.PAGE.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〔2011—2012學(xué)年第2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5042012年3月18日年級(jí)、專業(yè)、班計(jì)科學(xué)號(hào)成績(jī)實(shí)驗(yàn)工程名稱計(jì)算機(jī)組成原理各部件實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師云教師評(píng)語該同學(xué)是否了解實(shí)驗(yàn)儀器原理：A.了解□B.根本了解□C.不了解□該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ篈.強(qiáng)□B.中等□C.差□該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)是否到達(dá)要求：A.到達(dá)□B.根本到達(dá)□C.未到達(dá)□實(shí)驗(yàn)報(bào)告是否規(guī)：A.規(guī)□B.根本規(guī)□C.不規(guī)□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、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)…………………..1頁實(shí)驗(yàn)二、啟停時(shí)序電路實(shí)驗(yàn)…………….……….7頁實(shí)驗(yàn)三、總線傳輸實(shí)驗(yàn)………..12頁實(shí)驗(yàn)四、半導(dǎo)體靜態(tài)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)…………….….……………18頁實(shí)驗(yàn)五、算術(shù)邏輯運(yùn)算………………….……22頁實(shí)驗(yàn)六、控制器電路實(shí)驗(yàn)……….…………….………………27頁實(shí)驗(yàn)一、數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解數(shù)據(jù)輸入輸出2.理解數(shù)碼顯示譯碼器的作用3.學(xué)會(huì)使用數(shù)碼管的檢測(cè)極限是一碼器的使用4.掌握七段顯示譯碼器的設(shè)計(jì)二、實(shí)驗(yàn)原理及根本技術(shù)路線圖〔方框原理圖〕(1)輸入輸出的根本原理及構(gòu)造實(shí)驗(yàn)中所用的輸入輸出數(shù)據(jù)通路如圖1.1所示。圖中左部是由數(shù)據(jù)開關(guān)和三態(tài)門245構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入單元；圖中右部那么是由七段顯示譯碼器和SM420501K數(shù)碼管構(gòu)成的數(shù)據(jù)輸出單元。1.1輸入輸出通路圖數(shù)據(jù)輸入單元〔實(shí)驗(yàn)板上印有INPUTDEVICE〕用以提供數(shù)據(jù)。其中，輸入開經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門〔74LS245〕，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。數(shù)據(jù)輸出單元〔實(shí)驗(yàn)板上印有OUTPUTDEVICE〕用以顯示數(shù)據(jù)。其中，輸出開經(jīng)過一個(gè)七段顯示譯碼器，該譯碼器的控制信號(hào)LED-B為電平信號(hào)，W/R〔LED〕為脈沖信號(hào)，并且當(dāng)LED-B取低電平，W/R〔LED〕為一個(gè)下降沿脈沖時(shí)可將輸出數(shù)據(jù)打入到譯碼器。該譯碼器的輸出再用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)共陰極的七段LED數(shù)碼管〔SM420501K〕來顯示信息。SM420501K數(shù)碼管的外形圖如圖1.2所示。圖1.2SM420501K數(shù)碼管的外形圖(2)七段顯示譯碼器的設(shè)計(jì)步驟顯示譯碼器是組合邏輯電路的一個(gè)重要的器件，它主要解決二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使數(shù)碼管用十或十六進(jìn)制數(shù)字顯示出對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼所表示的數(shù)值。顯示譯碼器有4個(gè)輸入端7個(gè)輸出端。輸入為二進(jìn)制代碼，輸出為七段顯示碼，即根據(jù)需要7根輸出線中有些是有效電平，而其它那么不是。設(shè)計(jì)步驟如下：a.根據(jù)要求，列出真值表。b.畫出卡諾圖，并按多輸出邏輯函數(shù)化簡(jiǎn)，得到最簡(jiǎn)輸出邏輯表達(dá)式。c.畫出譯碼器邏輯圖。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)設(shè)備一套四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)按圖1.3所示的實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)展接線。圖1.3實(shí)驗(yàn)接線圖(2)翻開電源開關(guān)。(3)查看數(shù)碼管的好壞。(4)按如下步驟進(jìn)展操作：d.首先關(guān)閉所有的三態(tài)門〔SW-B=1，LED-B=1〕，并將脈沖信號(hào)置為W/B〔LED〕=1。