计算机组成原理实验一

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计算机组成原理实验计算机组成原理实验第一章、TEC-5 计算机组成实验箱简介运算器运算器74181通用寄存器通用寄存器系统编程器系统编程器时序发生器时序发生器双端口存双端口存储器储器RAM地址寄存器地址寄存器地址指示灯地址指示灯数据总线指示数据总线指示灯灯PC指示灯指示灯指令总线指示灯指令总线指示灯C进位标进位标志指示灯志指示灯微动开关微动开关BUSYL#指示灯指示灯BUSYR#指示灯指示灯逻辑笔与实验连线第二章 计算机组成原理实验 实验一 运算器组成实验一 实验目的1.熟悉双端口通用寄存器堆的读写操作2.熟悉简单运算器的数据传送通路3.验证运算器 74LS181 的算术逻辑功能4.按给定数据,完成指定的算术,逻辑运算 二 实验电路图示出了本次实验所用的运算器数据通路图。参与运算的数据首先通过实验台操作板上的 八个二进制数据开关 SW7-SW0 来设置，然后输入到双端口通用寄存器堆 RF 中。RF(U54)由一个 ispLSll016 实现，功能上相当于四个 8 位通用寄存器，用于保存参与运算 的数据，运算后的结果也要送到 RF 中保存。双端口寄存器堆模块的控制信号中，RSl、RS0 用 于选择从 B 端口(右端口)读出的通用寄存器，RDl、RD0 用于选择从 A 端口(左端口)读出的通 用寄存器。而 WRl、WR0 用于选择写入的通用寄存器。LDRi 是写入控制信号，当 LDRi 二 1 时，数据总线 DBUS 上的数据在 T3 写入由 WRl、WR0 指定的通用 寄存器。RF 的 A、B 端口分别与操作数暂存器 DRl、DR2 相连；另外，RF 的 B 端口通过一个 三态门连接到数据总线 DBUS 上，因而 RF 中的数据可以直接通过 B 端口送到 DBUS 上。DRl(U24)和 DR2(U25)各由 1 片 74LS273 构成，用于暂存参与运算的数据。DRl 接 ALU的 A 输入端口，DR2 接 ALU 的 B 输入端口。ALU(U55、U60)由两片 74LSl81 构成，ALU 的 输出通过一个三态门(74LS244)发送到数据总线 DBUS 上。实验台上的八个发光二极管 DBUS7-DBUS0 显示灯接在 DBUS 上，可以显示输入数据或运 算结果。另有一个指示灯 C 显示运算器进位标志信号状态。图中尾巴上带粗短线标记的信号都是控制信号，其中 S3、S2、S1、S0、M、Cn0、LDDRl、LDDR2、ALU BUS#、SW．BUS#、LDRi、RSl、RS0、RDl、RD0、WRl、WR0 都是电位信号，在本次实验 中用拨动开关 K0--K15 来模拟；T2、T3 为时序脉冲信号，印制板上已连接到实验台的时序电 路。实验中进行单拍操作，每次只产生一组 T1、T2、T3、T4 时序脉冲，需将实验台上的 DP、DB 开关进行正确设置。将 DP 开关置 1，DB 开关置 0，每按一次 QD 按钮，则顺序产生 T1、T2、丁 3、T4 一组单脉冲。 三、实验设备三、实验设备1。 TEC-5 计算机组成实验系统 1 台2． 逻辑测试笔一支(在 TEC-5 实验台上) ．3． 双踪示波器一台(公用)4． 万用表一只(公用) 四、实验任务四、实验任务1． 按图示，将运算器模块与实验台操作板上的线路进行连接。由于运算器模块内部的 连线已由印制板连好，故接线任务仅仅是完成数据开关、控制信号模拟开关、与运算器模块的 外部连线。注意：为了建立清楚的整机概念，培养严谨的科研能力，手工连线是绝对必要的。2． 用开关 SW7 一 SW0 向通用寄存器堆 R1=内的 R0--R3 寄存器置数。然后读出 R0— R3 的内容，在数据总线 DBUS 上显示出来。3． 验证 ALU 的正逻辑算术、逻辑运算功能。令 DRl=55H，DR2=OAAH，Cn#=l。在 M---0 和 M=I 两种情况下，令 S3 一 S0 的值从 0000B 变到 1111B，列表表示出实验结果。实验结果包含进位 C，进位 C 由指示灯显示。注意：注意： 进位进位 C 是运算器是运算器 ALU 最高位进位最高位进位 Cn+4~的反，即有进位为的反，即有进位为 1，无进，无进位为 0。 五、实验要求五、实验要求 1． 做好实验预习，掌握运算器的数据传输通路及其功能特性，并熟悉本实验中所用的模 拟开关的作用和使用方法。 2．写出实验报告，内容是： (1) 实验目的。 (2) 按实验任务 3 的要求，列表表示出实验结果。 (3) 按实验任务 4 的要求，在表中填写各控制信号模拟开关值，以及运算结果值。 (4) 分析记录实验过程、数据等。(5) 用学校实验报告专用格式填写报告 六、实验步骤和结果六、实验步骤和结果((1 1)实验任)实验任务 2 的实验步骤和结果如下：(假定令 R0=34H,R1=21H,R2=52H,R3=65H)1、 置 DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置.接线表如下：数据通路WR0WR1RS0RS1SW_BUS#RS_BUS#LDRi电平开关K0K1K2K3K4K5K62、打开电源 (以下是将(以下是将 34H,21H,52H,65H34H,21H,52H,65H 分别写入分别写入 R0,R1,R2,R3R0,R1,R2,R3)) 3、置 K0(WR0)=0, K1(WR1)=0, K4(SW_BUS#)=0, K5(RS_BUS#)=1, K6(LDRi)=1, SW7-SW0=34H.