計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：專(zhuān)業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)號(hào)：精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)題目： 時(shí)標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)置和組合成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解時(shí)標(biāo)系統(tǒng)的作用2、會(huì)設(shè)計(jì)、組裝簡(jiǎn)單的時(shí)標(biāo)發(fā)生器二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參照時(shí)標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，用組合邏輯方法設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的節(jié)拍脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生圖1-6 所示的節(jié)拍脈沖， 并用單脈沖驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。 在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中畫(huà)出完整電路， 寫(xiě)出 W1 、 W0 和 N1 的表達(dá)式。圖 1-6簡(jiǎn)單的節(jié)拍脈沖發(fā)生器一周期的波形設(shè)計(jì)提示：1、由波形圖求出節(jié)拍脈沖W1 和 W0 的表達(dá)式，進(jìn)而組合成N1 的表達(dá)式。2、注意節(jié)拍電平T1 和 T0 的翻轉(zhuǎn)時(shí)刻應(yīng)在M 0 下降沿與M 的

2、上升沿同時(shí)出現(xiàn)的時(shí)刻。3、注意 D 觸發(fā)器的觸發(fā)翻轉(zhuǎn)要求。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和+5V 直流穩(wěn)壓電源2、集成電路由附錄A “集成電路清單”內(nèi)選用四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）時(shí)標(biāo)系統(tǒng)主要由時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、 啟停電路和節(jié)拍脈沖發(fā)生器三部分組成成， 結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。圖 1-1時(shí)標(biāo)系統(tǒng)組成1、時(shí)鐘脈沖發(fā)生器主要由振蕩電路、分頻電路組成， 其作用是產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘脈沖，作為計(jì)算機(jī)中基-2精選文庫(kù)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。如圖1-2 所示。圖 1-2時(shí)鐘脈沖發(fā)生器組成2、啟停電路計(jì)算機(jī)是靠非常嚴(yán)格的節(jié)拍脈沖，按時(shí)間的先后次序一步一步地控制各部件工作的，所以，機(jī)器啟停的標(biāo)志是有無(wú)節(jié)拍

3、脈沖，而控制節(jié)拍脈沖按一定的時(shí)序發(fā)生和停止，不能簡(jiǎn)單地用電源開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1-3 所示。圖 1-3簡(jiǎn)單的啟停電路為了使機(jī)器可靠地工作， 要求啟停電路在機(jī)器啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)， 保證每次從規(guī)定的第一個(gè)脈沖開(kāi)始啟動(dòng)， 到最后一個(gè)脈沖結(jié)束才停機(jī)， 并且必須保證第一個(gè)和最后一個(gè)脈沖的波形完整。如圖 1-4 所示。圖 1-4利用維持阻塞原理的啟停電路3、節(jié)拍脈沖發(fā)生器節(jié)拍脈沖發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一序列的節(jié)拍電平和工作脈沖。節(jié)拍電平是保證計(jì)算機(jī)微-3精選文庫(kù)操作的時(shí)序性， 工作脈沖是各寄存器數(shù)據(jù)的打入脈沖。本課程整機(jī)實(shí)驗(yàn)中一個(gè)周期的節(jié)拍脈沖波形如圖1-5 所示。其中的工作脈沖m1 m8 ，由節(jié)拍電平Q1 Q4

4、與時(shí)鐘脈沖m 按組合邏輯的方法組合得到，表達(dá)見(jiàn)圖1-5 中右側(cè)列表所示。圖 1-5一個(gè)周期的工作脈沖波形五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，輸入脈沖信號(hào)，觀(guān)察燈的亮滅情況，并用單脈沖進(jìn)行檢驗(yàn)。六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序設(shè)計(jì)等）實(shí)驗(yàn)電路如圖：輸入脈沖后，三個(gè)指示燈按規(guī)則亮滅。W1=T 1 M 0 MW2=T0 M0 M-4精選文庫(kù)N1=W1+W2真值表為：ML1（ W1 ）L2 （W2）L3（ N1）0000100000001000000010000101100000001011000010000101100000001000七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)成功的產(chǎn)生了要求的

