《计算机组成原理实验指导书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机组成原理实验指导书（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机组成原理实验指导书青岛科技大学数字技术实验中心目录实验一运算器实验1实验二进位运算和移位运算实验7实验三静态存储器原理实验11实验四数据通路实验13实验五微程序控制器实验15实验六微程序控制器实验25实验一 运算器实验一、实验目的1） 熟悉实验装置；2） 学习算术逻辑单元电路的构成及其工作原理，掌握运算器实验的数据传送通路的结构及不同实验状态下的各运算数据的流程；3） 验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能；二、实验设备JYS-4 计算机组成原理实验箱及导线若干。三、实验内容1、实验装置简介JYS-4 计算机组成原理实验装置是一种能够通过多种 “原理计算机”的设计和构造，来灵活地
2、实现 “计算机组成原理”课程的实验教学，以满足不同层次和不同教学环节实验要求的开放式教学实验设备。使用 JYS-4 计算机组成原理实验装置可完成运算器实验、 进位和移位控制实验、静态存储器原理实验、计算机的数据通路实验、微程序控制器实验、基本模型机的设计与实现实验、带移位运算的模型机的设计与实现等实验。JYS-4 计算机组成原理实验装置采用内、外总线结构，并按开放式结构要求设计了各关联的单元实验电路，除进一步规范了可组成的原理计算机结构外，也为实验教学提供了充足的硬件可设计空间和软件可设计空间，在实验电路构造方面，系统也提供了多种手段，可按部件层次组合方式逐次构造不同结构和复杂程度的部件实验电
3、路及模型计算机。整个实验仪器是由分散元器件构成，包括计算机中的各组成部件：运算器、存储器、控制器等，这些器件的内部连线已经连好，需要连接的是一些控制信号线。实验板上对各个器件的划分比较清楚，都用白色框线表示，每个器件的名称也用白色注明。JYS-4 计算机组成原理实验装置具有以下特点：1） 系统装置支持三种实验电路构造方式，即实验元件零连线方式（在面包板上自己搭建实验电路） 、单元电路跨接方式（使用装置提供的排线通过跨接构造出实验电路）和实验 “软连线 ”方式（使用可编程逻辑器件通过编程设计实验电路） 。我们可以根据实验教学的需要，灵活使用。2） 系统装置提供灵活的操作方式。 即可以通过拨动微程
4、序控制器单元的数据开关（以发光二极管为显示器）以二进制数码进行编程、显示来调试实验程序，也可以通过RS-232C通讯接口与PC微机联机，在PC机上进行编 程、传送、装载程序，动态调试和运行程序。3） 系统装置提供图形方式的联机操作软件， 可以显示用户设计的实验模型机的逻辑示意图。在调试过程中可以动态的显示数据流向及数据、地址和控制总线的各种信息，使调试过程形象化。4） 系统装置采用E2PROM 作为微程序存储器， 从而对程序既能修改又具有断电保护功能每套实验仪器内部都有电源线、排线若干，电源开关在旁侧。 JYS-4 硬件系统主要由安装在一块印刷电路大板上的开关、电阻、 LED 显示器、集成电路
5、等器件构成。整个电路板由功能相对独立的不同 单元电路”组成。系统布局如图1-1所示。电源（RS232接口）89C51单元（PC单元）信号单元时序单元微程序控制器单元运算器单元读写单元逻辑单元.匚口第一 !寄存器 回单兀I单元地址单元总线单元PLD单元扩展单元输入设备；主存储器I MLBi输出设备i开关控制单元图1-1系统布局示意图JYS-4计算机组成原理实验装置系统配置如表1-1所示表1-1 JYS-4系统的主要配置项目内容数量项目内容数量运算器74LS1812输出设备GAL16V82移位器74LS2991数码管2指令程序寄存器SRAM61161信号源5551通用寄存器74LS273274LS
6、123174LS3743电位器2指令寄存器74LS2731编辑运行方 式开关二态开关1程序计数器74LS1612显示灯发光二极管8微程序控制存储器E2PROM28163单片机LH-11时序发生器74LS1751串行通讯口MC1488174LS741MC14891起停控制器拨动开关29针插座1微动开关2电源5V+12V输出1微指令寄存器74LS2732通用实验单 元进口面包板（附件）274LS1751微地址寄存器74LS743通讯电缆RS-2321PIDIsplisi10162软盘集成操作软件1输入设备74LS2451实验用元件排线若干数据开关8存储器SRAM611612、实验原理1）算术逻辑运
7、算单元电路的结构算术逻辑运算单元电路的结构如图1-2所示，使用2片74LS181以并/串连的形 式构成8位字长的ALU , ALU的输出经过一个三态门（74LS245）同数据总线相连。 运算器的两个输入端的数据分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入与 数据总线相连，数据开关用来给出参与运算的数据， 并通过三态门（74LS245）和数据 总线相连，数据显示灯与数据总线相连，用来显示数据总线的内容。在实验过程中， ALU根据不同的运算控制信号对 2个锁存器中的二进制数进行相应的算术或逻辑 运算。其运算结果可以经三态门（74LS245）送到数据总线上，挂在数据总线上的 指示灯便显示其内
