計(jì)算機(jī)組成原理--實(shí)驗(yàn)四 移位控制實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)四 移位控制實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解移位寄存器芯片(74LS299)的邏輯功能。（2） 掌握移位寄存器數(shù)據(jù)的載入、左移、右移的方法。（3） 掌握移位寄存器工作模式的設(shè)置，觀察在不同工作模式下移位寄存器的邏輯功能。二、 實(shí)驗(yàn)原理移位操作時(shí)算術(shù)邏輯運(yùn)算部件ALU眾多操作中的一種，74LS181算數(shù)邏輯運(yùn)算芯片不帶位移功能，需要在其他芯片的配合下才能實(shí)現(xiàn)移位操作。實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用74LS299作為移位部件，與74LS181組成具有移位功能的算術(shù)邏輯運(yùn)算部件(ALU UNIT)。移位操作有很重要的邏輯意義，對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)左移一個(gè)二進(jìn)制位就相當(dāng)于進(jìn)行了一次乘2操作(Si+1=Si×2)，左移和

2、算數(shù)加結(jié)合可實(shí)現(xiàn)算數(shù)乘操作；右移一個(gè)二進(jìn)制位就相當(dāng)于進(jìn)行了一次除2操作(Si+1=Si÷2)，右移和算數(shù)減的結(jié)合可實(shí)現(xiàn)算數(shù)除操作。1. 芯片74LS299的邏輯功能4LS299是一種數(shù)據(jù)寬度為8為的多功能移位寄存器芯片，片內(nèi)含有8為寄存器D7D0，與普通寄存器芯片不同之處是D7D0與I/O6I/O0除了一一對(duì)應(yīng)輸出外還可有左右移位輸出。左移時(shí)D0對(duì)應(yīng)I/O1、D1對(duì)應(yīng)I/O2以此類(lèi)推；右移時(shí)D7對(duì)應(yīng)I/O6、D6對(duì)應(yīng)I/O5也以此類(lèi)推。對(duì)于輸出、左右移位輸出功能的選擇，由S1、S0的功能控制端決定。芯片封裝在具有20引腳的封裝殼中，封裝型式見(jiàn)圖2-5。圖 2-574LS29974LS

3、299芯片的主要引腳有：（1）IO7IO0：數(shù)據(jù)輸入/輸出端，芯片的輸入/輸出共用一個(gè)引腳，不同于74LS181輸入、輸出端引腳是分開(kāi)的。（2）S0、S1：功能控制端，控制左移、右移等邏輯功能。（3）OE1、OE2：輸出使能端，低電平時(shí)，IO7-IO0處于輸入狀態(tài)，高電平時(shí)，IO7-IO0處于輸入狀態(tài)。（4）CP：時(shí)鐘輸入端，數(shù)據(jù)的輸入、位移需要在時(shí)鐘脈沖的同步控制下動(dòng)作。（5）M:清零端，低電平有效，清零位移寄存器。（6）Q7：高位左移輸出，左移時(shí)接受D7的信號(hào)。（7）Q0：低位右移輸出，右移時(shí)接受D0的信號(hào)。（8）SL：高位左移輸入端，左移時(shí)向D0送入信號(hào)。（9）SR：低位右移輸入端，右移

4、時(shí)向D7送入信號(hào)。74LS299芯片的邏輯功能見(jiàn)表2-5，如表中所示，當(dāng)S1 S0=01，M=1、CP信號(hào)上升沿時(shí)，實(shí)現(xiàn)左移輸出。表2-5 74LS299芯片邏輯功能表2. 位移實(shí)驗(yàn)邏輯電路位移實(shí)驗(yàn)邏輯電路由一片74LS299芯片、CY標(biāo)志觸發(fā)器和邏輯門(mén)構(gòu)成，具有不帶CY的循環(huán)右移、帶CY的循環(huán)右移、具有不帶CY的循環(huán)左移、帶CY的循環(huán)左移4條循環(huán)位移環(huán)路，電路邏輯如圖2-6所示。電路中CY標(biāo)志寄存器的功能不再是實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)三中74LS 181算術(shù)邏輯運(yùn)算的進(jìn)位/借位標(biāo)志，而是循環(huán)移位電路的一部分。帶CY的循環(huán)移位是8個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)CY位構(gòu)成的循環(huán)移位；不帶CY的循環(huán)移位僅僅是8個(gè)數(shù)據(jù)位構(gòu)成的

5、循環(huán)移位。不同循環(huán)移位形式的圖示說(shuō)明表見(jiàn)表2-6。移位實(shí)驗(yàn)電路用M、S1、S0、T4脈沖共5個(gè)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)直接數(shù)據(jù)輸出、不帶CY的循環(huán)右移輸出、帶CY的循環(huán)右移輸出、不帶CY的循環(huán)左移輸出、帶CY的循環(huán)左移輸出、從總線（BUS)裝入數(shù)據(jù)等邏輯操作。每次操作完成上述6種功能的1種，不同操作的組合可實(shí)現(xiàn)不同的移位結(jié)果，電路的邏輯控制狀態(tài)見(jiàn)表2-7。三、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1. 連線（1）連接實(shí)驗(yàn)一（輸入、輸出實(shí)驗(yàn)）的全部連線。（2）按實(shí)驗(yàn)邏輯原理圖連接、S1、S0、M4根電平控制信號(hào)線。（3）連接時(shí)鐘單元（CLOCK UNIT)與微程序控制單元（MAIN CONTROL UNIT)的T4。2. 數(shù)據(jù)載入操作