5、信號(hào)。第一次做計(jì)組實(shí)驗(yàn)，對(duì)器械不熟悉，做起來(lái)耗時(shí)較長(zhǎng)，以后要多加練習(xí)。-5精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（二）實(shí)驗(yàn)題目： 總線(xiàn)傳輸技術(shù)成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解總線(xiàn)的工作原理2、掌握總線(xiàn)的傳送技術(shù)3、熟悉建立總線(xiàn)的器件特性二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、根據(jù)圖 2-2 所示的實(shí)驗(yàn)方案， 如果要通過(guò)“輸出顯示” 觀(guān)察到“ RAM 地址寄存器（ AR ）”中的數(shù)據(jù)，請(qǐng)選用適當(dāng)元器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路邏輯圖，并組裝成電路。2、在設(shè)計(jì)的電路上實(shí)現(xiàn)下列手動(dòng)單功能操作，并寫(xiě)出操作步驟：1）開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù) 輸出顯示；2）開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù) RAM 地址寄存器（ AR ）；3）RAM 地址寄存器（ AR ）輸出顯示；設(shè)計(jì)提示：用不同的開(kāi)關(guān)控

6、制各個(gè)寄存器，并用不同的脈沖對(duì)寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打入。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和5V 直流穩(wěn)壓電源2、 74LS244 、74LS273四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）計(jì)算機(jī)全部工作過(guò)程，可以看成是信息的傳送和加工過(guò)程；信息傳送在機(jī)器內(nèi)部是極為頻繁的，為減少機(jī)器中的信息傳輸線(xiàn)、節(jié)省器件，提高傳送能力及可靠性，采用總線(xiàn)方法是必不可少的， 建立總線(xiàn)的基本原則是互斥性 ：掛總線(xiàn)的各總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器（發(fā)送端）必須具有分時(shí)操作的可能性，不允許在同一總線(xiàn)上同時(shí)有兩個(gè)發(fā)送源發(fā)送信息。 一致性 ：同一總線(xiàn)中所用掛總線(xiàn)的器件類(lèi)型要一致；通常用做總線(xiàn)的器件有兩種：OC 門(mén)和三態(tài)門(mén)，前者負(fù)載能力較小， 只

7、能用于小規(guī)模的傳送應(yīng)用中；而三態(tài)門(mén)是目前應(yīng)用較多的總線(xiàn)傳送器件。在這類(lèi)型件中，最常見(jiàn)的有 74LS244、 74LS245 ，另外如 74LS373 、 INTEL8212 等器件也都可直接與總線(xiàn)相連。下面介紹一種總線(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案，如圖2-1 所示：圖 2-1總線(xiàn)傳送技術(shù)實(shí)驗(yàn)框圖（例）上圖所示為一個(gè)小型總線(xiàn)傳送系統(tǒng)，共有五個(gè)部件在同一總線(xiàn)上，其中A、C為總線(xiàn)的發(fā)送部件， D 、 E 接收部件， B 部件可雙向傳送，既可作發(fā)送端，也可作接受端。因此在同一總線(xiàn)上共掛上三個(gè)傳送源，但在同一時(shí)間只允許傳送一個(gè)發(fā)送端發(fā)送的信息，例如 t0時(shí)可以 A B 、 D 、 E ， t1 時(shí)可傳送從 C D 、 E

8、、 B 。但絕不能在同一時(shí)刻，例如t2 時(shí)，同時(shí)作 A D 、 B E 的信息傳送，也就是說(shuō)建立總線(xiàn)必須遵循互斥性原則。在此本實(shí)驗(yàn)中 A 、 B 、 C 、 D 、 E 均采用三態(tài)傳輸器件。因此上圖的總線(xiàn)設(shè)想可轉(zhuǎn)化為圖2-2所示的實(shí)現(xiàn)方案。從圖中可看出，地址信息及數(shù)據(jù)信息都是通過(guò)同一組數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)經(jīng)三態(tài)傳輸門(mén)掛上總線(xiàn)，-6精選文庫(kù)再發(fā)送相應(yīng)的部件的。要區(qū)分送入總線(xiàn)的信息是地址還是數(shù)據(jù)，可以通過(guò)對(duì)操作時(shí)序的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)， 本實(shí)驗(yàn)由于地址值及內(nèi)容數(shù)據(jù)都是通過(guò)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)人工加載的， 因此區(qū)分總線(xiàn)上的地址和數(shù)據(jù)信息也就是人為地操作總線(xiàn)上的某些芯片，打入或讀出信息。圖 2-2總線(xiàn)傳送技術(shù)實(shí)驗(yàn)方案（例）1、八三態(tài)