e.用數(shù)據(jù)開關(guān)D3…D0置數(shù)，并觀察相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示燈變化f.翻開數(shù)據(jù)三態(tài)門〔SW-B=0〕。g.翻開LED片選〔LED-B=0〕，撥動(dòng)W/B〔LED〕做1→0→1動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖將數(shù)據(jù)打入LED中，并觀察七段LED數(shù)碼管各段的變化。h.對(duì)輸入進(jìn)展足夠多的改變，并觀察相應(yīng)的輸出變化，同時(shí)填寫表1.1。i.數(shù)碼管在作幾進(jìn)制數(shù)的顯示？j.試用與非門自行設(shè)計(jì)一個(gè)能驅(qū)動(dòng)該七段數(shù)碼管的顯示譯碼器〔顯示器為共陰極〕，給出設(shè)計(jì)步驟，畫出邏輯圖，并列出所用元器件清單。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)論本次實(shí)驗(yàn)很成功，讓我了解到數(shù)字邏輯電路的實(shí)際應(yīng)用，了解數(shù)據(jù)輸入輸出。理解數(shù)碼顯示譯碼器的作用。學(xué)會(huì)使用數(shù)碼管的檢測(cè)極限是一碼器的使用。掌握七段顯示譯碼器的設(shè)計(jì)。會(huì)設(shè)置16進(jìn)制譯碼器。實(shí)驗(yàn)二、啟停時(shí)序電路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)加深理解啟停電路的使用對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)展有效的控制，以保證計(jì)算機(jī)可靠地啟動(dòng)和停機(jī)(2)按對(duì)啟停電路的要求，實(shí)現(xiàn)電路并通過分頻組合所需的時(shí)標(biāo)信號(hào)二、實(shí)驗(yàn)原理及根本技術(shù)路線圖〔方框原理圖〕時(shí)序電路單元〔STATEUNIT〕時(shí)序電路單元位于實(shí)驗(yàn)板的左上部，其電路分為四個(gè)局部：消抖電路〔KK1〕、時(shí)序控制〔TS1、TS2、TS3、TS4〕、時(shí)鐘信號(hào)源〔Φ〕和撥動(dòng)二進(jìn)制開關(guān)組〔STOP、STEP〕，框圖如圖2.1所示。圖2.1時(shí)序電路單元用戶只需將信號(hào)單元〔SIGNALUNIT〕的輸出端〔H23〕與Φ相連，然后按動(dòng)START〔KK1〕微動(dòng)開關(guān)，根據(jù)STOP與STEP的狀態(tài)，TS1-TS4將輸出有規(guī)那么的方波信號(hào)。下面分別介紹各局部電路：(1)單拍脈沖與消抖電路〔圖2.2所示〕在實(shí)驗(yàn)中，KK2一般用來作為單拍脈沖信號(hào)發(fā)生器。START已將其輸出接入時(shí)序電路中的START處，作為時(shí)序電路的啟動(dòng)開關(guān)，因此，START一般作為啟動(dòng)時(shí)序電路的目的用。圖2.2單拍脈沖與消抖電路(2)時(shí)序控制電路與撥動(dòng)開關(guān)組時(shí)序控制電路如圖2.3所示，可產(chǎn)生四個(gè)等間隔的時(shí)序信號(hào)TS1-TS4。圖2.3時(shí)序控制電路STEP〔單步〕與STOP〔停機(jī)〕分別來自實(shí)驗(yàn)板上部的兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)STEP與STOP的模擬信號(hào)。啟動(dòng)時(shí)來自實(shí)驗(yàn)板"STATUNIT〞單元的微動(dòng)開關(guān)START的按鍵信號(hào)。當(dāng)STOP開關(guān)置為RUN狀態(tài)時(shí)，STEP開關(guān)置為EXEC時(shí)，按下START微動(dòng)開關(guān)后，時(shí)序信號(hào)TS1-TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去，產(chǎn)生的時(shí)序狀態(tài)圖如圖2.4所示。當(dāng)STOP開關(guān)置為RUN狀態(tài)時(shí)，而STEP開關(guān)置為STEP時(shí)，按下START微動(dòng)開關(guān)后，機(jī)器處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)在發(fā)送一個(gè)CPU周期的時(shí)序信后就停機(jī)。利用單步方式，每次只產(chǎn)生一條微指令，因而可以觀察微指令的代碼與當(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果使STOP開關(guān)置為STOP時(shí)，會(huì)使機(jī)器停機(jī)，或?qū)LR開關(guān)執(zhí)行1→0→1操作，也可以使時(shí)序清零。時(shí)序電路的CLR已接至實(shí)驗(yàn)板右下方的CLR模擬開關(guān)上。此時(shí)序控制電路是用一片復(fù)雜可編程邏輯器件〔CPLD〕芯片來實(shí)現(xiàn)。該單元左側(cè)的信號(hào)源可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號(hào)。可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要自行選擇方波信號(hào)的頻率與脈寬。經(jīng)啟停控制電路控制，產(chǎn)生受控的全機(jī)所需的節(jié)拍脈沖信號(hào)TS1-TS4。