6、過(guò)程（1）把有關(guān)手動(dòng)控制開(kāi)關(guān)全部撥到高電位，即處于無(wú)效狀態(tài)，把時(shí)鐘單元的時(shí)鐘信號(hào)方式開(kāi)關(guān)設(shè)在“STEP”狀態(tài)。（2）撥動(dòng)一下C()L()R()開(kāi)關(guān)，既實(shí)現(xiàn)“1-0-1”，產(chǎn)生一個(gè)清除脈沖，清除可能存在的CY標(biāo)志顯示。（3）把輸入數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)上撥一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如“00000001”，即16進(jìn)制的01H。（4）把I()O()-()R()控制開(kāi)關(guān)撥下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)送到總線。（5）查表2-5，載入M、S1、S0為111，按一下時(shí)鐘單元的“START”按鈕，發(fā)一個(gè)T4信號(hào)，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)送入299芯片。（6）把輸入數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)撥亂，I()O()-()R()控制開(kāi)關(guān)撥上，斷開(kāi)總線與輸入數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)的聯(lián)系，這時(shí)總線

7、上的數(shù)據(jù)應(yīng)為“11111111”。（7）查表2-5，直接輸出數(shù)據(jù)M、S1、S0為100，把 信號(hào)撥成0,229內(nèi)部數(shù)據(jù)送總線，這時(shí)總線上的數(shù)據(jù)應(yīng)為初始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)“00000001”。3. 數(shù)據(jù)左移操作過(guò)程（1）按表2-5把S1、S0撥成0、1，其他不動(dòng)，按一下時(shí)鐘單元的“START”按鈕，發(fā)一個(gè)T4信號(hào)，數(shù)據(jù)左移一位輸出到總線，顯示為“00000010”。（2）第2次按“START”按鈕顯示為“00000100”。（3）按第8次“START”按鈕時(shí)，總線上的數(shù)據(jù)顯示為“00000000”，CY標(biāo)志位顯示“1”。（4）按第9次“START”按鈕時(shí)，總線上的數(shù)據(jù)回到初始狀態(tài)“00000001”，CY

8、標(biāo)志位顯示“0”，完成了所謂的帶進(jìn)位循環(huán)左移一周的操作。4. 其他移位操作（1）在上面的 基礎(chǔ)上把M撥成0，其他不動(dòng)，按“START”按鈕，發(fā)T4信號(hào)，這是CY操作位不參加移位，實(shí)現(xiàn)所謂的不帶“CY”標(biāo)志循左移。（2）按表2-5把M、S1、S0撥成1、1、0，可完成帶“CY”標(biāo)志循環(huán)右移的操作。（3）按表2-5把M、S1、S0撥成0、1、0，可完成不帶“CY”標(biāo)志循環(huán)右移的操作。（4）把 控制開(kāi)關(guān)撥動(dòng)一下，實(shí)現(xiàn)“1-0-1”，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，移位后的數(shù)據(jù)將送到數(shù)據(jù)輸出部件L7-L0顯示。四、 結(jié)果與總結(jié)（1）變換不同的數(shù)據(jù)反復(fù)進(jìn)行帶CY標(biāo)志的循環(huán)右移、無(wú)CY標(biāo)志的循環(huán)右移、帶CY標(biāo)志的循環(huán)左移、

9、無(wú)CY標(biāo)志的循環(huán)左移操作，觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在表2-8中。（2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)的移位邏輯電路只有循環(huán)移位通道沒(méi)有不循環(huán)移位通道，思考怎么樣在現(xiàn)有的設(shè)備上進(jìn)行不循環(huán)左、右移位操作（提示：用清零CY標(biāo)志的方法斷開(kāi)循環(huán)通道）。（3）不循環(huán)的左移和算數(shù)加操作的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)算數(shù)乘操作的基礎(chǔ)，思考將一個(gè)變量乘以常數(shù)5或常數(shù)6（既計(jì)算A×5或A×6）的操作步驟.（4）結(jié)合上面的問(wèn)題，總結(jié)解決問(wèn)題的方法和過(guò)程，把觀察到的現(xiàn)象和對(duì)課本上的原理的理解寫(xiě)入實(shí)驗(yàn)報(bào)告。表2-8 實(shí)驗(yàn)四結(jié)果記錄按“START”鍵發(fā)T4脈沖次數(shù)4種位移方式的位移結(jié)果帶CY標(biāo)志循環(huán)左移不帶CY標(biāo)志循環(huán)左移帶CY標(biāo)志循環(huán)右移不帶CY標(biāo)志循環(huán)右移初始值001100111110011100011000111100001011001101100111100001100011110002110011001001111100000110001111003100110000011111100000011000111104001100010111111000000001000011115011000111111