計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)之運(yùn)算器和存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1 掌握運(yùn)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(yùn)算器執(zhí)行算術(shù)操作和邏輯操作的具體實(shí)現(xiàn)過程；3 驗(yàn)證帶進(jìn)位控制的74ls181的功能。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備： el-jy-ii型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干。三、預(yù)習(xí)要求： 復(fù)習(xí)本次實(shí)驗(yàn)所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理； 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)中要求的注意之處。四、實(shí)驗(yàn)原理： 運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1示。 圖1-1 運(yùn)算器的結(jié)構(gòu)框圖 算術(shù)邏輯單元alu是運(yùn)算器的核心。此處由四片74ls181（u7、u8、u9、u10）以并串形式構(gòu)成16位運(yùn)算器。它可以對(duì)兩個(gè)16位二進(jìn)制數(shù)

2、進(jìn)行多種算術(shù)或邏輯運(yùn)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。算術(shù)邏輯單元alu是74ls181的功能控制條件由s3、s2、s1、s0、 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(hào)詳見表1-1、圖1-2和表1-2。 四片74ls273（u3、u4、u5、u6）構(gòu)成兩個(gè)16位數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號(hào)分別為ldr1和ldr2，當(dāng)ldr1和ldr2 為高電平有效時(shí)，在t4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。74ls273的管腳分配和引出端功能符號(hào)詳見圖1-3兩個(gè)三態(tài)門74ls244（

3、u11、u12）作為運(yùn)算器的輸出緩沖器由alu-g信號(hào)控制，alu-g 為“0”時(shí)，三態(tài)門開通，此時(shí)其輸出等于其輸入；alu-g 為“1”時(shí)，三態(tài)門關(guān)閉，此時(shí)其輸出呈高阻。其管腳分配和引出端功能符號(hào)詳見圖1-4。 74ls181功能表見表11，其中符號(hào)“”表示邏輯“或”運(yùn)算，符號(hào)“*”表示邏輯“與”運(yùn)算，符號(hào)“/”表示邏輯“非”運(yùn)算，符號(hào)“加”表示算術(shù)加運(yùn)算，符號(hào)“減”表示算術(shù)減運(yùn)算。 選擇 m=1 邏輯操作 m=0 算術(shù)操作s3 s2 s1 s0cn=1（無進(jìn)位）cn=0（有進(jìn)位）0 0 0 0f=/a f=af=a加10 0 0 1f=/(a+b)f=a+bf=(a+b)加10 0 1 0

4、f=/a*bf=a+/bf=(a+/b)加10 0 1 1f=0f=1f=00 1 0 0f=/(a*b)f=a加a*/bf=a加a*/b加10 1 0 1f=/bf=(a+b)加a*/bf=(a+b) 加a*/b加1 0 1 1 0f=(/a*b+a*/b) f=a減b減1f=a減b0 1 1 1f=a*/bf=a*/b減1f=a*/b1 0 0 0f=/a+bf=a加a*bf=a加a *b加1 1 0 0 1f=/(/a*b+a*/b)f=a加bf=a加b加1 1 0 1 0f=bf=(a+/b)加a*bf=(a+/b)加a*b加11 0 1 1 f=a*bf=a*b減1f=a*b 1 1

5、 0 0f=1f=a加af=a加a 加11 1 0 1f=a+/bf=(a+b)加af=(a+b)加a加1 1 1 1 0f=a+bf=(a+/b)加af=(a+/b)加a加11 1 1 1f=af=a減1f=a表1-1 74ls181功能表 圖1-2 74ls181管腳分配 表1-2 74ls181輸出端功能符號(hào) 圖1-3（a） 74ls273管腳分配 圖1-3（b）74ls273功能表 圖1-4（a） 74ls244管腳分配 圖1-4（b） 74ls244功能五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：驗(yàn)證74ls181運(yùn)算器的邏輯運(yùn)算功能和算術(shù)運(yùn)算功能。六、實(shí)驗(yàn)步驟：說明：本次實(shí)驗(yàn)采用開關(guān)控制操作方式，為了避免總線沖

6、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(duì)應(yīng)的指示燈亮。)本實(shí)驗(yàn)中所有控制開關(guān)撥動(dòng)，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15接線圖接線： 連線時(shí)應(yīng)注意：為了使連線統(tǒng)一，對(duì)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(duì)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(yùn)算器接口 s3s2s1s0mcn alu-g ar ldr1 ldr2 bd15 . bd8數(shù)據(jù)總線bd7 . bd0 dij1 dij-g dij2 數(shù)據(jù)輸入電路 c-g s3s2s1s0mcn alu-g ar ldr1 ldr2控制總線t4 控制開關(guān)電

7、路 t+ fin f/8 脈沖源及時(shí)序電路 圖15 實(shí)驗(yàn)一 開關(guān)實(shí)驗(yàn) 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(gè)數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)：注意：本實(shí)驗(yàn)中alu-g和c-g不能同時(shí)為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)時(shí)刻保持只有一路與總線相通。1）撥動(dòng)清零開關(guān)clr，使其指示燈滅。再撥動(dòng)clr，使其指示燈亮。置alu-g1：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（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ldr11：使數(shù)據(jù)暫存器lt1（3、u4）的控制信號(hào)有效，置 ldr20：使 數(shù)據(jù)暫存器l

