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1、计算机组成原理与系统结构实验指导书1实验 1 运算器组成实验实验序号：1 实验名称：运算器组成实验适用专业：计算机科学与技术 学 时 数：4 学时一、实验目的1、掌握简单运算器的数据传送通路。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。运算器经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由二个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关（“INPUT DEVICE”）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74
2、LS245）和数据总线相连，数据显示灯（“BUS UNIT” ）已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。计算机组成原理与系统结构实验指导书2图 11 运算器数据通路图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明（其他实验相同，不再说明） ，其中除 T4 为脉冲信号，其他均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W/R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W/R UNIT”的 T4 接至“STATE UNIT”的微动开关 KK2 的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲，而 S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B 各电平控制
3、信号用“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B 为低电平有效，LDDR1、LDDR2 为高电平有效。三、实验内容1、按照图 1-2 连接实验线路，仔细查线无误后，接通电源。图 12 实验连接图2、用二进制数码开关向 DR1 和 DR2 寄存器置数。具体操作步骤图示如下：LDDR1=0LDDR2=1T4=LDDR1=1LDDR2=0T4=ALU-B=1SW-B=0数据开关(01100101)三态门 寄存器 DR1(01100101)数据开关(10100111)寄存器 DR2(10100111)计算机组成原理与系统结构实验指导书3检验 DR1 和 DR2
4、中存的数据是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW-B1） ，打开 ALU 输出三态门（ALU-B0） ，当置 S3、S2、S1、S0、M 为 11111时，总线指示灯显示 DR1 中的数，而置成 10101 时总线指示灯显示 DR2 中的数。3、验证 74LS181 的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）在给定 DR165、DR2A7 的情况下，改变运算器的功能设置，观察运算器的输出，填入下表 1-1 中，并和理论分析进行比较、验证。表 11M=0（算术运算）DR1 DR2 S3 S2 S1 S0 Cn=1无进位Cn=0有进位M=1（逻辑运算）65 A7 0 0 0 0 F=(65)
5、F=(66) F=(9A)65 A7 0 0 0 1 F=(E7) F=(E8) F=(18)65 A7 0 0 1 0 F=(7D) F=(7E) F=(82)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=( ) F=( )
6、 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=( )四、实验设备计算机组成原理与系统结构实验指导书4TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。五、实验预习要求1、复习运算器的基本组成与工作原理。2、掌握 74LS181 的工作原理。六、实验报告1、按照表 1-1 填写实验结果2、分析、总结实验结果计算机组成原理与系统结构实验指导书5实验 2 存储器实验实验序号：2 实验名称：存储器实验适用专业：计算机科学与技术 学 时 数
7、：4 学时一、实验目的掌握静态随机存储器 RAM 工作特性及数据的读写方法。二、实验原理实验所用的半导体静态存储器电路原理如图 2-1 所示，实验中静态存储器一片 6116(2K8)构成，其数据线接至数据总线，地址线由地址锁存器（74LS273）给出。地址灯 AD0AD7 与地址线相连，显示地址线内容。数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。计算机组成原理与系统结构实验指导书6图 21 存储器实验原理图因地址寄存器为 8 位，接入 6116 的地址 A7A0,而高三位 A8A10 接地，所以其实际容量为 256 字节。6116 有三个控制线：CE(片选线)、OE（
8、读线） 、WE（写线） 。当片选有效（CE0）时，OE=0 时进行读操作，WE=0 时进行写操作。本实验中将 OE 常接地，在此情况下，当 CE=0、WE=0 时进行读操作，CE=0、WE=1 时进行写操作，其写时间与 T3 脉冲宽度一致。实验时将 T3 脉冲接至实验板上时序电路模块的 TS3 相应插孔中，其脉冲宽度可调，其它电平控制信号由“SWITCH UNIT”单元的二进制开关模拟，其中SW-B 为低电平有效，LDAR 为高电平有效。三、实验内容1、形成时钟脉冲信号 T3，具体接线方法和操作步骤如下：1） 接通电源，用示波器接入方波信号源的输出插孔 H24，调节电位器 W1，使 H24 端
