計(jì)組成實(shí)驗(yàn)袁久艷

1、昆明理工大學(xué)信息工程與自動(dòng)化學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告（ 201 201 學(xué)年 第 二 學(xué)期 ）課程名稱：計(jì)算機(jī)組成原理(含數(shù)字邏輯) 開課實(shí)驗(yàn)室：呈貢校區(qū)信自樓412 20 年 月 日年級(jí)、專業(yè)、班計(jì)科131學(xué)號(hào) 201310405134 姓名袁久艷成績(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱計(jì)算機(jī)組成原理各部件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師歐陽鑫教師評(píng)語該同學(xué)是否了解實(shí)驗(yàn)儀器原理：A.了解B.基本了解C.不了解該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?A.強(qiáng) B.中等 C.差 該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)是否達(dá)到要求 ： A.達(dá)到 B.基本達(dá)到C.未達(dá)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否規(guī)范： A.規(guī)范 B.基本規(guī)范C.不規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程是否詳細(xì)記錄： A.詳細(xì) B.一般 C.沒有 注：5個(gè)A 為優(yōu) 4個(gè)A

2、為良 3個(gè)A 為及格 其余為不及格。教師簽名： 年 月 日目錄實(shí)驗(yàn)一：輸入輸出實(shí)驗(yàn) . 2 頁實(shí)驗(yàn)二：運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn). 4頁實(shí)驗(yàn)三：存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn) . 7 頁實(shí)驗(yàn)四：總線傳輸實(shí)驗(yàn). 11頁實(shí)驗(yàn)五：硬布線控制器實(shí)驗(yàn).14 頁實(shí)驗(yàn)六：綜合實(shí)驗(yàn).17頁實(shí)驗(yàn)一：輸入輸出實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解可編程外圍接口芯片8255（2）學(xué)會(huì)使用8255芯片二、 實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）（1）TDN-CM+或TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)。（2）PC機(jī)一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟（1）按實(shí)驗(yàn)原理電路圖連接好電路，確認(rèn)無誤后打開電源。（2）打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（

3、SW-B=0），在input device 單元中輸入對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，打開LED 片選（LED-B=0），撥動(dòng)LED 的W/R 控制信號(hào)做101動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將總線上的數(shù)據(jù)打入到LED中，這時(shí)在outputdevice單元中數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)即為相應(yīng)的十六進(jìn)制形式。五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)在輸入單元輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)00110111，然后打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SWB=0），打開LED片選（LED-B=0），撥動(dòng)LED的W/R控制信號(hào)做101動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿，這時(shí)數(shù)碼管上會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，即37。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論引入總線，大大方便了各種設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，輸入/

4、輸出設(shè)備掛在總線上，能提高信息的交換量及CPU的運(yùn)行速度，輸入設(shè)備發(fā)出指令，得到總線使用權(quán)，輸出設(shè)備發(fā)出讀的請(qǐng)求，控制總線發(fā)出控制信號(hào)，將控制權(quán)交給輸出設(shè)備，這樣輸出設(shè)備就能讀取到總線上的數(shù)據(jù)，數(shù)碼顯示管就能顯示輸入的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)二： 運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解運(yùn)算器的組成結(jié)構(gòu)。（2）掌握運(yùn)算器的工作原理。（3）學(xué)習(xí)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)方法。（4）掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸通路。（5）驗(yàn)證運(yùn)算功能發(fā)生器74LS181的組合功能。二、實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）實(shí)驗(yàn)中所用到的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖如圖，圖中所示的是由兩片74LS181新片以并串形式構(gòu)成的8位字長(zhǎng)的運(yùn)算器。右方為低四位運(yùn)算芯