9、驅(qū)動(dòng)門(mén)74LS244內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-3 所示，每芯片裝兩組。圖 2-3 74LS244 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)2、八 D 觸發(fā)器 74LS273內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖2-4 所示。圖 2-4 74LS273 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，1、 KBus 置零，從 D3D2D1D0 端輸入要儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，A1 從 0 置 1.，A2 置零。觀(guān)察輸出結(jié)果。2、 A2 置一， KBus 、A1 、 RBus 置零，輸入端輸入數(shù)據(jù)。3、 KBus 置一， RBus 、 A2 置零， A1 從 0 置 1，輸出端輸出數(shù)據(jù)。-7精選文庫(kù)六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序設(shè)計(jì)等）實(shí)驗(yàn)電路如圖

10、：七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)按步驟操作后，輸出與輸入相吻合。-8精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（三）實(shí)驗(yàn)題目： RAM 存貯器成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解半導(dǎo)體靜態(tài)存貯器2、掌握 RAM 存貯器的讀寫(xiě)操作二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成下列設(shè)計(jì)任務(wù)，畫(huà)出電路邏輯設(shè)計(jì)圖，并寫(xiě)出對(duì)存貯器單個(gè)地址的讀、寫(xiě)操作過(guò)程：設(shè)計(jì)一個(gè)容量為2564 bit 的存貯器并完成單個(gè)存貯單元的讀寫(xiě)操作，選5 個(gè)不連續(xù)的存貯單元地址操作。設(shè)計(jì)提示：用一片 74LS273 作為存貯器的地址寄存器，可再用一片同樣的芯片作為存貯器數(shù)據(jù)輸出緩沖器，只用其中的 4 位即可。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和5V 直流穩(wěn)壓電源2、 74LS2

11、44 、M2114 、 74LS273四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）1、 M2114 內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)M2114 由以下幾個(gè)部分組成，如圖3-1 所示：圖 3-1 M2114 SRAM 器件的內(nèi)部邏輯及引腳圖1）存貯體它是一個(gè) 32 行 32 列 4bit 的存貯器陣列，用以寄存信息代碼。2）譯碼器采用 X-Y 矩陣譯碼，因此它分為行譯碼和列譯碼兩部份，分別對(duì)行、列地址進(jìn)行譯碼。（ 3）讀寫(xiě)電路把代碼信號(hào)從存貯體中讀出并放大，使與TTL 相兼容，而寫(xiě)電路把代碼寫(xiě)入存貯體。（ 4）控制器接收讀、寫(xiě)命令，并發(fā)出控制，以接收或發(fā)送其數(shù)據(jù)信息，-9精選文庫(kù)（ 5）三態(tài)輸入輸出緩沖器由控制線(xiàn)控制，以接收

12、或發(fā)送其數(shù)據(jù)信息。2、 M2114 的讀操作：（ 1）把所送單元的地址送到地址輸入端A0 A9 。2）把讀寫(xiě)控制電平 WE 置“ 1”，即 WE 1 。3）置片選控端 CS 0 。（ 4）經(jīng)一定的延遲后，從I O1IO4上獲得所要的數(shù)據(jù)。3、 M2114 的寫(xiě)操作：（ 1）把要寫(xiě)入單元的地址送到地址線(xiàn)A0 A9。2）置WE 0。（ 3）把要存入的數(shù)據(jù)置在數(shù)據(jù)線(xiàn)I O1 I O4 上。（ 4）置片選 CS0 ，則經(jīng)一定延時(shí)后，數(shù)據(jù)就被寫(xiě)入指定的存貯單元中。4、 M2114 器件應(yīng)用舉例（ 1）RAM 的字長(zhǎng)擴(kuò)展一片 M2114 器件的單元數(shù)為1k（ 1024），每個(gè)單元的字長(zhǎng)為4 位，若需要字長(zhǎng)

