實驗一至五(25頁tostu)資料

1、計算機組成原理實驗指導(dǎo)書31實驗一運算器實驗一、實驗?zāi)康模?. 掌握運算器的組成及工作原理；2. 了解4位函數(shù)發(fā)生器74LS181的組合功能，熟悉運算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作 的具體實現(xiàn)過程；3. 驗證帶進位控制的 74LS181的功能。二、預(yù)習要求：1 復(fù)習本次實驗所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理；2 預(yù)習實驗步驟，了解實驗中要求的注意之處。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、電路組成：本模塊由算術(shù)邏輯單元 ALU 74LS181 （ U7、U8、U9、U10）、暫存器74LS273 （U3、U4、U5、U6 ）、三態(tài)門 74LS244 （ U11

2、、U12）和控制電路（集成于EP1K10 內(nèi)部）等組成。算術(shù)邏輯單元 ALU是由四片74LS181構(gòu)成。74LS181的功能控制條件由 S3、S2、S1、SO、 M、Cn決定。高電平方式的 74LS181的功能、管腳分配和引出端功能符號詳 見表1-1、圖1-2和表1-2。四片74LS273構(gòu)成兩個16位數(shù)據(jù)暫存器，運算器的輸出采用三態(tài)門74LS244。它們的管腳分配和引出端功能符號詳見圖1-3和圖1-4。E1_1VecA匚Sq匚23鮎221AiB i馬運算馥輸入喘（詆電平育規(guī)已匚421As運算敎輸入塢低電平右效）g富 1523-1GCn迸位輸入端E匚61P二1恥g進位輸出端3匚7131BbF用

3、運算輸出端卩穗平有效）M 1G17FoF斕比粒輸出端Fo匚g1：n迸位產(chǎn)主輸出端據(jù)電平有效Fl 110151Fp殲進位傳輸輸出端（低電平有戒）鬥11114Fa=bU工作方式控制GNDI_n13iFj功能選擇圖1-274LS181管腳分配表1-274LS181輸出端功能符號74LS181功能表見表1- 1，其中符號“ + ”表示邏輯“或”運算，符號“ * ”表示 邏輯“與”運算，符號“/”表示邏輯“非”運算，符號“加”表示算術(shù)加運算，符號“減” 表示算術(shù)減運算。選擇M=1M=0算術(shù)操作S3 S2 S1 S0邏輯操作Cn=1 （無進位）Cn=0 （有進位）0 0 0 0F=/AF=AF=A 加 1

4、0001F=/(A+B)F=A+BF=(A+B)加 10010F=/A*BF=A+/BF=(A+/B)加 10011F=0F= 1F=00100F=/(A*B)F=A 加 A*/BF=A 加 A*/B 加 10101F=/BF=(A+B)加 A*/BF=(A+B)加 A*/B 加 10110F=(/A*B+A*/B)F=A減B減1F=A 減 B0111F=A*/BF=A*/B 減 1F=A*/B1000F=/A+BF=A 加 A*BF=A 加 A *B 加 11001F=/(/A*B+A*/B)F=A 加 BF=A加B加11010F=BF=(A+/B)加 A*BF=(A+/B)加 A*B 加

5、11011F=A*BF=A*B 減 1F=A*B1100F=1F=A 加 AF=A加A加11101F=A+/BF=(A+B)加 AF=(A+B)加 A 加 11110F=A+BF=(A+/B)加 AF=(A+/B)加 A 加 11111F=AF=A 減 1F=A表1-174LS181功能表CRI1201Vcc1QEZ219SQIDI_3118D2D-4177D3Q 二51617Q3Q匸j-16Q3D -7144D匚813-15D4Q匚9125QGND匚101JCP輸入輸出OR CP DQLxxHtHLHH t LLH LX圖1-3( a) 74LS273管腳分配圖 1-3 (b) 74LS27

6、3功能表1 20二| Vcc219一1曲F宮匸318二I1F2A 1一417一1 3A7YI_516_I 2Y肚匚613一1 7A6YT714二 3Y4A 1S131 6A5YIP12_&YGNPI_101：,_I 5A輸入riEN A |mL LL HH2H -高電平L 低電平Z -誣圖1-4 ( a)74LS244管腳分配圖 1-4 ( b)74LS244 功能五、工作原理:運算器的結(jié)構(gòu)框圖見圖1-5：數(shù)據(jù)證戡（D-EUS）圈1-5花用K的笫構(gòu)硬算術(shù)邏輯單元ALU是運算器的核心。集成電路74LS181是4位運算器，四片74LS181 以并/串形式構(gòu)成 16位運算器。它可以對兩個16位二進制