8、容。CN数据指示灯B7.B0ALU-B三态门74LS245A0F3MAJJTC闻）CNFT CNMugi】AnRI RAM3I 4 32:nio sscss32 lossss Aahtm Rfi mLDDR174LDDR2T4图1-2算术逻辑运算单元数据通路2）算术逻辑运算单元电路的主要控制信号算术逻辑单元电路中用到的控制信号主要有T4、S0、S1、S2、S3、而、M、LDDR1、LDDR2、SW B、ALU B。在实际应用中，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，其中cn、SWB、aluB 为低电平有效，
9、它们是分别控制运算器进位、数据开关至数据总线的三态门以及运 算器输出至数据总线三态门的控制信号。需要说明的是，在实验过程中必须保证任何时刻最多只能有一路数据出现在数 据总线上，SWrB和aluB这两个信号不能同时有效，否则会引发数据总线上 多个方向的数据流同时存在（如数据开关上的数据和ALU上的数据同时送往数据总线），这种情况会引发数据总线上的 数据冲突”，很容易导致各自的三态门等器 件烧毁，这是一定要注意避免的。在今后做其他实验的时候更要注意，因为数据的 来源越多，引发这种 数据冲突”的可能性就越大。LDDR1、LDDR2为高电平有效，它们分别是运算器的“A寄存器”和“B寄存器 数据锁存控制
10、信号，有效（高电平状态）时工TT4脉冲来临便接收数据，无效时便锁存数据。S0、S1、S2、S3以及M和 行 是运算功能发生器（74LS181）的运算 功能控制信号，其状态与功能见 74LS181功能表。表 1-2 74LS181 功能表（2015-10-29 修改）工作方式输入选择正逻辑输入与输出逻辑运算（M=H ）算术运算（M=L ）S3S2S1S0（/Cn=H,无进位）（/Cn=L,有进位）LLLLA非AA加1LLLH（A+B ）非A+B（A+B ）加 1LLHL（A 非）BA+（B 非）（A+（B 非）加 1LLHH0减10LHLL（AB）非A加A（B非）A加A（B非）力口 1LHLHB
11、非（A+B）加 A（B 非）（A+B）加 A（B 非）加 1LHHLA异或BA减B减1A减BLHHHA（B 非）（A（ B 非）减 1A（B 非）HLLL（A 非）+BA 力口 ABA力口 AB力口 1HLLH（A异或B）非A加BA力口 B力口 1HLHLB（A+（B 非）加 AB（A+（B 非）加 AB 加 1HLHHABAB减1ABHHLL1AA加A加1HHLHA+（B 非）（A+B）加 A（A+B）加 A 加 1HHHLA+B（A+（B 非）加 A（A+（B非）加A加1HHHHAA减1A四、实验步骤1、按要求打开实验装置，把上述原理图中用到的单元电路及控制信号与实验 装置上各单元电路和相
12、关信号控制开关等实物对照，熟悉应用和操作对象2、本次实验用到的所有数据开关和控制开关如果不在初始状态，则要先将其 打到初始状态（即断开状态），在本装置中，开关断开，其输出均为高电 平状态（开关指小灯火）。3、按照图1-3连接线路（按照实验一里要求的方法要点接线），连接完毕后要 进行仔细检查（每两组之间也要交换检查），确保无误后方可通电实验。图1-3实验接线图4、用二进制数据开关向DR1（寄存器A）和DR2（寄存器B）置运算数据。其具体 步骤如下：1）再次查看开关单元的ALU-B开关是否处于初始状态，不在初始状态则打到初始状态（ALU-B=1 ）,关闭ALU输出的三态门。2）接通SW-B开关，打
13、开数据输入单元的三态门。3）分别向寄存器A和寄存器B置数，操作流程如下：4）关闭数据输入三态门，即断开 SW-B开关（使SW-B=1）。5、验证寄存器A（DR1）和寄存器B（DR2）中数据的正确性，操作步骤如下：1）在上述关闭数据输入三态门（SW-B=1）的情况下，打开ALU输出的三态 门（ALU-B=0）。2）当置S3、S2、S1、S0、M于初始状态时，其控制开关均在断开状态， 输出信号均为高电平（1）,这时ALU输出的是寄存器A里的数据，对照 所设置的数据看是否与总线指示灯显示的数据相同。3）只接通S2和S0信号的控制开关（使S2=0, S0=0）,其余开关状态不变， 这时ALU输出的是寄
14、存器B里的数据，对照所设置的数据看是否与总 线指示灯显示的数据相同。4）经过上述检验，如果两个寄存器所显示的数据与所置入的数据是一致 的，表明实验装置所用到的这部分单元电路、实验接线和实验操作都是 正确无误的。否则必有一个或几个实验环节发生错误，必须认真检查分析，找出出错原因。后续实验必须在上述结果正确无误的基础方可进行。6、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能 （采用正逻辑），在给定寄存器 A（DR1=X）和寄存器B（DR2=Y）数据的情况下，改变运算器的功能，观察运 算器的输出，把相关功能下的输出结果填入下表1-3,并做出理论分析和比较，验证实验的正确性。表1-3运算器实验数据记录表寄存器A 的内容X寄存器
