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1、1计算机硬件技术基础实验指导书计算机科学与技术学院软件学院 硬件技术基础实验指导书2实验一 运算器实验【实验目的与要求】1掌握运算器的组成、功能及工作原理；2验证由 74LS181 组成的 16 位 ALU 的功能，进一步验证带初始进位的 ALU 的功能；3. 熟悉运算器执行算术运算操作和逻辑运算操作的具体实现过程。【实验设备和环境】本实验使用 EL-JY-II 型计算机组成原理实验挂箱一组连接线。【实验内容】一实验原理算术逻辑单元 ALU 是运算器的核心。集成电路 74LS181 是 4 位 ALU，四片 74LS181 以串行方式构成 16 位运算器。它可以对两个 16 位二进制数进行多种
2、算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。三态门 74LS244 作为输出缓冲器由 ALU-G 信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。四片 74LS273 作为两个 16 数据暂存器，其控制信号分别为 LDR1 和 LDR2，当 LDR1 和 LDR2 为高电平有效时，在 T4 脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。运算器的结构见图 1-1：图 1-1 运算器实验原理74LS181 功能见表 1-1，其中符号“”
3、表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/ ”表示逻辑“非”运算，汉字“加”表示算术加运算，汉字“减”表示算术减运算。 硬件技术基础实验指导书3表 1-1 74LS181 功能表选择 M=0 算术操作S3 S2 S1 S0M=1 逻辑操作 Cn=1（无进位） Cn=0（有进位）0 0 0 0 F=/A F=A F=A 加 10 0 0 1 F=/(A+B) F=A+B F=(A+B)加 10 0 1 0 F=/A*B F=A+/B F=(A+/B)加 10 0 1 1 F=0 F=1 F=00 1 0 0 F=/(A*B) F=A 加 A*/B F=A 加 A*/B 加 10
4、1 0 1 F=/B F=(A+B)加 A*/B F=(A+B) 加 A*/B 加 1 0 1 1 0 F=(/A*B+A*/B) F=A 减 B 减 1 F=A 减 B0 1 1 1 F=A*/B F=A*/B 减 1 F=A*/B1 0 0 0 F=/A+B F=A 加 A*B F=A 加 A *B 加 1 1 0 0 1 F=/(/A*B+A*/B) F=A 加 B F=A 加 B 加 1 1 0 1 0 F=B F=(A+/B)加 A*B F=(A+/B)加 A*B 加 11 0 1 1 F=A*B F=A*B 减 1 F=A*B 1 1 0 0 F=1 F=A 加 A F=A 加 A
5、 加 11 1 0 1 F=A+/B F=(A+B)加 A F=(A+B)加 A 加 1 1 1 1 0 F=A+B F=(A+/B)加 A F=(A+/B)加 A 加 11 1 1 1 F=A F=A 减 1 F=A74LS181 的功能控制条件由 S3、S2 、S1、S0、 M、Cn 决定。高电平方式的 74LS181 的管脚分配和引出端功能符号见图 1-2。 图 1-2 74LS181 的管脚分配和引出端功能二实验步骤1. 实验连线按图 1-3 接线图接线，连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排
6、座上。 硬件技术基础实验指导书4BD15 . BD8数据总线BD7 . BD0DIJ1 DIJ-G DIJ2数据输入电路C-G S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2控制开关电路 T+ fin f8脉冲及时序电路运算器接口S3S2S1S0MCn ALU-G AR LDR1 LDR2控制总线 T4图 13 运算器实验接线图 2、通过数据输入电路的开关向两个数据暂存器中置数注意：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的 ALU-G 和 C-G 拨到输出高电平“1”状态（所对应的指示灯亮）。本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。 本实验
7、中 ALU-G 和 C-G 不能同时为 0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。（1）拨动清零开关 CLR，使其指示灯灭。再拨动 CLR，使其指示灯亮。置 ALU-G1，关闭 ALU的三态门；再置 C-G=0：打开数据输入电路的三态门；（2） 向数据暂存器 LT1（U3 、U4 ）中置数1）设置数据输入电路的数据开关“D15D0”为要输入的数值；2）置 LDR11：使数据暂存器 LT1（U3 、U4 ）的控制信号有效，置 LDR20：使 数据暂存器LT2（U5、U6 ）的控制信号无效；3）按一下脉冲源及时序电路的【单脉冲】按钮，给暂存器 LT1 送时钟，上升沿