5、片，左方為高4位運(yùn)算芯片。低位芯片的進(jìn)位輸出端C（n+4)與高位芯片的進(jìn)位輸入端Cn相連，高位芯片的進(jìn)位輸出引至外部。兩個(gè)芯片的控制端SOS3和M各自相連。為進(jìn)行雙操作數(shù)運(yùn)算，運(yùn)算器的兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端分別由兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器DR1，DR2 來所存數(shù)據(jù)。要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)所存到DR1 或DR2 中，則鎖存器74LS273的控制端LDDR1或LDDR2需為高電平。當(dāng)T4脈沖到來時(shí)，總線上的數(shù)據(jù)就被鎖存進(jìn)DR1或DR2中了。為控制運(yùn)算器向內(nèi)總線上輸出運(yùn)算結(jié)果，在其輸出端連接了一個(gè)三態(tài)門。若要將運(yùn)算結(jié)果輸出到總線上，則要將三態(tài)門74LS245的控制端ALUB置低電平。否則輸出高阻態(tài)。數(shù)據(jù)輸入單元用以給出參與

6、運(yùn)算的數(shù)據(jù)，其中，輸入開關(guān)經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門和內(nèi)總線相連，該三態(tài)門的控制信號(hào)SW-B取低電平時(shí)，開關(guān)上的數(shù)據(jù)就通過三態(tài)門而送入總線上?？偩€數(shù)據(jù)顯示燈與美總線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)?？刂菩盘?hào)中除T4為脈沖信號(hào)外，其他均為電平信號(hào)。由于實(shí)驗(yàn)電路中的時(shí)序信號(hào)均已連至W/R NUIT單元中的相對(duì)應(yīng)時(shí)序信號(hào)引出端，因此，需要將單元中的T4接至START NUIT 單元中的微動(dòng)開關(guān)KK2的輸出端。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)，即可獲得實(shí)驗(yàn)所需的單脈沖。對(duì)于單總線數(shù)據(jù)通路，做實(shí)驗(yàn)時(shí)就要分時(shí)控制總線，即當(dāng)向DR1、DR2工作暫存器打入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門打開，這時(shí)應(yīng)保證運(yùn)算器輸出三態(tài)門關(guān)閉，同樣，當(dāng)運(yùn)算器輸

7、出結(jié)果至總線時(shí)也應(yīng)保證數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門是關(guān)閉狀態(tài)。三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）TDN-CM+或TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟（1）按圖所示連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無誤。（2）打開電源開關(guān)。（3）用輸入開關(guān)項(xiàng)暫存器DR1置數(shù)。1）撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)01100101。（數(shù)據(jù)顯示：燈亮為0，滅為1）2）使SWITCH NUIT 單元中的開關(guān)SW-B=0、ALU-B=1、LDDR1=1、LDDR2=0。3）按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2，則將二進(jìn)制數(shù)01100101置入DR1中。（4）用輸入開關(guān)向暫存器DR2置數(shù)。1）撥動(dòng)數(shù)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)101001112）SW-B=0、AL

8、U-B=1保持不變，改變LDDR1、LDDR2、使LDDR1=0、LDDR2=1。3）撥動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2，則將二進(jìn)制數(shù)10100111置入DR2中。（5）檢驗(yàn)DR1和DR2中的數(shù)是否正確。1 ） 關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門， 打開ALU 輸出三態(tài)門， 并使LDDR1=0、LDDR2=0，關(guān)閉寄存器。2）置S3、S2、S1、S0、M為1、1、1、1、1，總線顯示燈顯示DR1 中的數(shù)。3）置S3、S2、S1、S0、M 為1、0、1、0、1，總線顯示燈顯示DR2中的數(shù)。（6）改變運(yùn)算器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出。1）SW-B=1、ALU-B=0保持不變。2）按表置S3、S2、S1、S0、M、CN的數(shù)，并觀

9、察總線顯示燈顯示的結(jié)果。例如：置S3、S2、S1、S0、M、CN為1、0、0、1、0、1，運(yùn)算器進(jìn)行加法運(yùn)算。置S3、S2、S1、S0、M、CN為0、1、1、0、0、0，運(yùn)算器進(jìn)行減法運(yùn)算。（7）驗(yàn)證74LS181的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能。五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論運(yùn)算器可以實(shí)現(xiàn)加、減、乘、除四則運(yùn)算，還可以實(shí)現(xiàn)與、或、非、異或等邏輯操作，以及移位、求補(bǔ)等操作，運(yùn)算器處理的數(shù)據(jù)來自存儲(chǔ)器，處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)通常送回存儲(chǔ)器，或暫時(shí)寄存在運(yùn)算器中。從輸入單元輸入數(shù)據(jù)，分別寄存在暫存器中，然后輸入到74LS181發(fā)生器中，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算功能。本次實(shí)驗(yàn)使用的是二進(jìn)制