7、數(shù)進行多種算術(shù)或邏輯運算， 74LS181有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式 采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。三態(tài)門74LS244作為輸出緩沖器由 ALU-G信號控制，ALU-G 為“ 0”時，三態(tài)門 開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G 為“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，此時其輸出呈高阻。四片74LS273作為兩個16數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為 LDR1和LDR2，當LDR1 和LDR2為高電平有效時，在 T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。六、實驗內(nèi)容：驗證74LS181運算器的邏輯運算功能和算術(shù)運算功能。七、實驗步驟：I、單片機鍵盤操作方式實驗

8、注：在進行單片機鍵盤控制實驗時，必須把開關(guān)K4置于“ OFF ”狀態(tài)，否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進行實驗。1實驗連線（鍵盤實驗）：實驗連線如圖1 - 6所示。（連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。注意：F4只用一個排線插頭孔）2、實驗過程（1）撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動 CLR，使其指示燈亮。（2） 在監(jiān)控滾動顯示【CLASS SELECt】時按【實驗選擇】鍵，顯示【ES-_ _】輸入01或1，按【確認】鍵，監(jiān)控顯示為【 ES01】，表示準備進入實驗一程序，也可按【取 消】鍵來取消上一步操

9、作，重新輸入。（3） 再按【確認】鍵，進入實驗一程序，監(jiān)控顯示【In St-】，提示輸入運算指令，輸入兩位十六進制數(shù)（參考表1 3和表1 1）,選擇執(zhí)行哪種運算操作，按【確認】鍵。（4）監(jiān)控顯示【Lo=0】，此處Lo相當于表1 1中的M,默認為“ 0 ”，進行算術(shù)運算，也可以輸入“ 1”，進行邏輯運算。按【確認】，顯示【 Cn=0】，默認為“ 0”，由表1 1 可見，此時進行帶進位運算，也可輸入“1 ”，不帶進位運算（注：如前面選擇為邏輯運算，則Cn不起作用）。按【確認】，顯示【 Ar=1】，使用默認值“ 1”，關(guān)閉進位輸出。 也可輸入“ 0”，打開進位輸出，按【確認】。（5）監(jiān)控顯示【DAT

10、A】，提示輸入第一個數(shù)據(jù)，輸入十六進制數(shù)【1234H】，按【確認】，顯示【DATA】，提示輸入第二個數(shù)據(jù)，輸入十六進制數(shù)【5678H】，按【確認】鍵，監(jiān)控顯示【FINISH】，表示運算結(jié)束，可從數(shù)據(jù)總線顯示燈觀察運算結(jié)果，CY指示燈顯示進位輸出的結(jié)果。按【確認】后監(jiān)控顯示【 ES01】，可執(zhí)行下一運算操作。運算指令（S3S2S1S0)輸入數(shù)據(jù)（十六進制）000000或0000101或1001002或2001103或3010004或4010105 或 5011006或6011107或7100008或8100109或910100A或A10110B或B11000C或C11010D或D11100E或E

11、11110F或F表1-3運算指令關(guān)系對照表在給定LT仁1234H、LT2=5678H的情況下，改變運算器的功能設(shè)置，觀察運算器的 輸出，填入表中，并和理論值進行比較和驗證：LT1LT2S3S2S1S0M=0 （算術(shù)運算）M=1 （邏輯運算）Cn=1 （無進位）Cn= 0 （有進位）00或0F=F=F=I234H5678H01或1F=F=F=02或2F=F=F=03或3F=F=F=04或4F=F=F=05或5F=F=F=06或6F=F=F=07或7F=F=F=08或8F=F=F=09或9F=F=F=0A或AF=F=F=0B或BF=F=F=0C或CF=F=F=0D或DF=F=F=0E或EF=F=F

12、=0F或FF=F=F=n、開關(guān)控制操作方式實驗注：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的 ALU-G和C-G撥到輸出高電平“ 1 狀態(tài)（所對應(yīng)的指示燈亮。）本實驗中所有控制開關(guān)撥動， 相應(yīng)指示燈亮代表高電平 “1” 指示燈滅代表低電平“ 0”。1、按圖1 7接線圖接線:連線時應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插 在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。運算器接口S3S2S1S0MCrALU-GARLDR1LDR2-1DIJ-GDIJ1控制總線T4fin脈沖源及時序電路* DIJ2數(shù)據(jù)輸入電路BD7 .BD0BD15 BD8 數(shù)據(jù)總線|C-

13、G| S3S2S1S0MCn ALU-G JARLDRl|LDR2_控制開關(guān)電路T+f/8圖1 7實驗一開關(guān)實驗接線圖2、通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關(guān)開關(guān)向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)：注意：本實驗中 ALU-G和C-G不能同時為0,否則造成總線沖突，損壞芯片！ 故每次實驗時應(yīng)時刻保持只有一路與總線相通。1）撥動清零開關(guān) CLR，使其指示燈。再撥動 CLR，使其指示燈亮。置 ALU-G = 1： 關(guān)閉ALU的三態(tài)門；再置 C-G=0 :打開數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；2） 向數(shù)據(jù)暫存器LT1 （U 3、U4）中置數(shù)：（1） 設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15D0”為要輸入的數(shù)值；（2） 置LDR1 = 1:使數(shù)