圖2.4時(shí)序狀態(tài)圖(3)信號(hào)源信號(hào)單元〔SIGNALUNIT〕位于"STATEUNIT〞的左側(cè)，其電路圖如圖2.5所示。圖中左側(cè)為一個(gè)用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振動(dòng)器，它可自行產(chǎn)生有一定頻率和脈寬的方波；圖中右側(cè)為一個(gè)屬于TTL系列的74123可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，它可產(chǎn)生一定脈寬的方波。可先調(diào)節(jié)電位器W1，使H23端輸出用戶期望頻率的波形信號(hào)，頻率的可調(diào)圍在30Hz-300Hz之間；然后，再調(diào)節(jié)電位器W2使H23端輸出特定占空比的信號(hào)，共實(shí)驗(yàn)選擇使用。占空比為脈沖寬度與脈沖周期的比值。圖2.5信號(hào)源電路圖三、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)設(shè)備一套四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟實(shí)驗(yàn)步驟(1)翻開電源開關(guān)：a.給出調(diào)節(jié)H23端方波信號(hào)頻率的步驟，并觀察記錄結(jié)果。b.給出調(diào)節(jié)H23端方波信號(hào)占空比的步驟，并觀察記錄結(jié)果。(2)斷開電源，將H23與Φ相連接，再重新翻開電源：a.給出產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)的步驟，并觀察記錄結(jié)果。b.給出產(chǎn)生停頓信號(hào)的步驟，并觀察記錄結(jié)果。c.給出產(chǎn)生單步運(yùn)行的步驟，并觀察記錄結(jié)果。d.給出產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)行的步驟，并觀察記錄結(jié)果。e.在上述情形下，分別對(duì)TS1、TS2、TS3和TS4信號(hào)進(jìn)展觀測(cè)。(3)分析討論五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)(1)翻開電源開關(guān)：a.調(diào)節(jié)H23端方波信號(hào)頻率的步驟是：H23連LEDUNIT〔C6，C7〕，觀察記錄結(jié)果是：調(diào)節(jié)W1，W2保持；W1順時(shí)針旋鈕時(shí)，L6、L7漸暗，說明是低頻。W1逆時(shí)針旋鈕時(shí)，L6、L7漸亮，說明是高頻。b.調(diào)節(jié)H23端方波信號(hào)占空比的步驟是：同a。觀察記錄結(jié)果是：調(diào)節(jié)W2，W1保持；W2順時(shí)針旋鈕時(shí)，L6、L7閃動(dòng)快，W2逆時(shí)針旋鈕時(shí)，閃動(dòng)慢。(2)斷開電源，將H23與Φ相連接，再重新翻開電源：a.產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)的步驟是：H23連φ，LEDUNIT〔L6，L7〕連TS1、TS2，STOP→RUN。觀察記錄結(jié)果是：燈亮，有信號(hào)。b.產(chǎn)生停頓信號(hào)的步驟是：H23連φ，LEDUNIT〔L6，L7〕連TS1、TS2，STOP→STOP。觀察記錄結(jié)果是：燈滅，無信號(hào)。c.產(chǎn)生單步運(yùn)行的步驟是：H23連φ，LEDUNIT〔L6，L7〕連TS1、TS2，STOP→RUN，STEP→STEP。觀察記錄結(jié)果是：亮一下。d.產(chǎn)生連續(xù)運(yùn)行的步驟是：H23連φ，LEDUNIT〔L6，L7〕連TS1、TS2，STOP→RUN，STEP→EXEC。觀察記錄結(jié)果是：連續(xù)閃亮。e.在上述情形下，對(duì)TS1、TS2信號(hào)進(jìn)展了觀測(cè)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論通過本次實(shí)驗(yàn)，我加深理解啟停電路的使用對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)展有效的制，信號(hào)的啟動(dòng)和停頓，實(shí)現(xiàn)電路并通過分頻組合所需的時(shí)標(biāo)信號(hào)。實(shí)驗(yàn)三、總線傳輸實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)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)原理及根本技術(shù)路線圖〔方框原理圖〕總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖如圖5.4-1所示，它將幾種不同的設(shè)備掛至總線上，有存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備、存放器：這些設(shè)備都需要有三態(tài)輸出控制，按照傳輸要求恰當(dāng)有序地控制它們，就可以實(shí)現(xiàn)總線信息傳輸。圖5.4-1總線傳輸實(shí)驗(yàn)框圖總線根本實(shí)驗(yàn)要求如下：根據(jù)掛在總線上的幾個(gè)根本部件，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RO存放器。(2)輸入設(shè)備將另一個(gè)數(shù)打入地址存放器。