1、2004-2005學年度第一學期計算機組成原理實驗指導書23實驗一 運算器實驗（一）算術邏輯運算實驗一實驗目的1掌握簡單運算器的數據傳送通路。2驗證運算功能發生器(74lsl81)的組合功能。二預習內容掌握74181芯片的功能及使用方法。三實驗設備與環境cctiv計算機組成原理教學實驗系統一臺，排線若干。四實驗內容1實驗原理 實驗中所用的運算器數據通路圖11所示。其中運算器由兩片74lsl 81以并串形式構成8位字長的alu。運算器的輸出經過一個三態門(74ls245)和數據總線相連，運算器的兩個數據輸入端分別由二個鎖存器(74ls373)鎖存，鎖存器的輸入連至數據總線，數據開并(“input

2、 device”)用來給出參與運算的數據，并經過一三態門(74ls245)和數據總線相連，數據顯示燈(“bus unit”)和數據總線相連，用來顯示數據總線內容。 圖中已將用戶需要連接的控制信號用圓圈標明(其他實驗相同，不再說明)，其中除t4為脈沖信號，其它均為電平信號。由于電路中的時序信號均已連至“wr unit的相應時序信號引出端，因此，在進行實驗時，只需將wr unit”的t4接至“state unit”的微動開關kk2的輸出端，按動微動開關，即可獲得實驗所需的單脈沖，而s3、s2、s1、 so、cn、m、lddrl、lddr2、alub、swb各電平控制信號用“switch unit”

3、中的二進制數據開關來模擬，其中cn、alub、swb為低電平有效，lddrl、lddr2為高電平有效。2實驗步驟 (1 ) 按圖12連接路線，仔細查線無誤后，接通電源。 (2 ) 用二進制數碼開關向drl和dr2寄存器置數。具體操作步驟圖示如下： 檢驗drl和dr2中存的數是否正確，具體操作為：關閉數據輸入三態門(sw-b=1)， 打開alu輸出三態門(alu-b=0)。當置s3、s2、s1、so、m為1 1 1 1 l時，總線指示燈顯示dr1中的數，而置成1 0 1 0 1時總線指示燈顯示dr2中的數。(3) 驗證74lsl81的算術運算和邏輯運算功能(采用正邏輯)在給定drl=65、dr2

4、=a7的情況下，改變運算器的功能設置，觀察運算器的輸出，填入下表中，并和理論分析進行比較、驗證。五、注意事項1.本次實驗內容適用于計劃學時數為68。2.上機課時要求必須帶本次實驗課的指導書以及相關的教材資料。 3.實驗指導書每人一份，為平時實驗課的依據，注意保管。4.實驗指導書僅作為上機時的步驟提要，不能作為唯一的依據，以教材代碼和課堂講授為準。六、填寫實驗報告要求 1.填寫課程名稱:網絡操作系統，然后填寫日期。 2.實驗內容為本次實驗的題目。 3.課時填寫是這樣的:如果本次實驗課時間為一次課，則填寫2；兩次則為4，以此類推。 4.成績一欄和最后的指導教師評語為教師填寫。 5.實驗報告部分為主

5、體部分，其中主要填寫本人上機過程所調試程序的步驟和程序的執行結果，以及自己的實驗體會和收獲。 6.最后要填寫上自己所在的班級、姓名、學號。 7.實驗報告要自己獨立填寫完成，字跡要工整，并注意保存好，按照教師規定日期準時提交，作為平時成績的重要依據和期末考試的參考。(二) 進位控制實驗 一實驗目的 1驗證帶進位控制的算術運算功能發生器的功能。2按指定數據完成幾種指定的算術運算。二預習內容熟悉進位控制運算器原理圖 二實驗設備 cctiv計算機組成原理教學實驗系統一臺，排線若于。 三實驗內容1 實驗原理進位控制運算器的實驗原理如圖13所示，在實驗(1)的基礎上增加進位控制部分，其中18l的進位進入一

6、個74鎖存器，其寫入是由t4和ar信號控制，t4是脈沖信號，實驗時將t4連至“state unit”的微動開關kk2上。ar是電平控制信號 (低電平有效)，可用于實現帶進位控制實驗，而t4脈沖是將本次運算的進位結果鎖存到進位鎖存器中。 2實驗步驟 (1) 按圖14連接實驗線路，仔細查線無誤后，接通電源。(2)用二進制數碼開關向drl和dr2寄存器置數，具體方法： 關閉alu輸出三態門 (alu-b=1)，開啟輸入三態門 (sw-b=0)，設置數據開關 例如向drl存入01010101，向dr2存入10101010。具體操作步驟如下：(3) 進位標志清零具體操作方法如下：s3s2sls0m的狀態