在 DBUS 上将观察到 DBUS=34H.按 QD 按钮,将 34H 写入 R0. 4、置 K0(WR0)=1, K1(WR1)=0, K4(SW_BUS#)=0, K5(RS_BUS#)=1, K6(LDRi)=1, SW7-SW0=21H.在 DBUS 上将观察到 DBUS=21H.按 QD 按钮,将 21H 写入 R1. 5、置 K0(WR0)=0, K1(WR1)=1, K4(SW_BUS#)=0, K5(RS_BUS#)=1, K6(LDRi)=1, SW7-SW0=52H.在 DBUS 上将观察到 DBUS=52H.按 QD 按钮,将 52H 写入 R2. 6、置 K0(WR0)=1, K1(WR1)=1, K4(SW_BUS#)=0, K5(RS_BUS#)=1, K6(LDRi)=1, SW7-SW0=65H.在 DBUS 上将观察到 DBUS=65H.按 QD 按钮,将 65H 写入 R3. (以下是在(以下是在 DBUSDBUS 总线上显示总线上显示 R0,R1,R2,R3R0,R1,R2,R3 的值)的值) 7、置 K2(RS0)=0, K3(RS1)=0, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0.在 DBUS 上将观察到 DBUS=34H. 8、置 K2(RS0)=1, K3(RS1)=0, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0.在 DBUS 上将观察到 DBUS=21H. 9、置 K2(RS0)=0, K3(RS1)=1, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0.在 DBUS 上将观察到 DBUS=52H. 10、置 K2(RS0)=1, K3(RS1)=1, K4(SW_BUS#)=1, K5(RS_BUS#)=0, K6(LDRi)=0.在 DBUS 上将观察到 DBUS=65H. 11、关断电源，拆线 ((2 2)实验任)实验任务 3 的实验步骤和结果如下： 1、 置 DP=1,DB=0,编程开关拨到正常位置. 接线表如下：数据通路WR0WR1RD0RD1RS0RS1LDRi电平开关K0K1K2K3K4K5K6数据通路LDDR1LDDR2S0S1S2S3M电平开关K7K7K8K9K10K11K12数据通路ALU_BUS#SW_BUS#电平开关K13K14数据通路的信号 Cn#接 VCC 2、打开电源 ( (以下以下 2 2 条是向条是向 R0R0 写入写入 55H,55H,向向 R1R1 写入写入 0AAH)0AAH) 3、置 K0(WR0)=0, K1(WR1)=0, K6(LDRi)=1, K13(ALU_BUS#)=1, K14(SW_BUS#)=0.置 SW7-SW0 为 55H,按 QD 按钮,将 55H 写入 R0. 4、置 K0(WR0)=1, K1(WR1)=0, K6(LDRi)=1, K13(ALU_BUS#)=1, K14(SW_BUS#)=0.置 SW7-SW0 为 0AAH,按 QD 按钮,将 0AAH 写入 R1.( (以下以下 1 1 条是将条是将 R0R0 写入写入 DR1,DR1,将将 R1R1 写入写入 DR2)DR2) 5、置 K2(RD0)=0, K3(RD1)=0, K4(RS0)=1, K5(RS1)=0, K6(LDRi)=0, K7(LDDR1 和 LDDR2)=1.按 QD 按钮,将 R0 写入 DR1,将 R1 写入 DR2.这时 DR1=55H,DR2=0AAH. ( (以下以下 2 2 条是条是 M=HM=H 时进行逻辑运算时进行逻辑运算) ) 6、置 K6(LDRi)=1, K7(LDR1 和 LDR2)=0, K8(S0)=0, K9(S1)=0, K10(S2)=0, K11(S3)=0,K12(M)=1, K13(ALU_BUS#)=0, K14(SW_BUS#)=1.在数据总线 DBUS 上观察到逻辑运算结果 0AAH. 按 QD 按钮,观察到进位 C 为 0. 7、其他开关不变,只改变 K8(S0), K9(S1), K10(S2), K11(S3)的设置,观察其他 15 种逻辑运算 结果, 并按 QD 按钮,观察进位 C. ( (以下以下 2 2 条是条是 M=LM=L 时进行算术运算时进行算术运算) ) 8、置 K6(LDRi)=1, K7(LDR1 和 LDR2)=1, K8(S0)=0, K9(S1)=0, K10(S2)=0, K11(S3)=0,K12(M)=0, K13(ALU_BUS#)=0, K14(SW_BUS#)=1.在数据总线 DBUS 上观察到算术运算结果 55H.按 QD 按钮,观察到进位 C 为 0. 9、其他开关不变,只改变 K8(S0), K9(S1), K10(S2), K11(S3)的设置,观察其他 15 种算术运算结果, 并按 QD 按钮,观察进位 C. 实验任务 3 实验结果表(DR1=55H,DR2=0AAH)工作方式输入选择逻辑运算(M=H,Cn#=1)算术运算(M=L,Cn#=1)S3 S2 S1S0运算结果进位 C运算结果 进位 C0000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111 关 键 词： 计算机 组成 原理 实验

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