計算機組成原理實驗：實驗一運算器組成實驗

1、2021-11-231計算機組成原理實驗2021-11-232實驗一實驗一 運算器組成實驗運算器組成實驗一、實驗?zāi)康?熟悉雙端口通用寄存器堆的讀寫操作。2熟悉簡單運算器的數(shù)據(jù)傳送通路。3驗證運算器74LS181的算術(shù)邏輯功能。4按給定數(shù)據(jù)，完成指定的算術(shù)、邏輯運算。 2021-11-233二、實驗電路A L U - B U S #D B U S 7D B U S 0C n #C三 態(tài) 門 （ 2 4 4 ）三 態(tài) 門 （ 2 4 4 ）A L U （ 1 8 1 ）A L U （ 1 8 1 ）S 3S 2S 1S 0MA 7 A 6 A 5 A 4F 7 F 6 F 5 F 4F 3 F 2

2、 F 1 F 0B 3 B 2 B 1 B 0C n + 4C nC nC n + 4L D D R 2T 2T 2L D D R 1L D R iT 3S W - B U S #D R 1 （ 2 7 3 ）D R 2 （ 2 7 3 ）雙 端 口 通 用 寄 存 器 堆 R F（ i s p L S I 1 0 1 6 ）R D 1R D 0R S 1R S 0W R 1W R 0數(shù) 據(jù) 開 關(guān) ( S W 7 - S W 0 )數(shù) 據(jù) 顯 示 燈A 3 A 2 A 1 A 0B 7 B 6 B 5 B 4圖 3 . 1 運 算 器 實 驗 電 路L D R iT 3AB三態(tài)門RS-BUS

3、#0有效，三態(tài)門開允許B端數(shù)據(jù)送DBUS1，正邏輯0，算術(shù)運算1，邏輯運算寫寄存器選擇WR1 WR0 （00，01，10，11分別對應(yīng)R0,R1,R2,R3)1有效，寫操作允許0有效，三態(tài)門開0有效，三態(tài)門開2021-11-234基礎(chǔ)知識 RF(U54)由一個ispLSI1016實現(xiàn)，功能上相當(dāng)于四個8位通用寄存器，用于保存參與運算的數(shù)據(jù)，運算后的結(jié)果也要送到RF中保存。 雙端口寄存器堆模塊的控制信號中 RS1、RS0用于選擇從B端口（右端口）讀出的通用寄存器 RD1、RD0用于選擇從A端口（左端口）讀出的通用寄存器 WR1、WR0用于選擇寫入的通用寄存器。 LDRi是寫入控制信號，當(dāng)LDRi

4、1時，數(shù)據(jù)總線DBUS上的數(shù)據(jù)在T3寫入由WR1、WR0指定的通用寄存器。 RF的A、B端口分別與操作數(shù)暫存器DR1、DR2相連；另外，RF的B端口通過一個三態(tài)門連接到數(shù)據(jù)總線DBUS上，因而RF中的數(shù)據(jù)可以直接通過B端口送到DBUS上。 2021-11-235基礎(chǔ)知識 DR1(U47)和DR2(U48)各由1片74LS273構(gòu)成，用于暫存參與運算的數(shù)據(jù)。 DR1接ALU的A輸入端口 DR2接ALU的B輸入端口。 ALU(U55、U60)由兩片74LS181構(gòu)成，ALU的輸出通過一個三態(tài)門（74LS244）發(fā)送到數(shù)據(jù)總線DBUS上。 2021-11-236基礎(chǔ)知識2021-11-237基礎(chǔ)知識

