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计算机组成原理实验指导书主编：杨伟丰•实验一算术逻辑运算实验•一、实验目的•1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。•2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。•二、实验内容•运用算术逻辑运算器进行算术运算和逻辑运算。•三、实验仪器•1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台•2、排线若干•四、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。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关（INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。数据显示灯已和数据总线（“DATABUS”）相连，用来显示数据总线内容。图1-l运算器数据通路图•图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。其中除T4为脉冲信号，其它均为电平控制信号。实验电路中的控制时序信号均已内部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接,其中ALU_G、SW_G为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。按动微动开关PULSE，即可获得实验所需的单脉冲。•五、实验步骤•l、按图1-2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）SWITCHLDDR1LDDR2S3S2S1S0MCNSW_GS3S2S1S0MCNLDDR1LDDR2SW_GALU_GALU_GSIGNALT4+PSALUINPUTD0...D7JD1接到DATABUS图1-2算术逻辑运算实验接线图•2、用INPUTUNIT的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置数，数据开关的内容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）为例，具体操作步骤如下：•首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3S2S1S0MCN=111111，并将CONTROLUNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。LDDR1=0LDDR2=1T4=数据开关（11000001）寄存器DR1（11000001）数据开关（01000011）三态门寄存器DR2（01000011）LDDR1=1LDDR2=0T4=SW_G=0打开•上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROLUNIT的触动开关PULSE来产生的。•置数完成以后，检验DR1和DR2中存的数是否正确，具体操作为：关闭数据输入三态门（SW_G=1），打开ALU输出三态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线。当设置S3、S2、S1、S0、M、CN的状态为111111时，DATABUS单元的指示灯显示DR1中的数；而设置成101011时，DATABUS单元的指示灯显示DR2中的数，然后将指示灯的显示值与输入的数据进行对比。•3、验证74LS181的算术运算和逻辑运算功能（采用正逻辑）•74LS181的功能见表1-1，可以通过改变S3S2S1S0MCN的组合来实现不同的功能，表中“A”和“B”分别表示参与运算的两个数，“+”表示逻辑或，“加”表示算术求和。通过前面的操作，我们已经向寄存器DR1写入C1H，DR2写入43H，即A=C1H，B=43H。然后改变运算器的控制电平S3S2S1S0MCN的组合，观察运算器的输出，填入表1-2中，并和理论值进行比较、验证74LS181的功能。六、实验报告1、在显示结果后将指示灯显示的值与输入的数据进行比较；2、完成表1－2，比较理论分析值与实验结果值,并对结果进行分析。七、实验思考题1、运算器的功能是什么？核心部分是什么？•实验二进位控制实验•一、实验目的•验证带进位控制的算术运算功能发生器的功能。•二、实验内容•按给定的数据完成几种指定的算术运算。•三、实验仪器•1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台•2、排线若干•四、实验原理•进位控制运算器的实验原理如图1-3所示，在实验1.1的基础上增加进位控制部分，其中74LS181的进位进入一个锁存器，其写入是由T4和AR信号控制，T4是脉冲信号，实验时将T4连至“SIGNALUNIT”的TS4上。AR是电平控制信号（低电平有效），可用于实现带进位控制实验，而T4脉冲是将本次运算的进位结果锁存到进位锁存器中。T1图l-3进位控制实验原理图五、实验步骤1、按图1-4连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）。ALUSWITCHLDDR1LDDR2S3S2S1S0MCNSW_GINPUTS3S2S1S0MCNLDDR1LDDR2SW_GALU_GALU_GARARSIGNALD0...D7JD1接到DATABUST4TS4T1TS1图1-4进位控制实验接线图•2、进位标志清零。具体操作方法如下：•实验板中“SWITCH”单元中的CLR开关为标志位CY、ZI的清零开关，它为0时（开关向上为1，向下为0）是清零状态，所以将此开关做l→0→1操作，即可使标志位CY、ZI清零（清零后CY、ZI指示灯亮）。•3、用INPUTUNIT的二进制数据开关向DR1存入11000001，向DR2存入01000011。