14、據(jù)暫存器LT1 （ U 3、U4 ）的控制信號有效，置LDR2 =0：使 數(shù)據(jù)暫存器LT2 （U 5、U6）的控制信號無效；LT1送時鐘，上升沿有(3) 按一下脈沖源及時序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。3) 向數(shù)據(jù)暫存器 LT2 (U 5、U6)中置數(shù)：(1) 設(shè)置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關(guān)“D15DO ”為想要輸入的數(shù)值；(2 )置LDR1 = 0:數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置 LDR2 = 1 :使數(shù)據(jù)暫存 器LT2的控制信號有效。(3) 按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器LT2送時鐘，上升 沿有效，把數(shù)據(jù)存在 LT2中。(4) 置LDR1 = 0、

15、LDR2 = 0,使數(shù)據(jù)暫存器 LT1、LT2的控制信號無效。4 )檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確：(1 )置C-G=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=O，打開ALU的三態(tài)門 ;(2) 置“ S3S2S1S0M”為“ 11111”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù)，表示往暫存器 LT1置數(shù)正確；(3) 置“ S3S2S1S0M ”為“ 10101 ”，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù)，表示往暫存器LT2置數(shù)正確。3、驗證74LS181的算術(shù)和邏輯功能LT1LT2S3S2S1S0M=0 (算術(shù)運算)M=1 (邏輯運算)Cn=1 (無進位)Cn=

16、0 （有進位）1234H5678H0 0 0 0F=F=F=0 0 0 1F=F=F=0 0 1 0F=F=F=0 0 1 1F=F=F=0 1 0 0F=：F=F=0 1 0 1F=F=F=0 1 1 0F=Y=F=0 1 1 1F=F=F=1 0 0 0F=F=F=1 0 0 1F=F=F=1 0 1 0F=Y=F=1 0 1 1F=F=F=1 1 0 0F=F=F=1 1 0 1F=F=F=1 1 1 0F=F=F=1 1 1 1F=F=F=按實驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進制數(shù)“ 1234H ”和“ 5678H在給定LT仁1234H、LT2=5678H的情況下，通過改變

17、“ S3S2S1S0MCn ”的值來改變運算 器的功能設(shè)置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F，填入上表中，參考表1- 1的功能表，分析輸出 F值是否正確。分別將“ AR ”開關(guān)撥至“ 1”和“ 0”的狀態(tài)， 觀察進位指示燈“ CY ”的變化并分析原因。八、實驗報告要求：1、實驗記錄：所有的運算結(jié)果，故障現(xiàn)象及排除經(jīng)過；2、談?wù)劚敬螌嶒灥氖斋@及想法。實驗二移位運算實驗一、實驗?zāi)康模赫莆找莆豢刂频墓δ芗肮ぷ髟矶?、預(yù)習要求：1 .了解移位寄存器的功能及用FPGA的實現(xiàn)方法。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、工作原理：移位運算實驗電路結(jié)構(gòu)如圖2-1

18、所示：數(shù)寓總蛭（D BUS）Ir蠡據(jù)輸入電路嚴曾.務(wù)他寄存無hiai*z（a 299圖2-1移位運算器電路結(jié)構(gòu)功能由S1、SO、M控制，具體功能見表 2-2:G-299S1S0MT4功 能000X保持0100循環(huán)右移0101帶進位循環(huán)右移0010f循環(huán)左移0011f帶進位循環(huán)左移111Xf置數(shù)（進位保持）0110f置數(shù)（進位清零）0111f置數(shù)（進位置1）表2-2五、實驗內(nèi)容：輸入數(shù)據(jù)，利用移位寄存器進行移位操作。六、實驗步驟I、單片機鍵盤操作方式實驗。注：在進行單片機鍵盤控制實驗時，必須把K4開關(guān)置于“ OFF ”狀態(tài)，否則系統(tǒng)處于自鎖狀態(tài)，無法進行實驗。1實驗連線：實驗連線圖如圖2 -2所

19、示。込算器怨I IS3S2SlMCnG 2991 L5| F4圖2 2鍵盤方式接線圖注：為了連線統(tǒng)一，對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。F4只用一個排線插頭孔2、實驗過程：(1) 撥動清零開關(guān) CLR，使其指示燈滅。再撥動 CLR，使其指示燈亮。在監(jiān)控指示燈滾動顯示【CLASS SELECt】時按【實驗選擇】鍵，顯示【ES-_ _】輸入02或2， 按【確認】鍵，監(jiān)控指示燈顯示為 【ES02】，表示準備進入實驗二程序，也可按【取消】鍵來取消上一步操作，重新輸入。(2) 再按【確認】鍵，進入實驗二程序，顯示為【E1E0-】，

