计算机组成原理实验指导.doc

计算机组成原理 实验指导 目 录 运算器实验（验证性 2课时） 存储器部件实验（验证性 2课时） 寄存器部件实验（验证性 2课时） 指令部件模块实验（验证性 4课时） 微程序控制器实验（综合性 4课时） 运算器实验 验证性 2课时 实验目的 　⒈ 掌握简单运算器的数据传输方式。 　⒉ 验证运算功能发生器(74LS181)及进位控制的组合功能。 实验要求 　　完成不带进位及带进位算术运算实验、逻辑运算实验，了解算术逻辑运算单元的运用。 实验原理 　　实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，运算器的2个数据输入端分别由二个锁存器(74LS273)锁存，锁存器的输入亦以8芯扁平线方式与数据总线相连，数据开关(INPUT DEVICE)用来给出参与运算的数据，经一三态门(74LS245)以8芯扁平线方式和数据总线相连，数据显示灯(BUS UNIT)已和数据总线相连，用来显示数据总线内容。 运算器电原理图 　　见实验电路图，T2、T4为时序电路产生的节拍脉冲信号，通过连接时序启停单元时钟信号来获得，剩余均为电平控制信号。进行实验时，首先按动位于本实验装置右中则的红色复位按钮使系统进入初始待令状态，在LED显示器闪动位出现“P.”的状态下，按【增址】命令键使LED显示器自左向右第4位切换到提示符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态，在该状态下按动【单步】命令键，即可获得实验所需的单脉冲信号，而LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B、S3、S2、S1、S0、CN、M各电平控制信号用位于LED显示器上方的26位二进制开关来模拟，均为高电平有效。 实验系统工作状态设定 　　在闪动的“P.”状态下按动【增址】命令键，使LED显示器自左向右第4位显示提示符“L”，表示本装置已进入手动单元实验状态。 在“L”状态下，系统用位于实验系统“二进制开关单元”的26只拨动开关来模拟与微控制器相对应的控制信号。用手动加载正逻辑控制电平（即高电平信号“H”）和按【单步】命令键产生的单周期4拍时序信号T1、T2、T3、T4的方法来实现和完成各单元实验所需的控制信号操作。 二进制开关模拟控制原理图 手动实验提示 （一）初始化操作 　　一旦进入“L”状态，首先应把“ 二进制开关单元”的26只模拟开关拨至下方（即低电平信号“L”），使26只微控制状态指示灯处“暗”，然后按【单步】命令键关闭全部控制信号锁存输出位，用手动方法完成微控制器的初始清零操作。在“L”状态下直接按【复位】按钮亦可完成微控制器的初始清零操作。 （二）控制信号的打入方法 ⑴ 有效状态的特征：本系统提供的是“正逻辑”控制电路，通常情况下把高电平“H”定义为有效状态，以点亮发光二极管为标志。 ⑵ 有效状态的建立：结合实验项目，按实验要求把相关的二进制开关拨向上方，点亮对应的发光二极管。 ⑶ 有效状态的控制：在建立有效状态的基础上，按【单步】命令键单次启动时序节拍信号T1、T2、T3、T4，模型机按时序要求在相关时刻发出控制信号，以手动方式实现相关单元实验。 （三）总线输入/输出约定 ⑴ 输入约定 对于计算机各部件的数据输出必须通过数据总线来完成，为了避免总线冲突与竞争，模型机规定在同一机器周期内只能允许一个部件的数据占用总线。结合手动控制列举如下约定： ① 数据开关送总线：令SW-B=1，CBA=000，CE=0 ② 存储器内容送总线：令CE=1，SW-B=0，CBA=000 ③ 其它部件送总线：令CBA=001~111，SW-B=0，CE=0 ⑵ 输出共享 对于计算机各部件的数据输入可共享总线内容，即在同一机器周期内允许把当前数据同时送2个以上部件单元，结合手动控制举例如下： 例：把数据开关的内容送通用寄存器R0、运算寄存器DR1、地址寄存器AR、指令寄存器IR，令SW-B=1，LDR0=1，LDDR1=1，LDAR=1，LDIR=1，然后按【单步】命令键即可实现总线数据共享。 实验内容 （一）算术运算实验 ⑴ 写操作（置数操作） 拨动二进制数据开关向DR1和DR2寄存器置数，具体操作步骤如下： 注：【单步】键的功能是启动时序电路产生T1～T4四拍单周期脉冲 ⑵ 读操作（运算寄存器内容送总线） 首先关闭数据输入三态控制端(SW-B=0)，存储器控制端CE保持为0，令LDDR1=0、LDDR2=0，然后打开ALU输出三态门(CBA=010)，置M、S0、S1、S2、S3为1 1 1 1 1，再按【单步】键，数据总线单元显示DR1的内容，若把M、S0、S1、S2、S3置为1 0 1 0 1，再按【单步】键，数据总线单元显示DR2的内容。 ⑶ 算术运算