《计算机组成原理与体系结构》--实验指导书-2015.doc

《计算机组成原理A》 实验指导书 计算机科学与技术与学院 计算机科学系 目 录 实验一 运算器 1 实验二 移位器运算 6 实验三 存储器 9 实验四 总线控制 13 实验五 微程序控制器 16 实验一 【实验目的与要求】 1．掌握运算器的组成、功能及工作原理； 2．验证由74LS181组成的16位ALU的功能，进一步验证带初始进位的ALU的功能； 3. 熟悉运算器执行算术运算操作和逻辑运算操作的具体实现过程。 【实验设备和环境】 本实验使用 EL-JY-II型计算机组成原理实验挂箱一组连接线。 【实验内容】 一．实验原理 算术逻辑单元ALU是运算器的核心。集成电路74LS181是4位ALU，四片74LS181以串行方式构成16位运算器。它可以对两个16位二进制数进行多种算术或逻辑运算，74LS181 有高电平和低电平两种工作方式，高电平方式采用原码输入输出，低电平方式采用反码输入输出，这里采用高电平方式。 三态门74LS244作为输出缓冲器由ALU-G信号控制，ALU-G 为“0”时，三态门开通，此时其输出等于其输入；ALU-G 为“1”时，三态门关闭，此时其输出呈高阻。 四片74LS273作为两个16数据暂存器，其控制信号分别为LDR1和LDR2，当LDR1和LDR2 为高电平有效时，在T4脉冲的前沿，总线上的数据被送入暂存器保存。 运算器的结构见图1-1： 图1-1 运算器实验原理 74LS181功能见表1-1，其中符号“＋”表示逻辑“或”运算，符号“*”表示逻辑“与”运算，符号“/”表示逻辑“非”运算，汉字“加”表示算术加运算，汉字“减”表示算术减运算。 表1-1 74LS181功能表 选择 M=1 逻辑操作 M=0 算术操作 S3 S2 S1 S0 Cn=1（无进位） Cn=0（有进位） 0 0 0 0 F=/A F=A F=A加1 0 0 0 1 F=/(A+B) F=A+B0 F=(A+B)加1 0 0 1 0 F=/A*B F=A+/B F=(A+/B)加1 0 0 1 1 F=0 F=－1 F=0 0 1 0 0 F=/(A*B) F=A加A*/B F=A加A*/B加1 0 1 0 1 F=/B F=(A+B)加A*/B F=(A+B) 加A*/B加1 0 1 1 0 F=(/A*B+A*/B) F=A减B减1 F=A减B 0 1 1 1 F=A*/B F=A*/B减1 F=A*/B 1 0 0 0 F=/A+B F=A加A*B F=A加A *B加1 1 0 0 1 F=/(/A*B+A*/B) F=A加B F=A加B加1 1 0 1 0 F=B F=(A+/B)加A*B F=(A+/B)加A*B加1 1 0 1 1 F=A*B F=A*B减1 F=A*B 1 1 0 0 F=1 F=A加A F=A加A 加1 1 1 0 1 F=A+/B F=(A+B)加A F=(A+B)加A加1 1 1 1 0 F=A+B F=(A+/B)加A F=(A+/B)加A加1 1 1 1 1 F=A F=A减1 F=A 74LS181的功能控制条件由S3、S2、S1、S0、 M、Cn决定。高电平方式的74LS181的管脚分配和引出端功能符号见图1-2。 图1-2 74LS181的管脚分配和引出端功能 二．实验步骤 1. 实验连线 按图1-3接线图接线，连线时应注意：为了使连线统一，对于横排座，应使排线插头上的箭头面向自己插在横排座上；对于竖排座，应使排线插头上的箭头面向左边插在竖排座上。 图1－3 运算器实验接线图 2、通过数据输入电路的开关向两个数据暂存器中置数 注意：为了避免总线冲突，首先将控制开关电路的ALU-G和C-G拨到输出高电平“1”状态（所对应的指示灯亮）。本实验中所有控制开关拨动，相应指示灯亮代表高电平“1”，指示灯灭代表低电平“0”。 本实验中ALU-G和C-G不能同时为0，否则造成总线冲突，损坏芯片！故每次实验时应时刻保持只有一路与总线相通。 （1）拨动清零开关CLR，使其指示灯灭。再拨动CLR，使其指示灯亮。置ALU-G＝1，关闭ALU的三态门；再置C-G=0：打开数据输入电路的三态门； （2） 向数据暂存器LT1（U3、U4）中置数 1）设