(3)將RO存放器中的數(shù)寫入到當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中。(4)將當(dāng)前地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)用LED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++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實(shí)驗(yàn)接線圖進(jìn)展連線。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,CS=1,RO-B=1,LED-B=1),并將關(guān)聯(lián)的信號(hào)置為L(zhǎng)DAR=0,LDRO=0,WIR(RAM)=1,WIR(LED)=1。然后參照如下操作流程，先給數(shù)據(jù)開關(guān)置數(shù)，翻開數(shù)據(jù)輸出三態(tài)門，撥動(dòng)LDRO控制信號(hào)做0-1-0動(dòng)作，產(chǎn)生一個(gè)上升沿將數(shù)據(jù)打入到RO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0-1-0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，翻開RO存放器輸出控關(guān)閉存儲(chǔ)器片選，關(guān)閉RO存放制，使存儲(chǔ)器處于寫狀態(tài)(wlR=0、CS=0),將RO中的數(shù)寫到存儲(chǔ)器中；器輸出，使存儲(chǔ)器處于讀狀態(tài)(wlR士1CS),翻開LED片選，撥動(dòng)LED的控制信號(hào)做1-0-1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(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)實(shí)驗(yàn)步驟INPUTDEVICE上的指示燈BUSUNIT上的指示燈EXTBUS上的指示燈OUTPUTUNIT上的LED顯示注意其中‘0’代表燈亮，‘1’代表燈滅燈號(hào)數(shù)12345678123456781234567800數(shù)據(jù)開關(guān)01100011111111110100000000三態(tài)門0110001101100110100000000打入存放器01100011011000110010000000數(shù)據(jù)開關(guān)00100000001000000100000000打入存放器00100000001000000010000000存儲(chǔ)器打入到LED00100000110000110010000000三態(tài)門00100000011000110010000000寫入存儲(chǔ)器00100000111111110010000000三態(tài)門01100011111111110100000063六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)，明白多個(gè)功能部件共享的信息傳輸線稱為總線。掌握總線傳輸控制特性。總線〔Bus〕是計(jì)算機(jī)各種功能部件之間傳送信息的公共通信干線，它是由導(dǎo)線組成的傳輸線束，按照計(jì)算機(jī)所傳輸?shù)男畔⒎N類，計(jì)算機(jī)的總線可以劃分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線，分別用來傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)地址和控制信號(hào)。總線是一種部構(gòu)造，它是cpu、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)的接口電路再與總線相連接，從而形成了計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，各個(gè)部件之間傳送信息的公共通路叫總線，微型計(jì)算機(jī)是以總線構(gòu)造來連接各個(gè)功能部件的。實(shí)驗(yàn)四、半導(dǎo)體靜態(tài)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)原理及根本技術(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)器電路原理如圖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)線接至數(shù)據(jù)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，顯示地址狀況。數(shù)據(jù)開關(guān)經(jīng)一個(gè)三態(tài)門〔74LS245〕連至數(shù)據(jù)總線，分時(shí)給出地址和數(shù)據(jù)。因地址存放器為8位，所以接入6116芯片的地址為A7-A0，而高3位A8-A10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)片選有效時(shí)進(jìn)展讀操作，WE=0時(shí)進(jìn)展寫操作。本實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此情況下，當(dāng)CE=0,OE=0時(shí)進(jìn)展寫操作。本實(shí)驗(yàn)中將OE常接地，在此情況下，當(dāng)CE=0,WE=0時(shí)進(jìn)展讀操作，CE=0，WE=1時(shí)進(jìn)展寫操作，其寫時(shí)間與T3脈沖寬度一致。