7、置為0 0 0 0 0，ar狀態置為0(清零時drl寄存器中的數應不等于ff)按動微動開關kk2。注：進位標志指示燈cy亮時表示進位標志為“0”，無進位；標志指示燈cy滅時表示進位為“1”，有進位。(4)驗證帶進位運算及進位鎖存功能，使cn=l，ar=0，swb=1來進行帶進位算術運算。例如：做加法運算，首先向drl、dr2置數，然后使alub=0，s3s2s1s0m狀態為l 0 0 1 0，此時數據總線上顯示的數據為drl加dr2加當前進位標志，這個結果是否產生進位，則要按動微動開關kk2，若進位標志燈亮，表示進位；反之，有進位。五、注意事項1.本次實驗內容適用于計劃學時數為68的學時。2.

8、上機課時要求必須帶本次實驗課的指導書以及相關的教材資料。 3.實驗指導書每人一份，為平時實驗課的依據，注意保管。4.實驗指導書僅作為上機時的步驟提要，不能作為唯一的依據，以教材代碼和課堂講授為準。六、填寫實驗報告要求 1.填寫課程名稱:網絡操作系統，然后填寫日期。 2.實驗內容為本次實驗的題目。 3.課時填寫是這樣的:如果本次實驗課時間為一次課，則填寫2；兩次則為4，以此類推。 4.成績一欄和最后的指導教師評語為教師填寫。 5.實驗報告部分為主體部分，其中主要填寫本人上機過程所調試程序的步驟和程序的執行結果，以及自己的實驗體會和收獲。 6.最后要填寫上自己所在的班級、姓名、學號。 7.實驗報告

9、要自己獨立填寫完成，字跡要工整，并注意保存好，按照教師規定日期準時提交，作為平時成績的重要依據和期末考試的參考。(三)移位運算實驗一實驗目的驗證移位控制的組合功能。二預習內容 掌握alu及移位寄存器的功能。三實驗設備與環境cct-iv計算機組成原理教學實驗系統一臺，排線若干。四實驗內容1實驗原理移位運算實驗原理如圖l一5所示，使用了一片74ls299作為移位發生器，其輸入輸出端以排針方式和總線單元連接。299一b信號控制其使能端，t4時序為其時鐘脈沖，實驗時將“wr unit”中的t4接至“state unit”中的kk2單脈沖發生器， 由s0sl m控制信號控制其功能狀態，其列表如下：299

10、一bs1s0m功 能000任 意保持0100循環右移0101帶進位循環右移0010循環左移0011帶進位循環左移任 意11任 意裝數2實驗步驟(1)按圖16連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。(2)移位操作：置數，具體步驟如下：移位，參照上表改變s0sl m 299-b的狀態，按動微動開關kk2，觀察移位結果。五、注意事項1.本次實驗內容適用于計劃學時數為68。2.上機課時要求必須帶本次實驗課的指導書以及相關的教材資料。 3.實驗指導書每人一份，為平時實驗課的依據，注意保管。4.實驗指導書僅作為上機時的步驟提要，不能作為唯一的依據，以教材代碼和課堂講授為準。六、填寫實驗報告要求 1.填寫課程

11、名稱:網絡操作系統，然后填寫日期。 2.實驗內容為本次實驗的題目。 3.課時填寫是這樣的:如果本次實驗課時間為一次課，則填寫2；兩次則為4，以此類推。 4.成績一欄和最后的指導教師評語為教師填寫。 5.實驗報告部分為主體部分，其中主要填寫本人上機過程所調試程序的步驟和程序的執行結果，以及自己的實驗體會和收獲。 6.最后要填寫上自己所在的班級、姓名、學號。 7.實驗報告要自己獨立填寫完成，字跡要工整，并注意保存好，按照教師規定日期準時提交，作為平時成績的重要依據和期末考試的參考。實驗二 存儲器實驗一. 實驗目的掌握靜態隨機存儲器ram工作特性及數據的讀寫方法。二預習內容了解實驗原理圖2-1中的各

12、控制信號作用三實驗設備cctiv計算機組成原理教學實驗系統一臺，排線若干。四實驗內容1實驗原理 實驗所用的半導體靜態存儲器電路原理如圖21所示，實驗中的靜態存儲器由片6116(2k x 8)構成，其數據線接至數據總線，地址線由地址鎖存器(74ls273)給出。地址燈ad0-ad7與地址線相連，顯示地址線內容。數據開并經一三態門 (74ls245)連至數據總線，分時給出地址和數據。 因地址寄存器為8位，接入6116的地址a7一a0， 而高三位a8一a10接地，所以其實際容量為256字節。6116有三個控制線：ce(片選線)、oe(讀線)、we(寫線)。當片選有效(ce=0)時，oe=0時進行讀操