10、運(yùn)算器， 可進(jìn)行二進(jìn)制代碼的16 種邏輯運(yùn)算， 通過將S3、S2、S1、S0、M、CN置不同的值，我們驗(yàn)證了它的16種邏輯功能，對(duì)運(yùn)算器的實(shí)現(xiàn)原理有了一定的認(rèn)識(shí)，理解書本中的原理最好的方法便是動(dòng)手實(shí)踐，通過這次實(shí)驗(yàn)，我不僅僅明白了運(yùn)算器的原理，而且知道了如何設(shè)計(jì)運(yùn)算器。實(shí)驗(yàn)三： 存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆侦o態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM工作特性及數(shù)據(jù)的讀/寫方法。二 實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）實(shí)驗(yàn)所用的半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)電路原理如圖3.6-1所示，實(shí)驗(yàn)中的靜態(tài)存儲(chǔ)器由一片6116（2k×8）芯片構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線接之?dāng)?shù)據(jù)總線，地址線由地質(zhì)鎖存器（74LS273）給出。地址燈AD0AD7與地址

11、線相接，顯示地址線狀況。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一個(gè)三態(tài)門（74LS273）連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。因?yàn)榈刂芳拇嫫鳛? 位，所以接入6116 芯片的地址為A7A0，而高3 位A8A10接地，所以其實(shí)際容量只有256字節(jié)。6116芯片有三個(gè)控制線：CE(片選線)、OE(讀線)、WE(寫線)。當(dāng)片選有效（CE=0）、OE=0時(shí)進(jìn)行讀寫操作，WE=0時(shí)進(jìn)行寫操作，CE=0、WE=1時(shí)進(jìn)行寫操作，其寫時(shí)間與T3脈沖的寬度一致。實(shí)驗(yàn)時(shí)將T3脈沖接至實(shí)驗(yàn)板上時(shí)序電路模塊的TS3相應(yīng)插孔中，其脈沖寬度可調(diào)，其他電平控制信號(hào)由“SWITCH UNIT”單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中SW-B為低電平有效，LDAR為高電

12、平有效。三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）（1）TND-CM+或TND-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)。（2） PC機(jī)（或示波器）一臺(tái)。四實(shí)驗(yàn)方法、步驟（1）形成時(shí)鐘脈沖信號(hào)T3。具體接線方法和操作步驟如下：接通電源，用示波器接到方波信號(hào)源的輸出插孔H23調(diào)節(jié)電位器W1及W2，使H23端輸出實(shí)驗(yàn)所期望的頻率和占空比的方波。將時(shí)序電路模塊（STATE UNIT）單元中的F 和信號(hào)單元（SIGNALUNIT）中的H23排針相連。在時(shí)序電路模塊中有兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)“STOP”和“STEP”,將“STOP”開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)，“STEP”開關(guān)置為“EXEC”狀態(tài)時(shí)，按動(dòng)微開關(guān)START,則TS3端

13、輸出連續(xù)的方波信號(hào)，此時(shí)調(diào)節(jié)電位器W1，用示波器觀察，使T3輸出實(shí)驗(yàn)要求的脈沖信號(hào)。當(dāng)“STOP”開關(guān)置為“RUN”狀態(tài)時(shí)，每按動(dòng)一次微開關(guān)START,則T3輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式相同。用PC聯(lián)機(jī)軟件中的示波器功能也能看到波形。這樣可以代替真實(shí)示波器。（2）按圖3.6-2連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后接通電源。（3）寫存儲(chǔ)器。給存儲(chǔ)器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)11H、12H、13H、14H、15H。由上面的存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理圖（圖3.6-2）看出，由于數(shù)據(jù)和地址全由一個(gè)數(shù)據(jù)開關(guān)給出，因此要分時(shí)的給出。下面的寫存儲(chǔ)器要分兩個(gè)步驟：第一步寫入地址，先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選