具体操作步骤如下：•首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，AR=1，SW_G=1，S3S2S1S0MCN=111111，并将CONTROLUNIT的开关SP05打在“NORM”状态，SP06打在“RUN”状态，SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN”状态。然后按下图所示步骤进行。LDDR1=0LDDR2=1T4=数据开关（11000001）寄存器DR1（11000001）数据开关（01000011）三态门寄存器DR2（01000011）LDDR1=1LDDR2=0T4=SW_G=0打开上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行,其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROLUNIT的触动开关START来产生的。4、验证带进位运算及进位锁存功能。进行带进位算术运算：前面的操作已经向DR1、DR2置数，然后关闭数据输入三态门（SW_G=1）并使LDDR2=0，打开ALU输出三态门（ALU_G=0），使ALU单元的输出结果进入总线，当S3S2S1S0MCN的状态为100101时，DATABUS指示灯显示的数据为DR1加DR2加当前进位标志得到的结果。这个结果是否产生进位，则要使AR=0，然后按动触动开关START，若进位标志灯CY仍然亮，表示无进位；若进位标志灯CY灭，表示有进位。在本例中DR1为11000001，DR2为01000011，结果为00000100；当AR=0时，按动开关START，CY灭，表示有进位。•六、实验报告•记录实验数据，总结收获。••七、实验思考题•1、74LS181能提高运算速度的原因是什么？•2、在定点二进制运算器中，减法运算一般通过什么方式实现？••实验三移位运算实验•一、实验目的•验证移位控制的功能。•二、实验内容•使用一片74LS299来实现移位控制。•三、实验仪器•1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台•2、排线若干•四、实验原理•移位运算实验中使用了一片74LS299作为移位发生器，其八位输入/输出端以排针方式和总线单元连接。299_G信号控制其使能端，T4时序为其时钟脉冲，由S1S0M控制信号控制其功能状态，列表如下：299_GS1S0M功能000任意保持0100循环右移0101带进位循环右移0010循环左移0011带进位循环左移任意11任意装数表1-374LS299功能表五、实验步骤1、按图1-5连接实验线路，仔细检查无误后接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方，接总线和控制信号时要注意高低位一一对应，可用彩排线的颜色来进行区分）。ALUSWITCHSW_GINPUTSW_G299_G299_GSIGNALT4TS4D0...D7JD2接到DATABUSS3S2S1S0MCNS3S2S1S0MCN图1-5移位运算实验接线图2、按照如下步骤用INPUTUNIT的二进制数据开关把数据写入74LS299：首先使各个控制电平的初始状态为：299_G=1，SW_G=1，S1S0M=111，CLR=l→0→1，并将控制台单元的开关SP05打在“NORM”状态，SP06打在“RUN”状态,SP03打在“STEP”状态，SP04打在“RUN”状态。然后按下图所示步骤进行。数据开关（）00000011打开三态门置数(00000011)关闭三态门SW_G=0S0=1S1=1T4=SW_G=1•上面方括号中的控制电平变化要按照从上到下的顺序来进行，其中T4的正脉冲是通过按动一次CONTROLUNIT的触动开关START来产生的。•3、参照前面的表格1-3，改变S0S1M299_G的状态，按动触动开关START，观察移位结果。••六、实验报告•对照表1－3，列表记录移位结果。••七、实验思考题•1、本实验用到的移位发生器是什么？其功能表是什么？•实验四存储器实验••一、实验目的•1、掌握静态随机存储器RAM工作特性；•2、掌握静态随机存储器RAM的数据读写方法。••二、实验内容•运用静态随机存储器RAM进行单步读、写和连续写数据。••三、实验仪器•1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台•2、排线若干••四、实验原理•实验所用的半导体静态存储器电路原理如图1-6所示，实验中的静态存储器由一片6116（2Kx8）构成，其数据线接至数据总线，地址由地址锁存器（74LS273）给出。地址灯LI01—LI08与地址总线相连，显示地址内容。INPUT单元的数据开关经一三态门（74LS245）连至数据总线，分时给出地址和数据。61161CE1W/RD0D7123T3LDARLI01LI0874LS273D7D0DATABUSA7A0A8A9A10/OE/WECSCLRA7A0D7D0(AR)17ADDRESSLEDCLKCLRMEMORY图1-6存储器实验原理图•地址总线为8位，接入6116的地址A7—A0，将6116的高三位A8－A10接地，所以其实际容量为256字节。6116有三个控制线：CE（片选线）、OE（读线）、/WE（写线）。本实验中将OE常接地，在此情况，当CE=0、WE=0时进行写操作，CE=0、WE=1时进行读操作，其写时间与T3脉冲宽度一致。•实验时，将T3脉冲接至实验板上时序电路模块的TS3相应插针中，其它电平控制信号由“SWITCH”单元的二进制开关给出，其中SW_G为低电平有效，LDAR为高电平有效。••五、实验步骤•1、形成时钟脉冲信号T3，具体接线方法和操作步骤如下：•（1）将SIGNALUNIT中的CLOCK和CK，TS3和T3用排线相连。•（2）将SIGNALUNIT中的两个二进制开关“SP03”设置为“RUN”状态、“SP04”设置为“RUN”状态（当“SP03”开关设置为“RUN”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3的输出为连续的方波信号。当“SP03”开关设置为“STEP”状态、“SP04”开关设置为“RUN”状态时，每按动一次触动开关START，则T3输出一个单脉冲，其脉冲宽度与连续方式相同。）•2、按图1-7连接实验