8、有效，把数据存在LT1 中。（3）向数据暂存器 LT2（U5 、U6 ）中置数1）设置数据输入电路的数据开关“D15D0”为想要输入的数值；2）置 LDR10：数据暂存器 LT1 的控制信号无效；置 LDR21：使数据暂存器 LT2 的控制信号有效。3）按一下脉冲源及时序电路的“单脉冲”按钮，给暂存器 LT2 送时钟，上升沿有效，把数据存在LT2 中。4）置 LDR10、LDR20，使数据暂存器 LT1、LT2 的控制信号无效。（4 ）检验两个数据暂存器 LT1 和 LT2 中的数据是否正确1）置 C-G=1，关闭数据输入电路的三态门，然后再置 ALU-G=0，打开 ALU 的三态门 ； 硬件
9、技术基础实验指导书52）置“S3S2S1S0M”为“11111”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT1 中的数 ，表示往暂存器LT1 置数正确；3）置“S3S2S1S0M”为“10101”，数据总线显示灯显示数据暂存器 LT2 中的数 ，表示往暂存器LT2 置数正确。 3验证 74LS181 的算术和逻辑功能按实验步骤 2 往两个暂存器 LT1 和 LT2 分别存十六进制数“X”和“Y ”，在给定 LT1 和 LT2 的情况下，通过改变“S3S2S1S0MCn”的值来改变运算器的功能设置，通过数据总线指示灯显示来读出运算器的输出值 F，填入表 1-2 中，参考表 11 的功能，分析输出 F 值
10、是否正确。分别将“AR”开关拨至“1”和“0”的状态，观察进位指示灯“CY”的变化并分析原因。表 1-2 实验结果数据M=0（算术运算） M=1（逻辑运算）LT1 LT2 S3S2S1S0Cn=1（无进位） Cn= 0（有进位）0 0 0 0 F= F= F=0 0 0 1 F= F= F=0 0 1 0 F= F= F=0 0 1 1 F= F= F=0 1 0 0 F= F= F=0 1 0 1 F= F= F=0 1 1 0 F= F= F=0 1 1 1 F= F= F=1 0 0 0 F= F= F=1 0 0 1 F= F= F=1 0 1 0 F= F= F=1 0 1 1 F=
11、 F= F=1 1 0 0 F= F= F=1 1 0 1 F= F= F=1 1 1 0 F= F= F=1 1 1 1 F= F= F=三. 实验报告要求：1、实验记录：所有的运算结果，故障现象及排除经过；2、谈谈本次实验的收获及想法。 硬件技术基础实验指导书6实验 2 汇编语言程序设计：顺序程序实验（2 学时）一、 实验目的1通过宏汇编（MASM）上机操作，使学生掌握汇编语言源程序的编辑、汇编、连接和执行的完整过程。2掌握汇编过程中各命令的作用及使用方法，了解汇编和连接的过程。3掌握 8086/8088 指令系统中已学指令的书写格式、功能及其作用。4结合实例程序掌握汇编语言程序上机过程，
12、熟悉 DEBUG 程序中常用命令的使用。二、 实验内容与要求1预习汇编程序上机操作的全过程。以下是 MASM5 环境中运行步骤：（同学们也可以使用 CV 集成编译环境）32 位机运行过程：编写一个汇编语言源程序如 exp1.asm，放在 MASM5 文件夹下；（1）在 dos 环境下，如：d:masm 下输入命令：edit（2）打开编辑窗口（3）输入如下原程序后保存文件，例如 exp1.asm（4）输入下列指令进行编译： d:masm masm exp1.asm 回车，出现如下界面：Microsoft(R)Macro Assmbler Version 500 Copyright(C)Micro
13、soft Corp l981-1985，1987AH rights reserved Object filename exp1obj： ( 回车)Source Listing NULLST: (回车)Croes referencsNUL.CRF: (回车)0 Warning Errors 0 Severs Errors检查错误，如结果为 0 错误 0 警告则编译成功，产生 exp1.obj 文件（5）输入下列指令进行链接： d:masmlink exp1.obj 回车，出现如下界面：Run Fileexp1.EXE： (回车)List FILENUL.MAP： (回车)Libraries.LI
14、B： (回车)LINK：warning L4021：No STACK segment如结果为 0 错误 0 警告则链接成功，产生 exp1.exe 文件64 位机运行过程：汇编编译器 masm 无法在 64 位下运行，在 64 位下使用 masm 编译器会提示不兼容，这时我们可以安装 DOS 虚拟机，即 DOSBox。 硬件技术基础实验指导书7（1） 假设编译器在 E:masm5，就是那个有 masm.exe,debug.exe,link.exe 的那个文件夹 （2） 输入命令 mount C E:masm5 (把文件夹 E:masm5 当作虚拟机的 C 盘) （3） 然后输入 C： （进入虚
15、拟的 C 盘，其实就是 E:masm5)（4） 之后就跟 32 位机上运行过程一样。2对已经汇编连接成功的可执行文件，使用 DEBUG 命令调试程序找出程序的断点，执行程序，显示有关寄存器、存储单元的内容，分析程序的结果。输入下列指令进行调试： d:masmdebug exp1.exe 回车，出现如下界面：-输入对应指令可以得到相应的调试结果，指令列表如下：-A 汇编语句命令 -C 储存器内容比较 -D 显示储存器内容-E 修改储存器内容 -F 修改储存块内容 -G 按预选断点执行 -H 十六进制加减计算 -I 读写输入字节 -L 装入绝对文件或磁盘扇区 -M 定义文件参数 -N 定义文件参数 -O 向端口 port 发出从指定地址开始的 byte 个字节数据