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"SWITCHUNIT〞單元的二進(jìn)制開關(guān)模擬，其中SW-B為低位電平有效，LDAR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++教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)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：①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。②將時(shí)序電路模塊(SuNTr)單元中的Φ和信號(hào)源單元(SIGNALuNIT)中H23排針相連。③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)微動(dòng)開關(guān)S那么TS3端輸出連續(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)、"STBP〞開關(guān)置為"STEP〞狀態(tài)時(shí)每按動(dòng)一次微動(dòng)開關(guān)ST.ART,那么T3輸出一個(gè)單脈沖，其脈沖寬度與連續(xù)方式一樣。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。圖3.6-2靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)接線圖(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)IIH、l2H、13H、14H、15H.由上面的存儲(chǔ)器實(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)地給出。下面的寫存儲(chǔ)器要分兩個(gè)步驟：第一步寫地址，先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選(CE=1),翻開地址鎖存器門控信號(hào)〔LDAR=1〕，翻開數(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)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〕，翻開存儲(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)單元中的容，觀察上述各單元中的容是否與前面寫入的一致。同寫操作類似，讀每個(gè)單元也需要兩步；第一步寫地址，先關(guān)掉存儲(chǔ)器的片選〔CE=1〕，翻開地址鎖存器門控信號(hào)〔LDAR=1〕，翻開數(shù)據(jù)開關(guān)三態(tài)門〔SW-B〕，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)容。讀其他單元依次循環(huán)上述步驟。讀存儲(chǔ)器操作流程如下列圖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)單元號(hào)單元燈信號(hào)顯示〔0表示燈亮，1表示燈滅〕1234567800000100010100010010020001001103000101000400010101寫入第一個(gè)地址時(shí)，在輸入單元給出二進(jìn)制地址00000000，翻開地址鎖存器，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，翻開存儲(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)，翻開存儲(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)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)CMOS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。由假設(shè)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)五、算術(shù)邏輯運(yùn)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解運(yùn)算器的組成構(gòu)造。(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74LSl8l的組合功能。二、實(shí)驗(yàn)原理及根本技術(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)通路圖如圖2.6-1所示。圖中所示的是由兩片74LSl8l芯片以并/串形式構(gòu)成的8位字長(zhǎng)的運(yùn)算器。右方為低4位運(yùn)算芯片，左方為高4位運(yùn)算芯片低位芯片的進(jìn)位輸出端C(n+4)與高位芯片的進(jìn)位輸入端相連，使低4位運(yùn)算產(chǎn)生的進(jìn)位送進(jìn)高4位運(yùn)算中。低位芯片的進(jìn)位輸入端可與外來進(jìn)位相連，高位芯片的進(jìn)位輸出引至外部。兩個(gè)芯片的控制端SO～S3和M各自相連，其控制電平由表2.6-1給出。圖2.6-1！運(yùn)算器通路圖并/串形式構(gòu)成的8位字長(zhǎng)的運(yùn)算器。右方為低4位運(yùn)算芯片，左方為高4位運(yùn)算芯片低位芯片的進(jìn)位輸出端C(n+4)與高位芯片的進(jìn)位輸入端相連，使低4位運(yùn)算產(chǎn)生的進(jìn)位送進(jìn)高4位運(yùn)算中。