13、為8 位或 16 位的 SRAM 存貯器， 就要用 2 片或 4 片器件組合而成。這種擴(kuò)展方法只需把兩片或四片器件對(duì)應(yīng)的地址線(xiàn)A0 A9 ， CS 、 WE 等信號(hào)并聯(lián)即可，它們的數(shù)據(jù)線(xiàn)加在一起就可組成一個(gè) 8 位或 16 位的 SRAM 存貯器。同理，可以很方便地把字長(zhǎng)擴(kuò)展到4N 位，其中 N 為M2114 器件數(shù)。圖 3-2 所示為 1k8 位的 SRAM 邏輯圖。（ 2）RAM 的容量擴(kuò)展一片 M2114 的地址線(xiàn)有10根 A0 A9，故其最大容量為101024 即 1k，現(xiàn)若希望 SRAM2的容量為 4k，其構(gòu)成的方法如下：A 、 4k 共需 12 根地址線(xiàn)，即A0 A11124k，共

14、需要4 片 M2114 。，因?yàn)?24096B、由于 M2114 僅有 A0 A9位地址，每片 1k，因此只需把12 位地址中的高二位 A11 A10 經(jīng)一片 2-4 線(xiàn)譯碼器（如74LS139 ）譯成四個(gè)狀態(tài)，分別去控制每一片的CS 端，即可達(dá)到擴(kuò)充 4k 的目的。采用此方法，只需要適當(dāng)配置譯碼電路，就可以把SRAM 存貯器的容量以 1k 為模任意加以擴(kuò)充。-10精選文庫(kù)圖 3-21k8 位的 M2114五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，對(duì)單個(gè)存貯器地址的寫(xiě)操作如下：1、 KBus =1， CS=12、 KBus =03、輸入端D3D2D1D0 輸入地址（ 0H15H ），打入 MAR

15、4、輸入端D3D2D1D0 輸入數(shù)據(jù)5、 W/R=06、 CS=1 0 17、返回 3，寫(xiě)下一個(gè)數(shù)據(jù)讀操作如下：1、 KBus =1， CS=12、 KBus =03、輸入端D3D2D1D0 輸入地址（ 0H15H ），打入 MAR4、 KBus =15、 W/R=16、 CS=1 07、輸出數(shù)據(jù)8、 CS=0 19、返回 2，讀下一數(shù)據(jù)六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序設(shè)計(jì)等）實(shí)驗(yàn)電路如圖：-11精選文庫(kù)真值表為：Adress1Adress2Adress3Adress4Data1Data2Data3Data400011110001011010100101110000111七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)

16、果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)按步驟操作后，輸出與地址相吻合。-12精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（四）實(shí)驗(yàn)題目： 總線(xiàn)半導(dǎo)體靜態(tài)存貯器成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉掛總線(xiàn)的邏輯器件的特性和總線(xiàn)傳送的邏輯實(shí)現(xiàn)方法2、掌握半導(dǎo)體靜態(tài)存貯器的存取方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案框圖，調(diào)用PC 模塊，選用適當(dāng)元器件，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路邏輯圖，并組裝成電路。2、在電路上實(shí)現(xiàn)下列手動(dòng)單功能操作，（控制信息可用電平開(kāi)關(guān)輸出電平）。 B、A KRAMRAM BusB1A設(shè)計(jì)提示：1、利用實(shí)驗(yàn)箱中提供的總線(xiàn)接口搭接總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，各器件再分別掛到總線(xiàn)上。2、用一片74LS273 作為存貯器的地址寄存器。3、PC 模塊可看作一個(gè)透明的元件，用來(lái)