14、（CE=1）,打開地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=0）,打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=0）,由開關(guān)給出要寫入的存儲(chǔ)單元地址，按動(dòng)START產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步寫數(shù)據(jù)，關(guān)掉地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=0）,打開存儲(chǔ)器片選，使之處于寫狀態(tài)（CE=0,WE=1）,由開關(guān)給出此單元要寫入的數(shù)據(jù)，按動(dòng)START產(chǎn)生T3脈沖將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前的地址單元中，寫其他單元依次循環(huán)上述步驟。寫存儲(chǔ)器流程如圖3.6-3所示（以向00號(hào)單元寫入11H為例）。（4）讀存儲(chǔ)器。依次讀出第00、01、02、03、04號(hào)單元中的內(nèi)容，觀察上述各單元中的內(nèi)容是否與前面寫入的一致。同寫操作類似，讀每個(gè)單元也需

15、要兩步：第一步寫地址先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選（CE=1）,打開地址鎖存器門控制信號(hào)（LDAR=1）,打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=0）,由開關(guān)給出要寫存儲(chǔ)單元的地址，按動(dòng)START產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步讀存儲(chǔ)器，關(guān)掉地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=0）,關(guān)掉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=1）,片選存儲(chǔ)器，使它處于讀狀態(tài)（CE=0、WE=0）,此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)即為從存儲(chǔ)器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。讀其他單元依次循環(huán)上述步驟。讀存儲(chǔ)器操作流程如下圖3.6-4所示（以從00號(hào)單元讀出11H數(shù)據(jù)為例）。五實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)寫入第一個(gè)地址時(shí)，在輸入單元給出二進(jìn)制地址0

16、0000000，打開地址鎖存器，便可把地址打入地址鎖存器，地址燈顯示為00000000，然后輸入該單元存入的數(shù)據(jù)00010001（11H），總線數(shù)據(jù)顯示燈應(yīng)顯示為00010001，打開存儲(chǔ)器片選，使之處于寫操作，這樣11H 便存入00 號(hào)單元，依此類推，可將12H、13H、14H、15H分別存入01、02、03、04地址單元，地址燈和總線數(shù)據(jù)顯示燈都分別顯示出結(jié)果。讀存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)用開關(guān)給出存儲(chǔ)單元地址時(shí)，地址燈會(huì)顯示，這時(shí)，打開存儲(chǔ)器片選，使之處于讀狀態(tài)，此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)即為從存儲(chǔ)器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。六實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論儲(chǔ)器中最小的存儲(chǔ)單位就是一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體電路或一個(gè)CMO

17、S 晶體管或磁性材料的存儲(chǔ)元，它可存儲(chǔ)一個(gè)二進(jìn)制代碼。由若干個(gè)存儲(chǔ)元組成一個(gè)存儲(chǔ)單元，然后再由許多存儲(chǔ)單元組成一個(gè)存儲(chǔ)器。 一個(gè)存儲(chǔ)器包含許多存儲(chǔ)單元，每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)字節(jié)，每個(gè)存儲(chǔ)單元的位置都有一個(gè)編號(hào)，即地址，一般用十六進(jìn)制表示。一個(gè)存儲(chǔ)器中所有存儲(chǔ)單元可存放數(shù)據(jù)的總和稱為它的存儲(chǔ)容量，給出地址指令，就可以將數(shù)據(jù)存入指定的地址單元。實(shí)驗(yàn)四：總線傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）理解總線的概念及其特性（2）掌握總線傳輸控制特性二、實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）總線傳輸框如圖5.4-1所示，他將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、寄存器。這些設(shè)備都需要三態(tài)輸出控制，按