20、提示輸入操作指令(參考表2 2, E1E0相當于G_299，二進制，“11 ”為關(guān)閉輸出，“00”為允許輸出)， 輸入二進制數(shù)“ 11”，關(guān)閉輸出，在輸入過程中，可按【取消】鍵進行輸入修改。按【確認】鍵。(3) 監(jiān)控指示燈顯示【Lo=0】，可輸入二進制數(shù)“ 0 ”或“ 1”，此處Lo相當于表2 2 的M ,默認為“ 0” ,按【確認】鍵。(4) 監(jiān)控指示燈顯示【S0S1-1,提示輸入移位控制指令(參考表2 2),輸入二進制數(shù)“ 11”，對寄存器進行置數(shù)操作，按【確認】鍵。(5) 監(jiān)控指示燈顯示【DATA】，提示輸入要移位的數(shù)據(jù)，輸入十六進制數(shù)“0001 ”，按【確認】，顯示【PULSE】，此時

21、按【單步】，將數(shù)據(jù)存入移位寄存器，可對它進行 移位操作。(6) 監(jiān)控指示燈顯示【ES02】，按【確認】鍵，進行移位操作，顯示為【E1E0-】，提示輸入操作指令(E1E0同上)，輸入二進制數(shù)“ 00”，允許輸出，按【確認】鍵。(7) 監(jiān)控指示燈顯示【Lo=0】。和前面一樣，輸入“ 0”，選擇不帶進位操作，按【確認】鍵。監(jiān)控指示燈顯示【S0S1-】，提示輸入移位控制指令(參考表2 2)，輸入二進制數(shù)“ 01”，表示對輸入的數(shù)據(jù)進行循環(huán)右移，顯示【 PULSE】。按【單步】鍵，則 對十六進制數(shù)據(jù)“ 0001 ”執(zhí)行一次右移操作。數(shù)據(jù)總線指示燈顯示“ 1000000000000000”，再按【單步】，

22、數(shù)據(jù)總線指示燈顯示 “ 0100 000000000000”， 連續(xù)按【單步】，可以單步執(zhí)行，按【全速】鍵，監(jiān)控指示燈顯示【 Run】，則可連 續(xù)執(zhí)行移位操作。觀察數(shù)據(jù)總線顯示燈的變化，判斷結(jié)果是否正確。(8) 重新置入數(shù)據(jù)“ FFFF”，進行帶進位的循環(huán)右移，觀察數(shù)據(jù)總線顯示燈的變化，判 斷結(jié)果是否正確。n、開關(guān)控制操作方式實驗本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1”，指示燈滅代表低電平“ o”。1、按圖2 3接線：連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有

23、開關(guān)撥到輸出高電平“1”狀態(tài)，所對應(yīng)的指示燈亮。圖2 3實驗二開關(guān)實驗接線圖2、實驗過程：(以左移為例)開始實驗前要把所有控制開關(guān)電路上的開關(guān)置為高電平“1”狀態(tài)。撥動清零開關(guān)CLR，使其指示燈滅。再撥動 CLR，使其指示燈亮。(1) 置數(shù)：置C-G = 1, 299-G = 0，通過數(shù)據(jù)輸入電路輸入要移位的數(shù)據(jù)，置D15-D0=“ 0000000000000001 ” ,然后置 C-G = 0,數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “ 0000000000000001 ” , 置S0=1, S仁1, M=1參考功能表表2 2可見，此時為置數(shù)狀態(tài)，按脈沖源及時序 電路上的【單步】按鈕，置C-G=1，完成置數(shù)的過

24、程，進位指示燈亮表示進位“Z ”已置位。(2) 不帶進位移位：置299-G = 0, S0=1, S仁0, M=0，參考功能表 2 2,此時為循環(huán)左移狀態(tài)， 數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000000000001 ”， 按【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“ 0000000000000010”，再按一次【單步】，數(shù)據(jù)總線顯示的數(shù)據(jù)向左移動一位。連續(xù)按【單步】，觀察不帶進位移位的過程。如想進行右移，參考表2 2,置S0=0,S1 = 1,再按【單步】即可實現(xiàn)右移操作。(3) 帶進位移位當數(shù)據(jù)總線顯示“ 0000000000000001 ” 時，置 299-G = 0, S0=1, S仁0 , M=1 ,

25、 參考功能表2 2,此時為帶進位循環(huán)左移狀態(tài)。按【單步】按鈕，數(shù)據(jù)總線顯示燈 顯示“ 0000000000000011 ”，進位指示燈滅，表示進位“1”已經(jīng)進入移位寄存器，同時“ 0”進入進位單元。連續(xù)按【單步】，觀察帶進位移位的過程。如想進行帶進 位右移，參考表 2 2,置S0=0, S= 1 , M=1,再按【單步】即可實現(xiàn)帶進位右移操 作。3、按以上的操作方法驗證表22所列的移位運算試驗電路的所有功能。七、實驗報告要求：同實驗一。實驗三存儲器讀寫和總線控制實驗一、實驗?zāi)康模?、 掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機存儲器RAM的特性和使用方法。2、掌握地址和數(shù)據(jù)在計算機總線的傳送關(guān)系。3、了解運算器和存儲