17、產(chǎn)生連續(xù)的存貯器地址，其數(shù)據(jù)置入端和計(jì)數(shù)輸出端已經(jīng)在內(nèi)部掛接到總線(xiàn)上。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和+5V 直流穩(wěn)壓電源2、器件由附錄A “集成電路清單”內(nèi)選用四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）在單總線(xiàn)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中，其地址和數(shù)據(jù)都是通過(guò)同一組數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)及三態(tài)傳輸門(mén)掛上總線(xiàn)，發(fā)送到相應(yīng)計(jì)算器、地址寄存器或存貯器單元。怎樣區(qū)分送入總線(xiàn)的信息是地址還是數(shù)據(jù)，這可通過(guò)控制操作的時(shí)序來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)數(shù)器可選用74LS161 和 74LS244 構(gòu)成可預(yù)置計(jì)數(shù)器，并具有雙向傳送邏輯功能，即可以從總線(xiàn)上接受信息，也可以發(fā)送信息到總線(xiàn)上，而緩沖器及地址寄存器僅是接收總線(xiàn)信息的一個(gè)部件。本實(shí)驗(yàn)的邏輯電路

18、方案如圖4-1 所示：圖 4-1總線(xiàn)半導(dǎo)體存貯器實(shí)驗(yàn)框圖-13Cn = QD gQC gQB gQA ；精選文庫(kù)芯片邏輯圖介紹同步四位計(jì)數(shù)器74LS161 及字長(zhǎng)擴(kuò)展圖 4-2 74LS161 字長(zhǎng)擴(kuò)展圖 4-2 中：D 、C、 B、 A輸入（D 為高位，A為低位）；QD 、 QC 、 QB 、 QA 輸出（QD 為高位， QA 為低位）；PT 使能（置數(shù)或計(jì)數(shù)為高）LD 操作模式（置數(shù)低，計(jì)數(shù)為高）；CK 置數(shù)或計(jì)數(shù)脈沖；C n 動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出CR 清除。五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，1、KB、AKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1Bus =0， LD=0輸入端 D

19、3D2D1D0 輸入地址（ 0H15H ），打入 MARLoadMAR ， LoadPCBus =1， LD=1 2、KRAMKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1KBus =0輸入端 D3D2D1D0 輸入數(shù)據(jù)（ 0H15H ），打入 MARW/R=0 ， CS=1 01KBus =13、 RAM BusKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1-14精選文庫(kù)K PC， MARW/R=0 ， CS=1 0LoadCCS=014、B+1AKBus =1， PCBus=1， CS=1，LD=1LoadPCPCBus =0LoadMARPCBus =1六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記錄

20、（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序設(shè)計(jì)等）實(shí)驗(yàn)電路如圖：真值表為：Adress1Adress2Adress3Adress4Data1Data2Data3Data4000111100010110100111011-15精選文庫(kù)01000111七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)按步驟操作后，輸出與地址相吻合。-16精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（五）實(shí)驗(yàn)題目： 運(yùn)算器成績(jī)：學(xué) 生 姓 名 ： xxx學(xué) 號(hào) ： 20081060058指 導(dǎo) 教 師 ： xxxxxx學(xué)院名稱(chēng)： xxxxxxxxx專(zhuān)業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)年級(jí)： 08 級(jí)實(shí) 驗(yàn) 時(shí) 間 ： xxxxxxx實(shí) 驗(yàn) 室 ： xxxxxx一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉運(yùn)算

21、器部件的基本組成2、了解 74LS181 ALU器件的功能及使用方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、 74LS181 ALU功能檢測(cè)：根據(jù)表 5-2： 74LS181 的 32 種算術(shù)、邏輯功能。（ 1）先設(shè)計(jì)功能檢測(cè)的詳細(xì)控制邏輯電路圖，A 、 B 兩操作數(shù)均為 4 位，分別個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)直接送入。（ 2） S3 S0 、 Cn 、 M 這 6個(gè)控制碼，除了 C n 、 M 可直接用開(kāi)關(guān)控制外，S3 S0可用 4 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的16個(gè)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（ 3）制定一張?jiān)O(shè)計(jì)好A 、 B 兩操作數(shù)的內(nèi)容及運(yùn)算后應(yīng)得結(jié)果，以便實(shí)驗(yàn)時(shí)加以對(duì)照。功能選擇補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸出M1M0 算術(shù)操作S3 S0選擇功能C n1 （無(wú)進(jìn)位）