8、t2（5、u6）的控制信號(hào)無效；（3）按一下脈沖源及時(shí)序電路的【單脈沖】按鈕，給暫存器lt1送時(shí)鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在lt1中。 3）向數(shù)據(jù)暫存器lt2（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)“d15d0”為想要輸入的數(shù)值；（2）置ldr10：數(shù)據(jù)暫存器lt1的控制信號(hào)無效；置ldr21：使數(shù)據(jù)暫存器lt2的控制信號(hào)有效。（3）按一下脈沖源及時(shí)序電路的“單脈沖”按鈕，給暫存器lt2送時(shí)鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在lt2中。 （4）置ldr10、ldr20，使數(shù)據(jù)暫存器lt1、lt2的控制信號(hào)無效。 4 ）根據(jù)功能表選擇功能，觀察運(yùn)算結(jié)果。（1）置c-g=1，關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)

9、門，然后再置alu-g=0，打開alu的三態(tài)門 ；（2）置“s3s2s1s0mcn”為“xxxxxx”，觀察數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)并記錄結(jié)果。 3、驗(yàn)證74ls181的算術(shù)和邏輯功能:根據(jù)上述實(shí)現(xiàn)步驟，參考表11的功能表，選擇合適“s3s2s1s0mcn”填入下表，并將通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運(yùn)算器的輸出值f，填入上表中，參考表11的功能表，分析輸出f值是否正確。lt1（a）lt2（b）實(shí)現(xiàn)功能功能選擇（s3s2s1s0mcn）實(shí)驗(yàn)結(jié)果1234h5678hf=af=bf=a*bf=0f=1f=1f=a減bf=a加bf=a減b減1f=a加b加1七、思考題1、如何利用4位并行算術(shù)邏輯運(yùn)算單元7

10、4ls181實(shí)現(xiàn)16位二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算？有哪些解決方案？ 八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求： 實(shí)驗(yàn)后及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求用專用的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙書寫，具體應(yīng)包括以下幾方面內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理圖、實(shí)驗(yàn)記錄（所有的運(yùn)算結(jié)果，故障現(xiàn)象及排除經(jīng)過）、思考題、本次實(shí)驗(yàn)的收獲及想法。實(shí)驗(yàn)二 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器ram的特性和使用方法。2、掌握地址和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)總線的傳送關(guān)系。3、了解運(yùn)算器和存儲(chǔ)器如何協(xié)同工作。二、預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)半導(dǎo)體靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器6116的功能 。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備： el-jy-ii型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，排線若干。四、實(shí)驗(yàn)原理：電路圖見圖2-1，61

11、16的管腳分配和功能見圖2-2。圖2-1 存儲(chǔ)器電路 圖2-2（a） 6116管腳分配 圖2-2（b） 6116功能 實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由2片6116（2k×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)總線相連，顯示數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。 圖2-3 讀寫控制及地址寄存器電路6116有三個(gè)控制線，/ce（片選）、/r（讀）、/w（寫）。其寫時(shí)間與t3脈沖寬度一致。當(dāng)lari為高時(shí)，t3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄存器。當(dāng)wei為高時(shí)，t3

12、的上升沿使6116進(jìn)入寫狀態(tài)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)靜態(tài)ram的存儲(chǔ)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。六、實(shí)驗(yàn)步驟說明：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”狀態(tài)，所有對(duì)應(yīng)的指示燈亮。1、 按圖24接線圖接線：圖2-3 實(shí)驗(yàn)接線圖2、撥動(dòng)清零開關(guān)clr，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮滅亮。3、往存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)： 以往存儲(chǔ)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) 1.c g=1 2.置數(shù)據(jù)輸入電路d15d0 “000000001111 1111”3.ce=14.c-g=0綠色數(shù)據(jù)總

13、線顯示燈顯示 “000000001111 1111”1.lar=12.t3=1（按【單步】） 地址寄存器電路黃色地址顯示燈顯示 “11111111”1.c-g=12.置數(shù)據(jù)輸入電路d15d0 “1010101010111011”3. lar=04. c-g=0 (顯示) (操作)綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示 “1010101010111011”1.we=1 2.ce=03.t3=1 (按【單步】)4 we=04、依據(jù)上述步驟按表21所列地址寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)表2-1地址（二進(jìn)制）數(shù)據(jù)（二進(jìn)制） 000000000011001100110011 011100010011010000110100 01000

14、0100011010100110101 010110100101010101010101 101000110110011001100110 110011111010101110101011 111110000111011101110111 1110011010011101100110115、從存儲(chǔ)器里讀數(shù)據(jù)：以從存儲(chǔ)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=1 2. 置數(shù)據(jù)輸入電路d15d0"0000000011111111” 3.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