5、 實驗臺上的八個發(fā)光二極管DBUS7-DBUS0顯示燈接在DBUS上，可以顯示輸入數(shù)據(jù)或運算結(jié)果。另有一個指示燈C顯示運算器進位標(biāo)志信號狀態(tài)。 實驗中進行單拍操作，每次只產(chǎn)生一組T1、T2、T3、T4時序脈沖，需將實驗臺上的DP、DB開關(guān)進行正確設(shè)置。將DP開關(guān)置1，DB開關(guān)置0，每按一次QD按鈕，則順序產(chǎn)生T1、T2、T3、T4一組單脈沖。 2021-11-238三、實驗設(shè)備TEC-5計算機組成實驗系統(tǒng)1臺邏輯測試筆一支（在TEC-5實驗臺上）雙蹤示波器一臺（公用）萬用表一只（公用） 2021-11-239四、實驗任務(wù)1、按圖3.1所示，將運算器模塊與實驗臺操作板上的線路進行連接。2、用開關(guān)

6、SW7SW0向通用寄存器堆RF內(nèi)的R0R3寄存器置數(shù)。然后讀出R0R3的內(nèi)容，在數(shù)據(jù)總線DBUS上顯示出來。3、驗證ALU的正邏輯算術(shù)、邏輯運算功能。令DR1=55H，DR2=0AAH，Cn#=1。在M=0和M=1兩種情況下，令S3S0的值從0000B變到1111B，列表表示出實驗結(jié)果。實驗結(jié)果包含進位C，進位C由指示燈顯示。注意：進位C是運算器ALU最高位進位Cn+4#的反，即有進位為1，無進位為0。 2021-11-2310五、實驗要求 做好實驗預(yù)習(xí)，掌握運算器的數(shù)據(jù)傳輸通路及其功能特性，并熟悉本實驗中所用的模擬開關(guān)的作用和使用方法。 寫出實驗報告，內(nèi)容是： 實驗?zāi)康摹?按實驗任務(wù)2的要求

7、，列表表示出實驗結(jié)果。 按實驗任務(wù)3的要求，在表中填寫各控制信號模擬開關(guān)值，以及運算結(jié)果值。2021-11-2311任務(wù)2提示 寫入R0、R1、R2、R3lWR1 WR0（00，01，10，11） 選擇4個寄存器lSW_BUS#=0，RS_BUS#=1， LDRi=1，lSW7SW0輸入數(shù)據(jù)，并在DBUS上將觀察到在DBUS總線上顯示R0、R1、R2、R3的值lRS1 RS0 選擇4個寄存器lSW_BUS#=1，RS_BUS#=0， LDRi=0，l讀出4個寄存器數(shù)據(jù)，并在DBUS上將觀察到2021-11-2312任務(wù)3提示1置DP=1，DB=0，編程開關(guān)撥到正常位置。接線圖如下： 數(shù)據(jù)通路的

8、信號Cn#接VCC。2. 打開電源2021-11-2313任務(wù)3提示（ctd）向R0寫入55H，向R1寫入0AAH。同任務(wù)2將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。lRD0=0，RD1=0，lRS1=0，RS0=1， lLDRi=0，(LDDR1和LDDR2)=1。l按QD按鈕，將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。這時DR1=55H，DR2=0AAH。M=H(1)時進行邏輯運算。l LDRi=1，(LDR1和LDR2)=0， M=1，ALU_BUS#=0，SW_BUS#=1。l S3=0，S2=0，S1=0，S0=0 邏輯運算，在數(shù)據(jù)總線DBUS上觀察到邏輯運算結(jié)果0AAH。按QD按鈕，觀察到進位

9、C為0。l 其他開關(guān)設(shè)置都不變，只改變S0、S1、S2、S3的設(shè)置，觀察其他15種邏輯運算結(jié)果，并按QD按鈕，觀察進位C。M=L(0)時進行算術(shù)運算。l LDRi=1，(LDR1和LDR2)=1， ALU_BUS#=0，SW_BUS#=1 l S3=0，S2=0，S1=0，S0=0 算術(shù)運算，在數(shù)據(jù)總線DBUS上觀察到算術(shù)運算結(jié)果。按QD按鈕，觀察到進位C為0。l其他開關(guān)設(shè)置都不變，只改變S0、S1、S2、S3的設(shè)置，觀察其他15種算術(shù)運算結(jié)果，并按QD按鈕，觀察進位C。2021-11-2314六、實驗步驟和實驗結(jié)果（1）實驗任務(wù)2 的實驗步驟和結(jié)果如下：（假定令R0=34H，R1=21H，R

