8 位运算。在 ABUS 为 1 时,运算得到的数据结果送往数据总线 DBUS。
数据总线 DBUS 有 4 个信号来源:运算器、存储器、数据开关和中断地
址寄存器,在每一时刻只允许其中一个信号源送数据总线。
序列号 名 称 数 量 备 注
1
实验设备\
软件\平台
等
TEC-8 实验系统 1 台
2 双踪示波器 1 台
3 直流万用表 1 块
4 逻辑测试笔 1 支 在实验箱上方
实 验 内 容 与 实 验 记 录(拓扑图\配置图\流程图\线路图\效果图\代码(段)\运行结
果\实验步骤等)
实验步骤
1.实验准备
将控制器转换开关拨到微程序位置,将编程开关设置为正常位置,将开关 DP 拨到向
上位置。打开电源。
2.用逻辑测试笔测试节拍脉冲信号 T1、T2、T3
⑴将逻辑测试笔的一端插入 TEC-8 实验台上的“逻辑测试笔”上面的插孔中,另一
端插入“T1”上方的插孔中。
⑵按复位按钮 CLR,使时序信号发生器复位。
⑶按一次逻辑测试笔框内的 Reset 按钮,使逻辑测试笔上的脉冲计数器复位,2 个
黄灯 D1、D0 均灭。
⑷按一次启动按钮 QD,这时指示灯 D1、D0 的状态应为 01B,指示产生了一个 T1 脉
冲;如果再按一次 QD 按钮,则指示灯 D1、D0 的状态应当为 10B,表示又产生了一
个 T1 脉冲;继续按 QD 按钮,可以看到在单周期运行方式下,每按一次QD 按钮,就
产生一个 T1 脉冲。
⑸用同样的方法测试 T2、T3。
3.进行加、减、与、或实验
⑴设置加、减、与、或实验模式
按复位按钮 CLR,使 TEC-8 实验系统复位。指示灯μA5~μA0 显示 00H。将操作模
式开关设置为 SWC=1、SWB=0、SWA=1,准备进入加、减、与、或实验。
按一次 QD 按钮,产生一组节拍脉冲信号 T1、T2、T3,进入加、减、与、或实验。
⑵设置数 A
指示灯μA5~μA0 显示 0BH。在数据开关 SD7~SD0 上设置数 A。在数据总线 DBUS
指示灯 D7~D0 上可以看到数据设置的正确不正确,发现错误需及时改正。设置数据
正确后,按一次 QD 按钮,将 SD7~SD0 上的数据写入 R0,进入下一步。
⑶设置数 B
指示灯μA5~μA0 显示 15H。这时 R0 已经写入,在指示灯 B7~B0 上可以观察到 R0
的值。在数据开关 SD7~SD0 上设置数 B。设置数据正确后,按一次 QD 按钮,将 SD7~SD0
上的数据写入 R1,进入下一步。
⑷进行加法运算
指示灯μA5~μA0 显示 16H。指示灯 A7~A0 显示被加数 A(R0),指示灯 B7~B0 显示
加数 B(R1),D7~D0 指示灯显示运算结果 A+B。按一次 QD 按钮,进入下一步。
⑸进行减法运算
指示灯μA5~μA0 显示 17H。这时指示灯 C(红色)显示加法运算得到的进位 C,指
示灯 Z(绿色)显示加法运算得到的结果为 0 信号。指示灯 A7~A0 显示被减数 A(R0),
指示灯 B7~B0 显示减数 B(R1),指示灯 D7~D0 显示运算结果 A-B。按一次 QD 按钮,
进入下一步。
⑹进行与运算
指示灯μA5~μA0 显示 18H。这时指示灯 C(红色)显示减法运算得到的进位 C,指
示灯 Z(绿色)显示减法运算得到的结果为 0 信号。
指示灯 A7~A0 显示数 A(R0),指示灯 B7~B0 显示数 B(R1),指示灯 D7~D0 显示运算
结果 A and B。按一次 QD 按钮,进入下一步。
⑺进行或运算
指示灯μA5~μA0 显示 19H。这时指示灯 Z(绿色)显示与运算得到的结果为 0 信号。
指示灯 C 保持不变。指示灯 A7~A0 显示数 A(R0),指示灯 B7~B0 显示数 B(R1),指示
灯 D7~D0 显示运算结果 A or B。
按一次 QD 按钮,进入下一步。
⑻结束运算
指示灯μA5~μA0 显示 00H。这时指示灯 Z(绿色)显示或运算得到的结果为 0 信号。
指示灯 C 保持不变。
按照上述步骤,对要求的 7 组数据进行运算。
实验结果
实验数据
数 A
0F0H
03H
数 B 加
数据结
果
10H
05H
0H
08H
C Z
0 0
0 0
减
数据
结果
E0H
FEH
C Z
1 1
0 0
实验结果
与
数据
结果
10H
01H
Z
0
0
或
数据
结果
F0H
07H
Z
0
0
1.2 独立方式
上图标识出了本实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过试验台
操作板上的 8 个二进制数据开关 SD7-SD0 来设置,然后输入到双端口通用寄存器堆
RF 中。 双端口寄存器堆 RF 由 1 个 ALTERA EPM 7064实现,功能相当于 4 个八位通
用寄存器,用于保存参与运算的数据,运算后的结果也要送到双端口通用寄存器堆
RF 中保存。双端口寄存器堆模块 RF 的控制信号中 RD1、RD0 用于选择送 ALU 的 A 端
口(左端口)的通用寄存器。RS1、RS0 用于选择送 ALU 的 B 端口(右端口)的通用寄存
器。
按图所示,将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内
部的连线已经由印制电路板连接好,故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模
拟开关、与运算模块的外部连线。特别注意:为了建立清楚的整机概念,培养严谨
的科研能力,手工连线是绝对有必要的。
2.用开关 K15-K0 向通用寄存器堆 RF 内的 R3-R0 寄存器置数据。然后读出 R3-R0 的
数据,在数据总线 DBUS 上显示出来。
3.验证 ALU 的正逻辑算术、逻辑运算功能。
注意:进位信号 C 是运算器 ALU 最高进 Cn+4 的反,既有进位为 1,无进位为 0。
选择方式
S3
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
S2
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
M=1 逻辑运算
S1 S0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
M=0 算术运算
逻辑运算 CN=1【有进
位】
F=/A F=A
F=/(A+B) F=(A+B)
F=(/A)B F=A+/B
F=0 F=-1(补码形
式)
F=/(AB) F=A 加 A(/B)
F=/B F=(A+B)加
A/B
F=A 减 B 减 1
F=A/B F=(AB/)减 1
F=/A+B F=A 加 AB
F=A 加 B
F=B F=(A+/B)加
AB
F=AB F=AB 减 1
F=1 F=A 加 A
F=A+/B F=(A+B)加 A
F=A+B F=(A+/B)加
A
F=A F=A 减 1
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