26、器如何協(xié)同工作。二、預(yù)習要求：預(yù)習半導(dǎo)體靜態(tài)隨機存儲器6116的功能。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、電路組成：6116的管腳分配和功能見圖 3-1 。圖3-1（ a）6116管腳分配-2 3 d 5 7CEWR輸入/輸出HXX不選擇LHL讀LLWH寫LL寫圖 3-1 (b)6116 功能五、工作原理：實驗中的靜態(tài)存儲器由 2片6116 （2K X 8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線D0D15接到數(shù)據(jù)總線， 地址線A0A7由地址鎖存器 74LS273（集成于EP1K10內(nèi)）給出。黃色地址顯示燈 A7-A0 與地址總線相連，顯示地址總線的內(nèi)容。綠色數(shù)據(jù)顯示燈與數(shù)據(jù)總線相

27、連，顯示數(shù)據(jù)總 線的內(nèi)容。因地址寄存器為8位，接入6116的地址A7-A0，而高三位A8-A10接地，所以其實 際容量為28= 256字節(jié)。6116有三個控制線，/CE （片選）、/R （讀八/W （寫）。其寫時 間與T3脈沖寬度一致。當LARI為高時，T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄存器。當WEI為高時,T3的上升沿使6116進入寫狀態(tài)。六、實驗內(nèi)容：學習靜態(tài)RAM的存儲方式，往 RAM的任意地址里存放數(shù)據(jù)，然后讀出并檢查結(jié)果 是否正確。注：6116為靜態(tài)隨機存儲器，如果掉電，所存的數(shù)據(jù)全部丟失！七、實驗步驟n、開關(guān)控制操作方式實驗注：為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥

28、到輸出高電平“1”狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1 ”，指示燈滅代表低電平“ 0”。連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上1、按圖3 - 3接線圖接線:圖3-3實驗三開關(guān)實驗接線 圖2、撥動清零開關(guān) CLR，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮一滅一亮。3、往存儲器寫數(shù)據(jù)：以往存儲器的（FF）地址單元寫入數(shù)據(jù)“ AABB ”為例，操作過程如下：（操作）（顯示）（操作）（顯示）（操作）4、按上述步驟按表 3-2所列地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)地址（二進制）數(shù)據(jù)（二進制）000000000011

29、001100110011011100010011010000110100010000100011010100110101010110100101010101010101101000110110011001100110110011111010101110101011111110000111011101110111111001101001110110011011表3 25、從存儲器里讀數(shù)據(jù)：以從存儲器的（FF）地址單元讀出數(shù)據(jù)“ AABB ”為例，操作過程如下:（操作）（顯示）（操作）（顯示）（操作）（顯示）1. C-G=12. 置數(shù)據(jù)輸入電路D15 DO= 00000000111111113.

30、CE=14. C-G=0綠色數(shù)據(jù)總線顯 示燈顯示0000000011111111”-1. LAR=12. T3=1（按【單步】）MAR電路黃 色地址顯示 燈顯示“11111111 ”1. C-G=12. LAR=0 -3. WE=04. CE=0綠色數(shù)據(jù)總線顯 示燈顯示“ 1010101010111011”6、按上述步驟讀出表 3-2數(shù)據(jù)，驗證其正確性。附加實驗總線控制實驗一、實驗?zāi)康模?、了解總線的概念及其特性。2、掌握總線的傳輸控制特性。二、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一套，排線若干。三、實驗說明1、總線的基本概念總線是多個系統(tǒng)部件之間進行數(shù)據(jù)傳送的公共通路，是構(gòu)成計

31、算機系統(tǒng)的骨架。借助總線連接，計算機在系統(tǒng)各部件之間實現(xiàn)傳送地址、數(shù)據(jù)和控制信息的操作。因此，所謂總線就是指能為多個功能部件服務(wù)的一組公用信息線。2、實驗原理說明在本實驗中，掛接在數(shù)據(jù)總線上的有輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存儲器和加法器。為了使它們的輸出互不干擾，就需要這些設(shè)備都有三態(tài)輸出控制，且任意兩個輸出控制信號不能同時有效。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：她昭I）HlSJS址：曲A RIE圖3-6總線結(jié)構(gòu)圖其中，數(shù)據(jù)輸入電路和加法器電路結(jié)構(gòu)見圖1-5，地址寄存器和存儲器電路見圖3-1、3-3。數(shù)碼管顯示電路用可編程邏輯芯片ATF16V8B進行譯碼和驅(qū)動，D-G為使能信號，W/R為寫信號。當D-G為低電平時，W