13、作，ce=0，we=1時進行寫操作，其寫時間與t3脈沖寬度一致。 實驗時將t3脈沖接至實驗板上時序電路模塊的ts3相應插孔中，其脈沖寬度可調， 其它電平控制信號由“switch unit”單元的二進制開關模擬，其中swb為低電平有效，ldar為高效電平有效。2實驗步驟 (1)形成時鐘脈信號t3，具體接線方法和操作步驟如下: 接通電源，用示波器接入方波信號源的輸出插孔h24，調節電位器w1，使h24端輸出實驗所期望的頻率的方波。 將時序電路模塊中的和h23排針相連，clr置“1”。 在時序電路模塊中有兩個二進制開關“stop”和“step”。將“stop”開關置為“run”狀態、“step”開關

14、置為“exec”狀態時，按動微動開關start，則t3輸出連續的方波信號，此時調節電位器w1，用示波器觀察，使t3輸出實驗要求的脈沖信號。當“stop”開關置為“run”狀態、“step”開關置為“step”狀態時，每按動一次微動開關start，則t3輸出一個單脈沖，其脈沖寬度與連續方式相同。關閉電源。(2) 按圖22連接實驗線路，仔細查線無誤后接通電源。由于存儲器模塊內部連線已經接好，因此只需完成實驗電路的形成、控制信號模擬開關、時鐘脈沖信號t3與存儲模塊的外部連接。(3)給存儲器的00、01、02、03、04地址單元中分別寫入數據11、12、13、14、15，具體操作步驟如下： (以向0號

15、單元寫入11為例)依次讀出第00、01、02、03、04號單元中的內容，觀察上述各單元中的內容是否與前面寫入的一致。具體操作步驟如下：(以從0號單元讀出11數據為例)五、注意事項1.本次實驗內容適用于計劃學時數為68。2.上機課時要求必須帶本次實驗課的指導書以及相關的教材資料。 3.實驗指導書每人一份，為平時實驗課的依據，注意保管。4.實驗指導書僅作為上機時的步驟提要，不能作為唯一的依據，以教材代碼和課堂講授為準。六、填寫實驗報告要求 1.填寫課程名稱:網絡操作系統，然后填寫日期。 2.實驗內容為本次實驗的題目。 3.課時填寫是這樣的:如果本次實驗課時間為一次課，則填寫2；兩次則為4，以此類推

16、。 4.成績一欄和最后的指導教師評語為教師填寫。 5.實驗報告部分為主體部分，其中主要填寫本人上機過程所調試程序的步驟和程序的執行結果，以及自己的實驗體會和收獲。 6.最后要填寫上自己所在的班級、姓名、學號。 7.實驗報告要自己獨立填寫完成，字跡要工整，并注意保存好，按照教師規定日期準時提交，作為平時成績的重要依據和期末考試的參考。實驗三 微控制器實驗一實驗目的 1掌握時序產生器的組成原理。2掌握微程序控制器的組成原理。3掌握微程序的編制、寫入，觀察微程序的運行。二預習內容 掌握微程序控制器的基本原理及執行過程二實驗設備與環境cctiv計算機組成原理教學實驗系統一臺。三實驗內容1實驗原理 實驗

17、所用的時序電路原理如圖3-1所示，可產生4個等間隔的時序信號tsl-ts4，其中為時鐘信號，由實驗臺左上方的方波信號源提供，可產生頻率及脈寬可調的方波信號。學生可根據實驗自行選擇方波信號的頻率及脈寬。為了便于控制程序的運行， 時序電路發生器也設置了一個啟停控制觸發器cr，使tslts4信號輸出可控。圖中step(單步)、stop(停機)分別是來自實驗板上方中部的兩個二進制開關step、 stop的模擬信號。當step開關為0時 (exec)，一旦按下啟動鍵，運行觸發器cr一直處于“1”狀態，因此時序信號tslts4將周而復始地發送出去。當step為1(step)時， 一旦按下啟動鍵，機器便處于

18、單步運行狀態，即此時只發送一個cpu周期的時序信號就停機。利用單步方式，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行結果。另外，當機器連續運行時，如果stop開關置“1” (stop)，也會使機器停機。 由于時序電路的內部線路已經連好，所以只需將時序電路與方波信號源連接 (即將時序電路的時鐘脈沖輸入端由接至方波信號發生器輸出端h23)，時序電路的clr已接至實驗板左下方的clr模擬開關上。2微程序控制電路與微指令格式 (1)微程序控制電路 微程序控制器的組成見圖32， 其中控制存儲器采用3片2816的e2prom，具有掉電保護功能，微命令寄存器18位，用兩片8d觸發器(273)和