18、照傳輸要求恰當(dāng)有序的控制它們，就可實(shí)現(xiàn)總線信息傳輸。基本實(shí)驗(yàn)要求如下：根據(jù)掛起在總線上的幾個(gè)基本條件，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的流程；1） 輸入設(shè)備將一個(gè)數(shù)打入R0寄存器。2） 輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)打入地址寄存器。3） 將R0寄存器中的數(shù)寫入帶當(dāng)前的地址的寄存器中。4） 將當(dāng)前地址的寄存器中的數(shù)用LE數(shù)碼管顯示。三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）TDN-CM+或TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟1) 按照?qǐng)D5.4-2試驗(yàn)接線圖進(jìn)行連線。（2）實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟圖如圖5.4-3所示。首先應(yīng)關(guān)閉所有三態(tài)門（SW-B=1，R0-B=1，LED-B=1）,并將關(guān)聯(lián)的信號(hào)置為L(zhǎng)DAR=0，LD

19、R0=0，W/R(LED)=1，W/R(LED)=1.然后參照如下操作流程，先將數(shù)據(jù)開關(guān)打入到R0中；然后繼續(xù)給開關(guān)置數(shù)，撥動(dòng)LDR0控制信號(hào)做010動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將數(shù)據(jù)打入到R0中；然后繼續(xù)給數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，撥動(dòng)LDAR控制信號(hào)做010動(dòng)作產(chǎn)生一個(gè)上升沿將數(shù)據(jù)打入到AR中；關(guān)閉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門，打開R0 寄存器輸出控制，使寄存器輸出，使寄存器處于寫狀態(tài)（W/R=0，CS=0），將R0中的數(shù)寫到存儲(chǔ)器中；關(guān)閉存儲(chǔ)器片選，關(guān)閉R0寄存器輸出，使存儲(chǔ)器處于讀狀態(tài)（W/R=1，CS=0），打開LED片選，撥動(dòng)LED的W/R控制信號(hào)101動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將數(shù)據(jù)打入到LED中。五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄

20、(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)打開輸出三態(tài)門， 在輸入單元由開關(guān)給出要保存的數(shù)據(jù)00110111（37H），撥動(dòng)控制信號(hào)LDR0，可將數(shù)據(jù)打入到寄存器R0中，繼續(xù)給數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，這時(shí)給出地址00000010（02H），撥動(dòng)LDAR控制信號(hào)，變將數(shù)據(jù)打入了地址寄存器AR中，之后打開R0的輸出開關(guān)，將寄存器中的數(shù)據(jù)寫入到02單元的存儲(chǔ)器中，使存儲(chǔ)器處于讀狀態(tài)，已讀出該存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，打開LED片選，撥動(dòng)W/R信號(hào)，這時(shí)數(shù)碼顯示管上會(huì)顯示出37，即輸入到存儲(chǔ)器02單元保持的數(shù)據(jù)，六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論總線是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出設(shè)備傳遞信息的公用通道，主機(jī)的各個(gè)部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口

21、電路再與總線相連接，從而形成了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，總線包含三個(gè)基本結(jié)構(gòu)：地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線。傳遞數(shù)據(jù)的過程是先尋址，再傳遞數(shù)據(jù)。即先送一個(gè)地址信息，由寄存器根據(jù)這個(gè)地址把微處理器要讀取的數(shù)據(jù)寫到總線上，微處理器再讀取這個(gè)數(shù)據(jù)。整個(gè)過程由控制總線控制。所以每次讀的數(shù)據(jù)是針對(duì)那個(gè)地址對(duì)應(yīng)的寄存器操作的，寫數(shù)據(jù)時(shí)一樣，先尋址，再寫數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)就寫入剛才尋址時(shí)的地址對(duì)應(yīng)的那個(gè)寄存器里去了。當(dāng)總線空閑（其他器件都以高阻態(tài)形式連接在總線上）且一個(gè)器件要與目的器件通信時(shí)，發(fā)起通信的器件驅(qū)動(dòng)總線，發(fā)出地址和數(shù)據(jù)。其他以高阻態(tài)形式連接在總線上的器件如果收到（或能夠收到）與自己相符的地址信息后，即接收總線上的