32、/R的下降沿將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)打入顯示緩沖區(qū)， 并譯碼顯示。本實驗的流程為:（1 ）輸入設(shè)備將一個數(shù)打入 LT1寄存器。（2）輸入設(shè)備將一個數(shù)打入 LT2寄存器。（3）LT1與LT2寄存器中的數(shù)相加。（4）輸入設(shè)備將另一個數(shù)打入地址寄存器。（5）將兩數(shù)之和寫入當前地址的存儲器中。（6）將當前地址的存儲器中的數(shù)用數(shù)碼管顯示出來。四、實驗連線本實驗采用開關(guān)方式，連線見下圖。（連線時應(yīng)按如下方法：對于橫排座，應(yīng)使排線 插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上）桎制廿關(guān) CA1+顯示輸出顯示新出WZR控制開關(guān) C彎g關(guān)”數(shù)據(jù)輸Adix圖3-7總線控制實驗接線

33、圖五、實驗步驟1、按照上圖所示將所有連線接好。2、 總線初始化。關(guān)閉所有三態(tài)門置控制開關(guān)ALU_G=1（加法器控制信號），CA仁1（顯示輸出），CA2=1（數(shù)據(jù)輸入），CE=1（存儲器片選）。其它控制信號為LOAD=0，AR=0，LPC=0，C=1，WE=1，A=1，B=1。3、將 D15 D0 撥至 “ 0001001000110100”，置 CA2=0，LOAD=1，然后置 LOAD=0， 將“ 1234H ”打入LT1寄存器。4、將 D15 D0 撥至“ 0101011001111000”，置 AR=1，然后置 AR=0，將“ 5678H ” 打入LT2寄存器。5、將S3S2S1S0MC

34、N撥至“100101”，計算兩數(shù)之和。6、將D7 D0撥至“ 00000001 ”，置LPC=1，然后置LPC=0，將“ 01H ”打入地址 寄存器。7、置CA2=1，ALU-G=0，WE=0，CE=0，將上述計算結(jié)果寫入當前地址的存儲器 中。然后置CE=1，WE=1。8、置ALU-G=1，CE=0，CA仁0, C=0，將當前地址的存儲器中的數(shù)輸出至數(shù)碼管， 然后置 C=1，CE=1，CA仁 1。六、實驗結(jié)果照以上8步操作完成后，輸出顯示電路LED上顯示“ 68AC”。實驗四微程序控制器原理實驗、實驗?zāi)康?1. 掌握微程序控制器的組成及工作過程；二、預(yù)習要求：1 復(fù)習微程序控制器工作原理；2

35、預(yù)習本電路中所用到的各種芯片的技術(shù)資料。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一臺，連接線若干。四、電路組成：微程序控制器的原理圖見圖4-1(a)、4-1(b)、4-1(c)。MS24-MS1圖4-1 (a)控制存儲器電路O tcy sr g r-D 匚i an Q o o ov 喝 啷氣時岡 t t 四聞 DDE*sDimMmmEI 霊圖4-1 ( b)微地址形成電路BE24-MS17N5M-I1IS9T2-4-74LS133MLS2：；d-2rriliI74LS273ripcJ呂罪茁罪霄ddO goo74LS13374LS13SX w i-Ej LJU74LS175圖4-1

36、( c)微指令譯碼電路以上電路除一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器74LS374、三片EEPROM2816和一片三態(tài)門74LS245，其余邏輯控制電路均集成于EP1K10內(nèi)部。28C16、74LS374、74LS245芯片的技術(shù)資料分別見圖 4-2圖4-4。砧匚12241 VncAS 1223_1 A3AJ 1_322二1 A9A4匚4211 WE加匚520覓A5 619I AinAl 1713二1 GTEA0匚817_1 1/07UOJ匚161 T心Q1匚10151 T/O5Id匸11141 I/O4GNDI12131 I/O3臥AID地址線1/00*1/07數(shù)據(jù)線片選線寫允許輸出允許圖 4-2（a）

37、28C16 引腳圖4-2 (b)28C16引腳說明工作方式/CE /OE /WE輸入/輸出EM1Q1D2DQD D QJ 3 4 4二 iuiLM1A2A3ACZ4AIEZ5AIEZ6AIEZ肚匚二8直匚二 GND匸讀LLH后備HXX字節(jié)寫LHL字節(jié)擦除L12VL寫禁止XXH寫禁止XLX輸出禁止XHX圖 4-2 （ c）34567391020Vcc19二8Q1S8D177Dk15,17Q6Q14JUDJ5D12111soCP圖 4-3（ a） 74LS374 引腳123 斗5678910161511數(shù)據(jù)輸出 高 阻 數(shù)據(jù)輸入 高 阻 高 阻 高 阻 高 阻28C16工作方式選擇輸入輸出麗 CP