低位芯片的進(jìn)位輸入端可與外來進(jìn)位相連，高位芯片的進(jìn)位輸出引至外部。兩個(gè)芯片的控制端SO～S3和M各自相連，其控制電平由表2.6-1給出。表2.6-1DR1DR25352SlS0M工0(算術(shù)運(yùn)算)M=1(邏輯運(yùn)算)=1無進(jìn)位=0有進(jìn)位656565A7A7A70000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111F=(65)F=(E7)F=(7D)F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=(66)F=(E8)F=(7E)F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=(9A)F=(18)F=(82)F=()F=()F=()F=()F=()F二()F=()F=()F=()F=()F=()F=()F=()為進(jìn)展雙操作數(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(用鎖存器74LS273實(shí)現(xiàn))來鎖存數(shù)據(jù)。要將總線上的數(shù)據(jù)鎖存到DR1或DR2中，那么鎖存器74LS273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。為控制運(yùn)算器向總線上輸出運(yùn)算結(jié)果，在其輸出端連接了一個(gè)三態(tài)門(用74LS245實(shí)現(xiàn))。假設(shè)要將運(yùn)算結(jié)果輸出到總線上，那么要將三態(tài)門74LS245的控制端ALU-B置低電平。否那么輸出高阻態(tài)。數(shù)據(jù)輸入單元(實(shí)驗(yàn)板上印有1NPUTDEV1CE)用以給出參與運(yùn)算的數(shù)據(jù)。其中，輸入開關(guān)經(jīng)過一個(gè)三態(tài)門(74LS245)和總線相連，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)門而送入總線中。

53、S2、S1、S0、、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B各電平控制信號(hào)使用"SW1TCH邙町r〞單元中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)開關(guān)來模擬，其中、ALU-B、SW-B為低電平有效，LDDR1、LDDR2為高電平有效。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)門翻開，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)。三、所用儀器、材料〔設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格等〕TDNCM++教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟(1)按圖2.6-2連接實(shí)驗(yàn)電路并檢查無誤。圖中將用戶需要連接的信號(hào)線用小圓圈標(biāo)明(其他實(shí)驗(yàn)一樣，不再說明)。2.6-2算術(shù)邏輯實(shí)驗(yàn)接線圖(2)翻開電源開關(guān)。(3)用輸入開關(guān)向暫存器DR1置數(shù)。①撥動(dòng)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)01100101(或其他數(shù)值)。(數(shù)據(jù)顯示：燈亮為0,滅為1)。②使SW.rrCHUN1T單元中的開關(guān)SW-B二(翻開數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門)、ALU-B=1(關(guān)閉ALU輸出三態(tài)門)、LDDR1工1、LDDR2=0③按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2,那么將二進(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)輸入開關(guān)形成二進(jìn)制數(shù)10100111(或其他數(shù)值)。②SWB=0、ALU-B=1保持不變，改變LDDR1、LDDR2,使LDDR1=0、LDDR2=1。⑨按動(dòng)微動(dòng)開關(guān)KK2,那么將二進(jìn)制數(shù)10100111置入DR2中。(5)檢驗(yàn)DR1和DR2中存的數(shù)是否正確。①關(guān)閉數(shù)據(jù)輸入三態(tài)門(SWB=1),翻開ALU輸出三態(tài)門(ALU-B=0),并使LDDR1、LDDR2=0,關(guān)閉存放器。②宜S3、S2、S1、S0、M為1、1、1、.1、1,總線顯示燈顯示DR1中的數(shù)。⑥置S3、S2、S1、S0、M為1、0、1、0、1,總線顯示燈顯示DR2中的教。(6)改變運(yùn)算群的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算的輸出。①SW-B工1、ALU-B工D保持不變。③按表2.6-1置S3、S2、S1、S0、M、8數(shù)值，井觀察總線顯示燈顯示的結(jié)果。例如：置S3、S2、S1、S0、M、為1、0、0、1、0、1,運(yùn)算器進(jìn)展加法運(yùn)穿。置S3、S2、S1、S0、M、為0、1、1、0、0、0,運(yùn)算措進(jìn)展減法運(yùn)。