22、數(shù)據(jù)。發(fā)送器件完成通信，將總線讓出（輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)）。采用總線結(jié)構(gòu)不僅簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還使系統(tǒng)擴(kuò)充性、更新性能更好。實(shí)驗(yàn)五：硬布線控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握硬聯(lián)控制器的組成原理和設(shè)計(jì)方法。（2）了解硬聯(lián)控制器和微程序控制器的優(yōu)點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的硬聯(lián)控制器，用開關(guān)置不同的指令，觸發(fā)時(shí)序，就可以實(shí)現(xiàn)不同的指令造作。下面介紹硬聯(lián)控制器的設(shè)計(jì)。用CPLD 設(shè)計(jì)此控制邏輯的功能描述，各控制信號(hào)在ispSI1032中對(duì)應(yīng)的引腳見圖?，F(xiàn)在有三個(gè)部件需要控制：ALU、INPUT DEVICE和OUTPUT DEVICE。它們的控制信號(hào)由指

23、令碼I1、I0和時(shí)序信號(hào)T4、T3、T2、T1組合產(chǎn)生。三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）（1）TDN-CM+或TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)。（2）PC機(jī)一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟（1）編譯上述設(shè)計(jì)文件，并將生成的JEDEC 文件下載至CPLD 芯片ispSI1032中。（2）按圖接線。1）START-NUIT，KK2-W/R-NUIT，T42）ALU-UNIT，S3-CN-SWITCH-UNIT，S3-CN3）ALU-UNIT，ALU-B-SWITCH-UNIT，ALU-B4）ALU-UNIT，LDDR1-LOG-UNIT，LDR05）ALU-UNIT，LDDR2-LOG-UNIT

24、，LDR16）LOG-UNIT，10-SWITCH-UNIT，LDDR27）LOG-UNIT，11-SWITCH-UNIT，LDDR18）INPUT-UNIT，SWJ3-BUS-UNIT，B7B09）INPUT-UNIT，W/R-SWITCH-UNIT，LDPC10）OUTPUT-UNIT，LED-B-SWITCH-UNIT，PC-B11）OUTPUT-UNIT，D7D0-BUS-UNIT，B7-B0（3）實(shí)驗(yàn)操作步驟：1、顯示第一次輸入開關(guān)置數(shù)結(jié)果并把輸入開關(guān)置數(shù)結(jié)果保存到DR1中（1）開關(guān)置數(shù) （2）SW-B=0 （3）PC-B=0 （4） LDPC（）（5）LDDR1=0 （6）LDDR

25、2=0 （7）KK2（）2、顯示第二次輸入開關(guān)置數(shù)結(jié)果并把輸入開關(guān)置數(shù)結(jié)果保存到DR2中。（1）開關(guān)置數(shù) （2）SW-B=0 （3）LDPC（）（4）LDDR1=0 （5）LDDR2=1 （6）KK2（）3、DR1+DR2OUTPUTDEVICE 顯示（1）SW-B=1 （2）ALU-B=0 （3）LDPC（）（4）LDDR1=1 （5）LDDR2=04、SWITCH-UNIT，S3、S2、S1、S0、M、CN顯示DR1：1 1 1 1 1 D顯示DR2：1 0 1 0 1 D顯示DR1+DR2：1 0 0 1 0 1五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)由開關(guān)給出二進(jìn)制數(shù)00110011

26、（33H），置LDDR1=0，LDDR2=0，撥動(dòng)LDPC和KK2，可將33打入暫存器DR1，再給出第二個(gè)二進(jìn)制數(shù)00110111（37H），置LDDR1=0 ， LDDR2=1 ， 撥動(dòng)LDPC 和KK2 ， 可將37 打入暫存器DR2 ， 置LDDR1=1，LDDR2=0，能將DR1和DR2中的數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算，并在輸出設(shè)備中顯示出來，置S3、S2、S1、S0、M、CN1 為1、1、1、1、1、D便可顯示出DR1中保存的數(shù)據(jù)33，置S3、S2、S1、S0、M、CN 為1、0、1、0、1、D便可顯示出DR2中保存的數(shù)據(jù)37，置S3、S2、S1、S0、M、CN為1、0、0、1、0、1可顯示出DR