9、输出实验所期望的频率的方波。2） 将时序电路模块中的 和 H23 排针相连。3） 在时序电路模块中有两个二进制开关“STOP”和“STEP” 。将“STOP”开关置为“RUN”状态、 “STEP”开关置为“EXEC”状态时，按动微动开关START，则 T3 输出为连续的方波信号，此时调节电位器 W1，用示波器观察，使 T3 输出实验要求的脉冲信号。当“STOP”开关置为“RUN”状态，“STEP”开关置为“STEP”状态时，每按动一次微动开关 START，则 T3 输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。4） 关闭电源。2、按图 2-2 连接实验线路，仔细查线无误后接通电源。由于存储器模块内
10、部的连线已经接好，因此只需要完成实验电路的形成、控制信号模拟开关、时钟脉冲信号 T3 与图 22 实验连线图计算机组成原理与系统结构实验指导书7存储模块的外部连接。3、给存储器的 00、01、02、03、04 地址单元中分别写入数据11、12、13、14、15,具体操作步骤如下：（以向 0 号单元写入 11 为例）依次读出第 00、01、02、03、04 号单元中的内容，观察上述各单元中的内容是否写前面写入的一致。具体操作步骤如下：（从 0 号单元读出 11数据为例）四、 实验设备TDN-CM+计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。五、实验预习要求1、复习静态随机存储器 RAM 工作特性2
11、、了解三态门以及地址锁存器和 6116 的工作原理及组成六、 实验报告 要认真记录存储器进行读写的步骤计算机组成原理与系统结构实验指导书8实验 3 微控制器实验实验序号：3 实验名称：微控制器实验适用专业：计算机科学与技术 学 时 数：4 学时一、实验目的1、掌握时序产生器的组成原理2、掌握微程序控制器的组成原理3、掌握微程序的编制、写入，观察微程序的运行二、实验原理实验所用的时序电路原理如图 3-1 所示，可产生 4 个等间隔的时序信号TS1TS4，其中 为时钟信号，由实验台右上方的方波信号源提供，可产生频率及脉宽可调的方波信号。为了便于控制程序的运行，时序电路发生器也设置了一个启停控制触发
12、器 Cr，使 TS1-TS4 信号输出可控。图中 STEP（单步） 、STOP（停机）分别是来自实验板上方中部的两个二进制开关 STEP、STOP 模拟信号。START 键是来自实验板上方中部的一个微动开关 START 的按键信号。当STEP 开关为 0 时（EXEC） ，一旦按下启动键，运行触发器 Cr 一直处于“1”状态，因此时序信号 TS1TS4 将周而复始的发送出去。当 STEP 为 1(STEP)时，一旦按下启动键，机器便处于单步运行状态，即此时只发送一个 CPU 周期的时序信号的停机。利用单步方式，每次只读一条微指令，可以观察微指令的代码与当前微指令的执行结果。另外，当机器连续运行
13、时，如果 STOP 开关置“1”（STOP） ，也会使 机器停机。计算机组成原理与系统结构实验指导书9图 31 时序电路原理图由于时序电路的内部线路已经连好，所以只需将时序电路与方波信号源连接（即将时序电路的时钟脉冲输入端 接至方波信号发生器输出端 H23）,时序电路的 CLR 已接至实验板左下方的 CLR 模拟开关上。微程序控制器的组成见图 3-2，其中控制存储器采用 3 片 2816 的 E2PROM，具有调电保护功能，微命令寄存器 18 位，用两片 8D 触发器（273）和一片4D（175）触发器组成。微地址寄存器 6 位，用三片正沿触发的双 D 触发器（74）组成，他们带有清“0”端和
14、预置端。在不判别测试的情况下，T2 时刻打入微地址寄存器的内容即为下一条微指令地址。在 T4 时刻进行测试判别时，转移逻辑满足条件后输出的负脉冲通过强置端将某一触发器置为“1”状态，完成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开关（位于实验板右上方） ，它具有三种状态：PROM（编程） 、READ（校验） 、RUN（运行） 。当处于“编程状态”时，学生可根据微地址和微指令格式将微指令二进制代码写入到控制存储器 2816 种。当处于“校验状态”时，可以对写入控制器的二进制代码进行校验，从而可以判断写入的二进制代码是否正确。当处于“运行状态”时，只要给出微程序的入口微地址，则可根据微程序流程图自动执行
15、微程序。图中微地址寄存器输出端增加了一组三态门，目的是隔离触发器的输出，增加抗干扰能力，并用来驱动微地址显示灯。微指令字长共 24 位，其控制顺序如下：表 31计算机组成原理与系统结构实验指导书10其中 UA5-UA0 为 6 位的后续微地址，A、B、C 为三个译码字段，分别由三个控制位译码出多位。C 字段中的 P(1)-P(4)是四个测试字位。其功能是根据机器指令及其相应微代码进行译码，使微程序转入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环运行，其原理如图 33 所示，图中 I7-I2 为指令寄存器计算机组成原理与系统结构实验指导书11图 32 微控器实验原理图计算机组成原理与系统结构实验指导书12的 72 位输出，SE5-SE1 为微控制单元微地址锁存器的强置端输出。AR 为算术运算是否影响进位及判零标志控制位，其为零有效。B 字段中的 RS-B、R0-B、RI-B