22、Cn0 （有進(jìn)位）0000FAFAFA 加 10001FABFABF( AB)加10010FABFABF( AB) 加10011F0F減12 的補(bǔ)碼F00100FABFA加 ABFA加 AB加10101FBF(AB)加 ABF( AB)加 AB加10110FABFA減B減1FA 減 B0111FABFAB減1FAB1000FABFA加 ABFA加 AB 加11001FABFA 加 BFA加 B加11010FBF(AB)加 ABF( AB)加AB加11011FABFAB 減1FAB1100F1FA 加 AFA加 A加11101FABF(AB)加 AF( AB)加 A加11110FABF(AB)加

23、 AF( AB) 加 A加11111FAFA 減 1FA設(shè)計(jì)提示：-17精選文庫(kù)1、ALU 是組合邏輯電路，它的 2 個(gè)操作數(shù)分別用 4 個(gè)數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)直接產(chǎn)生，運(yùn)算結(jié)果也直接送輸出顯示。2、 ALU 操作指令中的S3 S0 用 74LS161 順序產(chǎn)生，Cn 和 M 用開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)臺(tái)和5V 直流穩(wěn)壓電源2、 74LS181 、74LS161四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）運(yùn)算器是 CPU 的一個(gè)主要部件，它通常由算術(shù)單元（ALU ）和一些寄存器組成， ALU單元對(duì)操作數(shù)進(jìn)行各種運(yùn)算（加、減、乘、除）和邏輯運(yùn)算。在ALU 單元中，其核心部分是一個(gè)二進(jìn)制加法器

24、，一般它由N 位全加器組成，為了提高運(yùn)算速度，通常在級(jí)間都采用超前進(jìn)位邏輯， 若在此基礎(chǔ)上， 再增加一些控制線(xiàn)及控制邏輯，就能大大擴(kuò)展各種邏輯功能而成一個(gè)功能發(fā)生器。目前具有代表性的此類(lèi)ALU 器件有 74LS181 、 74LS881 等。74LS181 器件可對(duì)兩個(gè) 4 位字進(jìn)行 16種二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算的16 種邏輯運(yùn)算，即具有 32種函數(shù)功能。由四個(gè)功能選擇端S3 、 S2 、 S1 、 S0 及一個(gè)模式控制端M 來(lái)選擇這32 種功能操作， 其中 M 狀態(tài)的 0、1，用來(lái)區(qū)分是算術(shù)運(yùn)算還是邏輯運(yùn)算。74LS181 有兩種邏輯表示，即正邏輯與負(fù)邏輯， 對(duì)這兩種邏輯表示的輸入輸出信息的有效電平

25、有不同的要求，在正邏輯操作時(shí)是高電平有效，而在負(fù)邏輯操作時(shí)是低電平有效，其外形圖如下圖5-1 所示：圖 5-1 74LS181 芯片圖器件共有 24 個(gè)引腳，分別說(shuō)明如下：表 5-1：引腳號(hào)記憶符號(hào)功能說(shuō)明1B0操作數(shù) B 的 0 位輸入端2A0操作數(shù) A 的 0 位輸入端36S3 S016 種操作功能控制編碼輸入端7Cn低位進(jìn)位輸入8M算術(shù) /邏輯運(yùn)算模式控制911F0 F2運(yùn)算結(jié)果的低三位數(shù)12GND地13F3運(yùn)算結(jié)果的第 4 位數(shù)14AB用于比較 A 、 B 兩數(shù)（ OC 輸出）15P小組進(jìn)位傳遞信號(hào)16Cn4高位進(jìn)位輸出17G小組進(jìn)位生成輸出18-23B3 B1；A3 A1操作數(shù) A和

26、 B 的第 31位數(shù)24VCC+5V 電源-18精選文庫(kù)五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，在輸入端輸入 A、 B 的二進(jìn)制值，計(jì)數(shù)器先置零，分別對(duì) M=1 ； M=0 、 Cn=1 ； M=0 、 Cn=0 三種情況，從 0000 開(kāi)始計(jì)數(shù)指導(dǎo) 1111，記錄輸出結(jié)果。六、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容記錄（數(shù)據(jù)、圖表、波形、程序設(shè)計(jì)等）實(shí)驗(yàn)電路如圖：真值表為：A=0111B=0010S3S2S1S0M=1M=0M=0Cn=1Cn=00000100001111000000110000111100000100000111100000011000011110000010011011100110101011101