27、1+DR2的結(jié)果6A。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論硬聯(lián)控制器是一個(gè)組合電路，它將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成一組輸出邏輯信號(hào)即控制信號(hào)，它是根據(jù)指令系統(tǒng)的操作時(shí)間表用組合邏輯線路形成的微命令序列，在硬聯(lián)控制器中，操作控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)是時(shí)間因素和空間因素的函數(shù)，各個(gè)操作定時(shí)的控制構(gòu)成了操作控制信號(hào)的時(shí)間特征，而各種不同部件的操作所需要的不同操作信號(hào)則構(gòu)成了操作控制信號(hào)的空間特征，硬聯(lián)控制器把時(shí)間信號(hào)和操作信號(hào)組合而產(chǎn)生具有定時(shí)特點(diǎn)的控制信號(hào)。本次實(shí)驗(yàn)與運(yùn)算器實(shí)驗(yàn)相似，但可置不同的指令，觸發(fā)時(shí)序，便可實(shí)現(xiàn)不同的操作。實(shí)驗(yàn)六：綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握運(yùn)算器和存儲(chǔ)器的工作原理（2）學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)運(yùn)算器和存儲(chǔ)

28、器的綜合電路圖（3）掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸及靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)的讀/寫方法（4）將運(yùn)算器和存儲(chǔ)器的功能結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及運(yùn)算二、實(shí)驗(yàn)原理及基本技術(shù)路線圖（方框原理圖）實(shí)驗(yàn)中所用的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路及半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器電路原理如圖6.4-1所示，靜態(tài)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)線接至數(shù)據(jù)總線，地址線由地址鎖存器給出，地址燈顯示地址線狀況，數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一個(gè)三態(tài)門連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。寄存器、輸 出設(shè)備掛至總線上，需要有三態(tài)輸出控制，當(dāng)總線上有數(shù)據(jù)時(shí)，就可以將總線上的數(shù)據(jù)打入R0寄存器或是用LED數(shù)碼管顯示。用兩片74LS181芯片來實(shí)現(xiàn)運(yùn)算功能，右方為低4位運(yùn)算芯片，左方為高4位運(yùn)算芯片，低位芯片

29、的進(jìn)位輸出端C（n+4）與高位芯片的進(jìn)位輸入端Cn相連，使低4位產(chǎn)生的進(jìn)位送進(jìn)搞4位運(yùn)算中，兩個(gè)芯片的控制端S0S3和M各自相連。6116芯片有三個(gè)控制線：CE（片選線）、OE（讀線）、WE（寫線），實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，當(dāng)CE=0、WE=0時(shí)進(jìn)行讀操作，CE=0、WE=1時(shí)進(jìn)行寫操作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致，將T3脈沖接至?xí)r序電路模塊的TS3，總線數(shù)據(jù)顯示燈已與內(nèi)總線相連，用來顯示內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)。R0-B和LDR0控制R0寄存器，LED-B和W/R控制LED數(shù)碼管的顯示。利用地址取出存儲(chǔ)器中的兩個(gè)數(shù)據(jù)，分別用兩個(gè)數(shù)據(jù)暫存器DR1、DR2來鎖存，要將內(nèi)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到DR1 或DR2 中，

30、則鎖存器的控制端LDDR1 或LDDR2須為高電平，當(dāng)T4脈沖到來時(shí)，總線上的數(shù)據(jù)就被鎖存進(jìn)DR1或DR2中了，要獲得所需單脈沖，要將“W/R UNIT”單元中的T4接至“STATE UNIT”開關(guān)KK2的輸出端，單元中的輸出端連接一個(gè)三態(tài)門，控制運(yùn)算器將結(jié)果輸出到總線上，此時(shí)要使控制端ALU-B置低電平，否則輸出高阻。對(duì)于單總線數(shù)據(jù)通路，要分時(shí)控制總線，即當(dāng)向DR1、DR2工作暫存器打入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門打開，這時(shí)應(yīng)保證運(yùn)算器輸出三態(tài)門關(guān)閉；同樣，當(dāng)運(yùn)算器輸出結(jié)果至總線時(shí)也應(yīng)保證數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門是關(guān)閉狀態(tài)。SW-B、LDAR、CE、WE、R0-B、LDR0、LED-B、W/R、S3、S2、