10、2=52H，R3=65H）置DP=1，DB=0，編程開關(guān)撥到正常位置。 接線表如下：打開電源 以下4條是將34H、21H、52H、65H分別寫入R0、R1、R2、R31.置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7SW0=34H。在DBUS上將觀察到DBUS=34H。按QD按鈕，將34H寫入R0。2.置K0(WR0)=1，K1(WR1)=0，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7SW0=21H。在DBUS上將觀察到DBUS=21H。按QD按鈕，將21H寫入R1。3

11、.置K0(WR0)=0，K1(WR1)=1，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7SW0=52H。在DBUS上將觀察到DBUS=52H。按QD按鈕，將52H寫入R2。4.置K0(WR0)=1，K1(WR1)=1，K4(SW_BUS#)=0，K5(RS_BUS#)=1， K6(LDRi)=1，SW7SW0=65H。在DBUS上將觀察到DBUS=65H。按QD按鈕，將65H寫入R3。以下4條是在DBUS總線上顯示R0、R1、R2、R3的值1.置K2(RS0)=0，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LD

12、Ri)=0，在DBUS上將觀察到DBUS=34H。2.置K2(RS0)=1，K3(RS1)=0，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上將觀察到DBUS=21H。3.置K2(RS0)=0，K3(RS1)=1，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上將觀察到DBUS=52H。4.置K2(RS0)=1，K3(RS1)=1，K4(SW_BUS#)=1，K5(RS_BUS#)=0， K6(LDRi)=0，在DBUS上將觀察到DBUS=65H。 2021-11-2315六、實驗步驟和實驗結(jié)果（ctd）

13、（2）實驗任務(wù)3的實驗步驟和實驗結(jié)果如下：1置DP=1，DB=0，編程開關(guān)撥到正常位置。接線圖如下： 數(shù)據(jù)通路的信號Cn#接VCC。2. 打開電源2021-11-2316六、實驗步驟和實驗結(jié)果（ctd） 以下2條是向R0寫入55H，向R1寫入0AAH。3. 置K0(WR0)=0，K1(WR1)=0，K6(LDRi)=1， K13(ALU_BUS#)=1，K14(SW_BUS#)=0。置SW7-SW0為55H，按QD按鈕，將55H寫入R0。4. 置K0(WR0)=1，K1(WR1)=0，K6(LDRi)=1， K13(ALU_BUS#)=1，K14(SW_BUS#)=0。置SW7-SW0為0AA

14、H，按QD按鈕，將0AAH寫入R1。 以下1條是將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。5. 置K2(RD0)=0，K3(RD1)=0，K4(RS0)=1，K5(RS1)=0，K6(LDRi)=0，K7(LDDR1和LDDR2)=1。按QD按鈕，將R0寫入DR1，將R1寫入DR2。這時DR1=55H，DR2=0AAH。 以下2條是M=H時進行邏輯運算。6. 置K6(LDRi)=1，K7(LDR1和LDR2)=0，K8(S0)=0，K9(S1)=0，K10(S2)=0，K11(S3)=0，K12(M)=1，K13(ALU_BUS#)=0，K14(SW_BUS#)=1。在數(shù)據(jù)總線DBUS上觀察到邏輯運算結(jié)果0AAH。按QD按鈕，觀察到進位C為0。7. 其他開關(guān)設(shè)置都不變，只改變K8(S0)、K9(S1)、K10(S2)、K11(S3)的設(shè)置，觀察其他15種邏輯運算結(jié)果，并按QD按鈕，觀察進位C。 以下2條是M=L時進行算術(shù)運算。8. 置K6(LDRi)=1，K7(LDR1和LD