27、110011010110010101000101011101010100010110001010100110101001101010011010101000100001001010110010000100101100111111101111110111111110111111100111011001111111011101100111七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)按步驟操作后，輸出與理論結(jié)果相吻合。-19精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（六）實(shí)驗(yàn)題目： 運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉 74LS181 函數(shù)功能發(fā)生器的功能，提高器件在系統(tǒng)中應(yīng)用的能力2、熟悉運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路3、完成幾種算邏

28、運(yùn)算操作，加深對(duì)運(yùn)算器工作原理的理解二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按圖 6-1 所示參考框圖自行設(shè)計(jì)一個(gè)能完成表6-1 所列補(bǔ)碼運(yùn)算指令的運(yùn)算器（為簡(jiǎn)單化電路，進(jìn)位和結(jié)果觸發(fā)器可以不設(shè)置） 。選擇適當(dāng)元件，畫(huà)出詳細(xì)實(shí)驗(yàn)電路邏輯圖（包括對(duì)開(kāi)關(guān)的定義） ，并組裝成電路。表 6-1：指 令助 記 符代 碼加ADD1001減SUB0110加 1INR0000減 1DCR1111邏輯與ANA1011取反CMA0101左移SHL1100功能(SA)(SB )SA(SA)(SB )SA(SA)1SA(SA)1SA(SA) ?(SB)SA(SB )取反SA(SA )左移SA在電路上進(jìn)行表6-1 中指令的手動(dòng)單指令操作（操作數(shù)、

29、指令碼由數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)輸入）。設(shè)計(jì)提示：1、運(yùn)算器的輸入緩存器 SA 、 SB 分別用一片 74LS161 來(lái)實(shí)現(xiàn)，但只用到 74LS161 的置數(shù)功能，禁止其計(jì)數(shù)功能。2、用一片74LS273 作為運(yùn)算器操作指令寄存器，只用到6 位。3、用一片74LS244 控制運(yùn)算器的運(yùn)算結(jié)果能否送總線(xiàn)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)和 +5V 直流穩(wěn)壓電源各一臺(tái)。2、器件由附錄A “集成電路清單”內(nèi)選用。四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）1、四位函數(shù)功能發(fā)生器（ALU ）74LS181 的功能74LS181 通過(guò)“控制參數(shù)”S3 S0 和“模式控制”M ，可對(duì)兩個(gè)輸入操作數(shù)完成32種算、邏運(yùn)算，并可以工作于正邏

30、輯輸入輸出或負(fù)邏輯輸入輸出方式（本實(shí)驗(yàn)為正邏輯方式）?？刂贫?M 0 時(shí)，屬算術(shù)運(yùn)算； M 1 時(shí)，屬邏輯運(yùn)算。進(jìn)位采用補(bǔ)碼形式輸入輸出，電路亦可進(jìn)行數(shù)的比較運(yùn)算。其操作功能可查閱實(shí)驗(yàn)五中的功能表。2、數(shù)據(jù)傳送通路實(shí)驗(yàn)電路方案運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算的重要部件，它的核心是ALU 函數(shù)功能發(fā)生器，其次還要有存放操作數(shù)和運(yùn)算中間結(jié)果的寄存器、移位門(mén)、 傳送數(shù)據(jù)的總線(xiàn)等部件，在不同的控制信號(hào)下，運(yùn)算器完成不同的運(yùn)算功能。如圖6-1 所示。-20精選文庫(kù)圖 6-1運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路框圖在圖 6-1 中， SA 、 SB 為存放兩個(gè)現(xiàn)行操作數(shù)的緩沖寄存器。其中SA 兼作存放中間結(jié)果的累加器， 并給予顯示