38、 DQL t HHL t LLL L xQoH x xI圖 4-3（ b） 74LS374 功能輸入功能ENMLLA數(shù)據(jù)至B總錢LH呂範據(jù)至A總找HX隔離VCCEN1B2B3B4B5B6B7B8B nlnnnl圖 4-4（ a）74LS245 引腳圖 4-4（ b）74LS245 功能五、工作原理：1、寫入微指令在寫入狀態(tài)下，圖 4-1（ a）中K2須為高電平狀態(tài)，K3須接至脈沖/T1端，否則 無法寫入。MS1 MS24為24位寫入微代碼，在鍵盤方式時由鍵盤輸入，在開關(guān)方 式時由24位微代碼開關(guān)提供。UA5 uAO為寫入微地址，在鍵盤方式時由鍵盤輸入， 在開關(guān)方式時由微地址開關(guān)提供。K1須接低

39、電平使74LS374有效，在脈沖T1時刻，UAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址（如圖 4-1（ b）所示），同時寫脈沖將 24位微代碼寫 入當前微地址中（如圖 4-1（ a）所示）。2、讀出微指令在寫入狀態(tài)下，圖 4-1（ a）中K2須為低電平狀態(tài)，K3須接至高電平。K1須接 低電平使74LS374有效，在脈沖T1時刻，uAJ1的數(shù)據(jù)被鎖存形成微地址uA5 uA0（如圖4-1（b）所示），同時將當前微地址的24位微代碼由MS1 MS24輸出。3、運行微指令在運行狀態(tài)下，K2接低電平，K3接高電平。K1接高電平。使控制存儲器 2816 處于讀出狀態(tài)，74LS374無效因而微地址由微程序內(nèi)部產(chǎn)生。在脈沖

40、T1時刻，當前地址的微代碼由 MS1 MS24輸出；T2時刻將MS24 MS7打入18位寄存器中，然后譯碼輸出各種控制信號（如圖4-1（ C）所示，控制信號功能見實驗五）；在同一時刻MS6 MS1被鎖存，然后在T3時刻，由指令譯碼器輸出的 SA5 SAO將其中某幾 個觸發(fā)器的輸出端強制置位，從而形成新的微地址UA5 uAO,這就是將要運行的下一條微代碼的地址。當下一個脈沖T1來到時，又重新進行上述操作。4、脈沖源和時序：在開關(guān)方式下，用脈沖源和時序電路中“脈沖源輸出”作為時鐘信號，f的頻率為1MHz，f/2的頻率為500KHZ，f/4的頻率為250KHz，f/8的頻率為125KHZ，可根據(jù)實驗

41、 自行選擇一種頻率的方波信號。每次實驗時，只需將“脈沖源輸出”的四個方波信號任 選一種接至“信號輸入”的“ fin”，時序電路即可產(chǎn)生 4種相同頻率的等間隔的時序信 號T1T4。電路提供了四個按鈕開關(guān)，以供對時序信號進行控制。工作時，如按一下“單步” 按鈕，機器處于單步運行狀態(tài)，即此時只發(fā)送一個CPU周期的時序信號就停機，按鈕，機器連續(xù)運行，時序電路連續(xù)產(chǎn)生如圖 4-9 按鈕，機器停機。波形見圖4-8。利用單步運行方式，每次只讀一條微指令，可以觀察微指令的代碼與當前 微指令的執(zhí)行結(jié)果。如按一下“啟動” 的波形。此時，按一下“停止”圖4-8單步運行波形圖n n1 n圖4-9全速運行波形圖按動“單

42、脈沖”按鈕，“ T+ ”和“ T-”輸出圖4 10的波形：T+ T- 圖4 10單脈沖輸出波形各個實驗電路所需的時序信號端均已分別連至“控制總線”的“T1、T2、T3、T4”,實驗時只需將 脈沖源及時序電路” 模塊的“ T1、T2、T3、T4”端與“控制總線”的“T1、 T2、T3、T4 ”端相連，即可給電路提供時序信號。對于鍵盤方式的實驗，所需脈沖信號由系統(tǒng)監(jiān)控產(chǎn)生（其波形與脈沖方式相同），并通過控制總線的 F1 F4輸出。實驗時只需將“控制總線”的“F4F3F2F1 ”與“T4T3T2T1 ” 相連，即可給電路提供時序信號。六、實驗內(nèi)容：往EEPROM里任意寫24位微代碼，并讀出驗證其正確

43、性。七、實驗步驟表4-1微代碼，觀察微代碼與微地址顯示燈的對應(yīng)關(guān)系（注意輸入微代碼的順序是由右至左）。微地址（二進制）微代碼（十六進制）000000000001000001000002000010000003000011015FC4000100012FC8001000018E09001001005B50010000005B5501010106F3D8011000FF73D9011001017E00表4-1 實驗四微代碼表n、開關(guān)控制操作方式實驗本實驗中所有控制開關(guān)撥動，相應(yīng)指示燈亮代表高電平“1 ”，指示燈滅代表低電平“ 0”。為了避免總線沖突，首先將控制開關(guān)電路的所有開關(guān)撥到輸出高電平“1”