(7)驗(yàn)證74LSl8l的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能(采用正邏輯)。在給定DR1工65、DR2=A7的情況下，改變運(yùn)箅器的功能設(shè)置，觀察運(yùn)算器的輸出，將該輸出填入表2.6-1中，且與理論分析進(jìn)展比擬和驗(yàn)證五、實(shí)驗(yàn)過程原始記錄(數(shù)據(jù)、圖表、計(jì)算等)DRIDR25352SlS0M工0(算術(shù)運(yùn)算)M=1(邏輯運(yùn)算)=1無進(jìn)位=0有進(jìn)位656565A7A7A7oooooooIooioooiioioooioIoiiooiiiIoooIooiIoioIoiiIiooIioiIiioIiiiF=(65)F=(E7)F=(7D)F=(FF)F=(A5)F=(27)F=(BD)F=(4F)F=(8A)F=(0C)F=(A2)F=(41)F=(CA)F=(4C)F=(E2)F=(64)F=(66)F=(E8)F=(7E)F=(00)F=(A6)F=(28)F=(BE)F=(40)F=(8B)F=(0D)F=(A3)F=(42)F=(CB)F=(4D)F=(E3)F=(65)F=(9A)F=(18)F=(82)F=(00)F=(DA)F=(58)F=(C2)F=(40)F二(BF)F=(3D)F=(A7)F=(25)F=(FF)F=(7D)F=(E7)F=(65)六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析和結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)了解了運(yùn)算器的組成構(gòu)造掌握運(yùn)算器的工作原理。學(xué)習(xí)運(yùn)算器的設(shè)計(jì)方法。掌握簡(jiǎn)單運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳輸通路。沒有任何問題。實(shí)驗(yàn)六、微程序控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)掌握時(shí)序產(chǎn)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(yùn)行。二、實(shí)驗(yàn)原理及根本技術(shù)路線圖1〕原理時(shí)序控制電路START時(shí)序控制電路STARTφSTEPSTOPCLRTS1TS2TS3TS4圖9時(shí)序電路框圖其中：φ為時(shí)鐘信號(hào)，由實(shí)驗(yàn)臺(tái)右上方的方波信號(hào)源提供，可產(chǎn)生頻率及脈寬可調(diào)的方波信號(hào)。學(xué)生可根據(jù)實(shí)驗(yàn)自行選擇方波信號(hào)的頻率及脈寬。圖中STEP(單步)、STOP(停機(jī))分別是來自實(shí)驗(yàn)板上方中部的兩個(gè)二進(jìn)制開關(guān)STEP，STOP的模擬信號(hào)。START鍵是來自實(shí)驗(yàn)板上方左部的一個(gè)微動(dòng)開關(guān)START的按鍵信號(hào)。當(dāng)STEP開關(guān)為0時(shí)(EXEC)，一旦按下啟動(dòng)鍵，時(shí)序信號(hào)TSI--TS4將周而復(fù)始地發(fā)送出去。當(dāng)STEP為1(STEP)時(shí)，一旦按下啟動(dòng)鍵，機(jī)器便處于單步運(yùn)行狀態(tài)，即此時(shí)只發(fā)送一個(gè)CPU周期的時(shí)序信號(hào)就停機(jī)。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(dāng)前微指令的執(zhí)行結(jié)果。另外，當(dāng)機(jī)器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，如果STOP開關(guān)置"1〞(STOP)，也會(huì)使機(jī)器停機(jī)，或使CLR開關(guān)撥至零也可以使時(shí)序清零。時(shí)序狀態(tài)圖17。由于時(shí)序電路的部線路已經(jīng)連好，所以只需將時(shí)序電路與方波信號(hào)源連接，即將時(shí)序電路的時(shí)鐘脈沖輸入端φ接至方波信號(hào)發(fā)生器輸出端H23，就可產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)TS1--TS4。時(shí)序電路的CLR已接至實(shí)驗(yàn)板左下方的CLR模擬開關(guān)上。2)微程序控制電路與微指令格式(A)微程序控制電路微程序控制器的組成見圖10，其中控制存儲(chǔ)器采用3片2816的E2PROM，具有掉電保護(hù)功能，微命令存放器18位，用兩片8D觸發(fā)器(74273)和一片4D(74175)觸發(fā)器組成。微地址存放器6位，用三片正沿觸發(fā)的雙D觸發(fā)器(7474)組成，它們帶有清"0〞端和預(yù)置端。在不判別測(cè)試的情況下，T2時(shí)刻打入微地址存放器的容即為下一條微指令地址。當(dāng)T4時(shí)刻進(jìn)展測(cè)試判別時(shí)，轉(zhuǎn)移邏輯滿足條件后輸出的負(fù)脈沖通過強(qiáng)置端將某一觸發(fā)器置為"1〞狀態(tài)，完成地址修改。在該實(shí)驗(yàn)電路中設(shè)有一個(gè)編程開關(guān)(位于實(shí)驗(yàn)板右上方)，它具有三種狀態(tài)：PROM(編程)、READ(校驗(yàn))、RUN(運(yùn)行)。當(dāng)處于"編程狀態(tài)〞時(shí)，實(shí)驗(yàn)者可根據(jù)微地址和微指令格式將微指令二進(jìn)制代碼寫入到控制存儲(chǔ)器2816中。