31、。 它們僅接收來(lái)自總線(xiàn)的數(shù)據(jù)信息，送入 ALU 進(jìn)行算、 邏運(yùn)算。 ALU輸出經(jīng)移位門(mén)， 將運(yùn)算結(jié)果送入總線(xiàn)。移位門(mén)掛總線(xiàn)是發(fā)送源，需用三態(tài)門(mén)作隔離器，可采用 74LS244 兼作移位門(mén)和隔離器。實(shí)驗(yàn)中，為減少模擬開(kāi)關(guān)占用量，可在總線(xiàn)上掛一個(gè)指令寄存器，存放ALU 的控制信息 S3 S0 、 M 、 Cn 。五、實(shí)驗(yàn)步驟按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)并連接電路，1、送指令到IR ：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端輸入指令代碼， D3D2 開(kāi)關(guān)置相應(yīng)功能對(duì)應(yīng)的狀態(tài)；按下 A1。2、送初始A 數(shù)據(jù)：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端輸入 A 數(shù)；按下 A2。3、送

32、B 數(shù)據(jù)：K0 、 K2 置一， K1 置零；D7D6D5D4 端輸入 B 數(shù)；按下 A3。4、輸出結(jié)果存到A 中：K0 、 K1 置一， K2 置零；按下 A2。七、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)電路圖-21精選文庫(kù)真值表指 令助代功 能CnMABF記碼符加ADD1001(SA) (SB)SA10001000010011減SUB0110(SA) (SB)SA00001100010010加 1INR0000(SA )1SA00001000010011減 1DCR1111(SA )1SA10001100010010邏輯與ANA1011(SA )?(SB )SA1001000010000取反CMA0

33、101(SB ) 取反SA1000000011110左移SHL1100(SA ) 左移SA10111000011100八、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄、實(shí)驗(yàn)小結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相同-22精選文庫(kù)計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)（七）實(shí)驗(yàn)題目： 手動(dòng)及自動(dòng)運(yùn)算器成績(jī)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、進(jìn)一步熟悉運(yùn)算器的數(shù)據(jù)傳送通路2、用手動(dòng)及自動(dòng)方式分別完成幾種算邏運(yùn)算操作，加深對(duì)運(yùn)算器工作原理的理解二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、直接調(diào)用 IR 和 ALU 模塊，設(shè)計(jì)能完成實(shí)驗(yàn)六中表6-1 所列運(yùn)算的手動(dòng)運(yùn)算器（為簡(jiǎn)單化電路，進(jìn)位和結(jié)果觸發(fā)器可以暫不設(shè)置）。畫(huà)出詳細(xì)實(shí)驗(yàn)電路邏輯圖（包括對(duì)開(kāi)關(guān)的定義），并組裝成電路。在電路上進(jìn)行表6-1八種指令的手動(dòng)單指令

34、操作（操作數(shù)、指令碼由數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)輸入） 。設(shè)計(jì)提示： 指令寄存器模塊 IR 和 ALU模塊所需的控制信號(hào)已經(jīng)列出并印在實(shí)驗(yàn)箱操作面板上，請(qǐng)從中選用需要的控制信號(hào)。2、在第 1 中手動(dòng)運(yùn)算器的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)箱提供的m1 m4 來(lái)定序（實(shí)驗(yàn)臺(tái)左下方固定印刷電路輸出） ，設(shè)計(jì)并組裝自動(dòng)控制電路，分別進(jìn)行加減法指令的自動(dòng)單次操作。設(shè)計(jì)提示： 根據(jù)手動(dòng)操作的步驟，合理利用m1 m4 ，產(chǎn)生取代手動(dòng)操作中的控制電平和打入脈沖的控制信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)儀器及器材1、實(shí)驗(yàn)臺(tái)和 +5V 直流穩(wěn)壓電源各一臺(tái)2、器件由附錄A “集成電路清單”內(nèi)選用四、實(shí)驗(yàn)電路原理（實(shí)驗(yàn)電路原理圖）參考實(shí)驗(yàn)六中的運(yùn)算器數(shù)據(jù)通路圖 6-1，直接調(diào)用實(shí)驗(yàn)箱中的 ALU 模塊和 IR 模塊，并用實(shí)驗(yàn)箱提供的工作脈沖，實(shí)驗(yàn)手動(dòng)方式和自動(dòng)方式的運(yùn)算器。在計(jì)算機(jī)運(yùn)算過(guò)程中，經(jīng)常要根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和進(jìn)位輸出來(lái)決定程序的流程，可從ALU的 AB 的 C