44、狀態(tài)，所有對應(yīng)的指示燈亮。連線時應(yīng)注意：對于橫排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向自 己插在橫排座上；對于豎排座，應(yīng)使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。1、按圖4 12接線圖接線：圖4 12 開關(guān)控制電路接線2、實驗步驟：1 ）寫微代碼（以寫表4-1的微代碼為例）：略2 ）讀微代碼并驗證結(jié)果：略實驗五微程序設(shè)計實驗一、實驗?zāi)康模荷钊胝莆瘴⒊绦蚩刂破鞯墓ぷ髟?，學會設(shè)計簡單的微程序。二、預(yù)習要求：1 復(fù)習微程序控制器工作原理；2 復(fù)習計算機微程序的有關(guān)知識。三、實驗設(shè)備：EL-JY-II型計算機組成原理實驗系統(tǒng)一臺，連接線若干。四、微程序的設(shè)計：1 微指令格式設(shè)計微指令編碼格式的主要原則是使微指令

45、字短、能表示可并行操作的微命令多、 微程序編寫方便。微指令的最基本成份是控制場，其次是下地址場。控制場反映了可以同時執(zhí)行的微 操作，下地址場指明下一條要執(zhí)行的微指令在控存的地址。微指令的編碼格式通常指控 制場的編碼格式，以下幾種編碼格式較普遍。1）最短編碼格式這是最簡單的垂直編碼格式，其特點是每條微指令只定義一個微操作命令。采用此 格式的微指令字短、容易編寫、規(guī)整直觀，但微程序長度長，訪問控存取微指令次數(shù)增 多從而使指令執(zhí)行速度慢。2）全水平編碼格式這種格式又稱直接編碼法，其特點是控制場每一位直接表示一種微操作命令。若 控制場長n位，則至多可表示 n個不同的微操作命令。采用此格式的微指令字長，

46、但可實現(xiàn)多個允許的微操作并行執(zhí)行，微程序長度短， 指令執(zhí)行速度快。3） 分段編碼格式是將控制場分成幾段。若某段長i位，則經(jīng)譯碼，該段可表示2i個 互斥的即不能同時有效的微操作命令。采用這種格式的微指令長度較短，而可表示的微操作命令較多，但需譯碼器。2 微程序順序控制方式的設(shè)計微程序順序控制方式指在一條指令對應(yīng)的微程序執(zhí)行過程中，下一條微指令地址的確定方法，又叫后繼地址生成方式。下面是常見的兩種。1）計數(shù)增量方式這種方式的特點是微程序控制部件中的微地址中的微地址產(chǎn)生線路主要是微地址 計數(shù)器MPC。MPC的初值由微程序首址形成線路根據(jù)指令操作碼編碼形成。在微程序執(zhí)行過程中該計數(shù)器增量計數(shù)，產(chǎn)生下一

47、條微指令地址。這使得微指令格式中可以不設(shè)置“下地址場”?？s短了微指令長度，也使微程序控制部件結(jié)構(gòu)較簡單。但微程序必須存放 在控存若干連續(xù)單元中。2 ）斷定方式微指令中設(shè)有“下地址場”，它指出下條微指令的地址，這使一條指令的微程序 中的微指令在控存中不一定要連續(xù)存放。在微程序執(zhí)行過程中，微程序控制部件中的微 地址形成電路直接接受微指令下地址場信息來產(chǎn)生下條微指令地址，微程序的首址也由 此微地址形成電路根據(jù)指令操作碼產(chǎn)生。3 本系統(tǒng)的微指令格式微程序設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一是處理好每條微指令的下地址，以保證程序正確高效地進行。本系統(tǒng)采用分段編碼的指令格式，采用斷定方式確定下一條微指令的地址?；詹僮骺刂菩?/p>

48、號控制曉下地址場徴指令寄存器MIR11就指令控存CM狀態(tài)條件徽地址形成電路指令操作碼圖5-2斷定方式微程序控制部件示意圖其中“微地址形成電路”對應(yīng)于實驗四的圖 4-1（ b）; “控存CM ”對應(yīng)于實驗四的圖 4-1（a）; “微指令寄存器及控制、地址場”對應(yīng)于實驗四的圖4-1（c）。每條微指令由24位組成，其控制位順序如下:24232221201918171615 14 1312 11 109 8 7654321S3S2S1soMCnWE1A1BF1F2F3uA5uA4uA3uA2uA1uA0圖53微指令譯碼電路略，同 4.1（c）微指令譯碼電路。圖中MS24 MS16對應(yīng)于微指令的第 2416位，S3S2S1S0MCn為運算器的方式控 制，詳見實驗一和實驗二；WE為外部器件的讀寫信號，1表示寫， 0表示讀；1A、1B用于選通外部器件，通常接至