當(dāng)處于"校驗(yàn)狀態(tài)〞時(shí)，可以對(duì)寫入控制存儲(chǔ)器中的二進(jìn)制代碼進(jìn)展驗(yàn)證，從而可以判斷寫入的二進(jìn)制代碼是否正確。當(dāng)處于"運(yùn)行狀態(tài)〞時(shí)，只要給出微程序的入口微地址，那么可根據(jù)微程序流程圖自動(dòng)執(zhí)行微程序。圖中微地址存放器輸出端增加了一組三態(tài)門，目的是隔離觸發(fā)器的輸出，增加抗干擾能力，并用來驅(qū)動(dòng)微地址顯示燈。圖10微程序控制器原理圖圖10微程序控制器原理圖(B)微指令格式微指令字長(zhǎng)共24位，其控制位順序如圖11所示。圖11微指令格式圖11微指令格式圖12地址轉(zhuǎn)移邏輯電路其中UA5--UA0為6位的后續(xù)微地址，A，B，C為三個(gè)譯碼字段，分別由三個(gè)控制位譯碼出多個(gè)微命令。C字段中的P(1)--P(4)是四個(gè)測(cè)試字位。其功能是根據(jù)機(jī)器指令及相應(yīng)微代碼進(jìn)展譯碼，使微程序轉(zhuǎn)入相應(yīng)的微地址入口，從而實(shí)現(xiàn)微程序的順序、分支、循環(huán)運(yùn)行，其原理如圖12所示。圖中I7一I2為指令存放器的第7--2位輸出，SE5--SE1為微程序控制器單元微地址鎖存器的強(qiáng)置端輸出。AR為算術(shù)運(yùn)算是否影響進(jìn)位及判零標(biāo)志控制位，其為零有效。B字段中的RS-B，R0-B，RI-B分別為源存放器選通信號(hào)、目的存放器選通信號(hào)及變址存放器選通信號(hào)，其功能是根據(jù)機(jī)器指令來進(jìn)展三個(gè)工作存放器R0，R1及R2的選通譯碼，其原理如圖13所示。圖中，I0--I4為指令存放器的第0—4為，LDRi為打入工作存放器信號(hào)的譯碼器使能控制位。圖12地址轉(zhuǎn)移邏輯電路2:42:4譯碼器2:4譯碼器2:4譯碼器GGGBAAABBLDRiLDR1LDR2LDR0RD-BRS-BR2-BR1-BR0-BRI-BI3I2I0I1Y0Y1Y2Y0Y1Y2Y0Y1Y2圖13存放器選通譯碼電路圖13存放器選通譯碼電路所用儀器、材料TDN-CM++教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一臺(tái)。四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟(a)五條指令的微程序流程圖ADD(a)五條指令的微程序流程圖ADD111001IN1312100201STAOUTSW→R0P(1)PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→IR0403PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR1507PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR16PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→AR26PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→PCJMP140605R0→DR1RAM→BUSBUS-DR0(DR1)+(DR2)→R001R0→BUSBUS→RAM0117RAM→BUSBUS→DR101DR1→LED2501運(yùn)行微程序八進(jìn)制地址圖圖14微程序流程圖KWE23202000KRDRPP(1)1507PC→ARPC+1RAM→BUSBUS→DR116PC→ARPC+1DR1→LED控制臺(tái)213024PC→ARPC+1(SW)→BUSBUS→DR1DR1→RAM(b)控制臺(tái)微程序流程圖八進(jìn)制地址01表3微程序代碼表微地址S3S2S1S0MWEA9A8ABCμA5--μA000000000011000000100010000010000000111101101100000100200000000110000000100100003000000001110000000000100040000000010110000000001010500000001101000100000011006100101011001101000000001070000000011100000000011011000000000000100000000000111000000011110110110000011120000000111101101100001111300000001111011011000111014000000011110110110010110150000001010000010000000011600000000111000000000111117000000001010000000010101200000000111101101100100102100000001111011011001010022000000001010000000010111230000000110000000000000012400000000001000000001100025000001110000101000000001260000000011010001100000012700000111000010100001000030000001101000101000010001〔2〕按圖15連接實(shí)驗(yàn)線路，仔細(xì)查線無誤后，接通電源。W/RUNITW/RUNITT1STATEUNITMICRO_CONTROLLERSWITCHUNIT圖15微程序控制器實(shí)驗(yàn)接線圖T2SIGNALUNITTS1TS2H23uA5—uA0uA5—uA0……(3)觀測(cè)時(shí)