19、一片4d(175)觸發器組成。微地址寄存器6位，用三片正沿觸發的雙d觸發器(74)組成。 它們帶有清“0”端和預置端。在不判別測試的情況下，t2時刻打入微地址寄存器的內容即為下一條微指令地址。當t4時刻進行測試判別時，轉移邏輯滿足條件后輸出的負脈沖通過強置端將某一觸發器置為“1”狀態，完成地址修改。在該實驗電路中設有一個編程開關(位于實驗板右上方)，它具有三種狀態： prom(編程)、read(校驗)、run(運行)。 當處于“編程狀態”時，學生可根據微地址和微指令格式將微指令二進制代碼寫入到控制存儲器2816中。當處于“校驗狀態”時，可以對寫入控制存儲器中的二進制代碼進行驗證，從而可以判斷寫

20、入的二進制代碼是否正確。 當處于“運行狀態”時，只要給出微程序的入口微地址，則可根據微程序流程圖自動執行微程序。圖中微地址寄存器輸出端增加了一組三態門，目的是隔離觸發器的輸出，增加抗于擾能力， 并用來驅動微地址顯示燈。 (2)微指令格式微指令長共24位，其控制位順序如下：其中ua5-ua0為6位的后續微地址，a、b、c三個譯碼字段，分別由三個控制位譯碼出多位。c字段中的p(1)p(4)是四個測試字位。其功能是根據機器指令及相應微代碼進行譯碼，使微程序轉入相應的微地址入口，從而實現微程序的順序、分支、循環運行，其原理如圖3一3所示，圖中i7一i2為指令寄存器的第72位輸出，se5sel為微控器單

21、元微地址鎖存器的強置端輸出。ar為算術運算是否影響進位及判零標志控制位，其為零有效。b字段中的rsb、rob、ri-b分別為源寄存器選通信號、目的寄存器選通信號及變址寄存器選通信號， 其功能是根據機器指令來進行三個工作寄存器r0、r1及r2的選通譯碼，其原理如圖34，圖中i0一i4為指令寄存器的第04位，ldri打入工作寄存器信號的譯碼器使能控制位。3 實驗步驟 (1)圖35為幾條機器指令對應的參考微程序流程圖， 將全部微程序按微指令格式變成二進制代碼， 可得到表32的二進制代碼表。(2)按圖36連接實驗線路， 仔細查線無誤后接通源。(3) 觀測時序信號 用雙蹤示波器(或用pc示波器功能)觀察

22、方波信號源的輸出， 時序電路中的 “stop”開關置為“run”、“step”開關置為“exec”。按動start按鍵，從示波器上可觀察到tsl、ts2、ts3，ts4各點的波形，比較它們的相互關系，畫出其波形， 并標注測量所得的脈沖寬度，見圖37。 (4) 觀察微程序控制器的工作原理： 編程 a將編程開關置為prom(編程)狀態。 b將實驗板上“state unit”中的“step”置為“step”， “stop”置為“run”狀態。 c用二進制模擬開關置微地址ma5ma0。 d在mk24-mkl開關上置微代碼，24位開關對應24位顯示燈，開關量為“0”時燈亮，開關量為“1”時燈滅。 e啟動

23、時序電路(按動啟動按鈕“start”)，即將微代碼寫入到e2prom 2816的相應地址對應的單元中。 f重復ce步驟， 將表32的微代碼寫入2816。 校驗 a將編程開關設置為read(校驗)狀態。 b將實驗板的step開關置為step狀態，stop開關置為run狀態。 c用二進制開關置好微地址ma5一ma0。 d按動“start鍵，啟動時序電路，讀出微代碼，觀察顯示燈md24-mdl的狀態(燈亮為“0”， 滅為“1”)，檢查讀出的微代碼是否與寫入的相同。如果不同，則將開關置于prom編程狀態，重新執行即可。 單步運行 a將編程開關置于“run(運行)”狀態。 b實驗板的“step”及“stop開關保持原狀。 c操作clr開關(撥動開關在實驗板右下角)使clr信號l0l。微地址寄存器ma5一ma0清零，從而明確本機的運行入口微地址為000000(二進制)。 d按動“start”鍵，啟動時序電路，則每按動一次啟動鍵，讀出一條微指令后停機，此時實驗臺上的微地址顯示燈和微命令顯示燈將顯示所讀出的一條