31、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B各電平控制信號(hào)使用“SWITCH UNIT”單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)來模擬，其中SW-B、R0-B、LED-B、Cn、ALU-B為低電平有效， LDAR、LDDR1、LDDR2為高電平有效。三、所用儀器、材料（設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等）TDN-CM+或TDN-CM+教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟（1）按圖6.4-2連接實(shí)驗(yàn)線路，因“SWITCH UNIT”中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)有限，因此用CLR控制LED的W/R，仔細(xì)查線無誤后接通電源。（2）寫存儲(chǔ)器。給存儲(chǔ)器的00、04、08地址單元中分別寫入數(shù)據(jù)33、37、41。首先應(yīng)關(guān)閉所有三態(tài)門（S

32、W-B=1，CE=1，RO-B=1，LED-B=1），并將關(guān)聯(lián)的信號(hào)置為L(zhǎng)DAR=0，LDR0=0，WE=1，W/R=1。由于數(shù)據(jù)和地址全由一個(gè)數(shù)據(jù)開關(guān)給出，因此要分時(shí)地給出。第一步寫地址，先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選（CE=1），打開地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=1），打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SW-B=0），由開關(guān)給出要寫入的存儲(chǔ)單元的地址，按動(dòng)STATE產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步寫數(shù)據(jù)，關(guān)掉地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=0），打開存儲(chǔ)器片選，使之處于寫狀態(tài)（CE=0，WE=1），由開關(guān)給出此單元要寫入的數(shù)據(jù)，按動(dòng)STATE產(chǎn)生T3脈沖將數(shù)據(jù)寫入到當(dāng)前的地址單元中。打開LED片選（LED-

33、B=0），撥動(dòng)LED的W/R控制信號(hào)做101動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將總線上的數(shù)據(jù)打入到LED中，這是數(shù)碼管上顯示的數(shù)據(jù)即為當(dāng)前送入到第00單元的指令。寫其他單元依次循環(huán)上述步驟。（2）讀存儲(chǔ)器，將第00號(hào)單元中的數(shù)據(jù)送入寄存器R0先讀出第00 號(hào)單元中的內(nèi)容，第一步寫地址，先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選（CE=1），打開地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=1），打開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（SWB=0），由開關(guān)給出要寫入的存儲(chǔ)單元的地址，按動(dòng)STATE產(chǎn)生T3脈沖將地址打入到地址鎖存器；第二步讀存儲(chǔ)器，關(guān)掉地址鎖存器門控信號(hào)（LDAR=0），關(guān)掉數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門（ SW-B=1 ） , 片選存儲(chǔ)器， 使它處于讀狀態(tài)（CE=0，WE=0），此時(shí)數(shù)據(jù)總線上顯示的數(shù)據(jù)即為從存儲(chǔ)器當(dāng)前地址中讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容。然后撥動(dòng)LDR0控制信號(hào)做010動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將總線上的數(shù)據(jù)打入到R0中，關(guān)閉存儲(chǔ)器片選，打開R0寄存器輸出控制（P0-B=0），打開LED片選（LED-B=0），撥動(dòng)LED的W/R控制信號(hào)做101動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將R0中的數(shù)打入到LED中，用數(shù)碼管顯示出第00號(hào)地址單元中的數(shù)據(jù)。（3）將第00號(hào)單元內(nèi)容打入暫存器DR1,04號(hào)單元的內(nèi)容打入暫存器DR2緊跟著步驟（2），關(guān)閉LED片選（LED-B=1），使ALU-B=1（關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門）、LDDR1=1、LDDR2