組成原理試驗指導書

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試驗一運算器試驗

一、試驗目的：

1．把握運算器的組成及工作原理；

2．了解4位函數(shù)發(fā)生器74LS181的組合功能，熟悉運算器執(zhí)行算術操作和規(guī)律操作的具體實現(xiàn)過程；

3．驗證帶進位控制的74LS181的功能。二、試驗設備：

EL-JY-II型計算機組成原理試驗系統(tǒng)一套，排線若干。三、預習要求：

１復習本次試驗所用的各種數(shù)字集成電路的性能及工作原理；２預習試驗步驟，了解試驗中要求的注意之處。四、試驗原理：

運算器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1示。

圖1-1運算器的結(jié)構(gòu)框圖

算術規(guī)律單元ALU是運算器的核心。此處由四片74LS181（U7、U8、U9、U10）以并／串形式構(gòu)成16位運算器。它可以對兩個16位二進制數(shù)進行多種算術或規(guī)律運算，74LS181有高電平和低電平兩種工作方式，高電平方式采用原碼輸入輸出，低電平方式采用反碼輸入輸出，這里采用高電平方式。算術規(guī)律單元ALU是74LS181的功能控制條件由S3、S2、S1、S0、M、Cn決定。高電平方式的74LS181的功能、管腳分派和引出端功能符號詳見表1-1、圖1-2和表1-2。

四片74LS273（U3、U4、U5、U6）構(gòu)成兩個16位數(shù)據(jù)暫存器，其控制信號分別為LDR1和LDR2，當LDR1和LDR2為高電平有效時，在T4脈沖的前沿，總線上的數(shù)據(jù)被送入暫存器保存。74LS273的管腳分派和引出端功能符號詳見圖1-3

兩個三態(tài)門74LS244（U11、U12）作為運算器的輸出緩沖器由ALU-G信號控制，ALU-G為“0〞時，三態(tài)門開通，此時其輸出等于其輸入；ALU-G為“1〞時，三態(tài)門關閉，此時其輸出呈高阻。其管腳分派和引出端功能符號詳見圖1-4。

74LS181功能表見表1－1，其中符號“＋〞表示規(guī)律“或〞運算，符號“*〞表示規(guī)律“與〞運算，符號“/〞表示規(guī)律“非〞運算，符號“加〞表示算術加運算，符號“減〞表示算術減運算。

表1-174LS181功能表

選擇S3S2S1S00000000100100011010001010110011110001001101010111100110111101111M=1規(guī)律操作F=/AF=/(A+B)F=/A*BF=0F=/(A*B)F=/BF=(/A*B+A*/B)F=A*/BF=/A+BF=/(/A*B+A*/B)F=BF=A*BF=1F=A+/BF=A+BF=AM=0算術操作Cn=1（無進位）F=AF=A+BF=A+/BF=－1F=A加A*/BF=(A+B)加A*/BF=A減B減1F=A*/B減1F=A加A*BF=A加BF=(A+/B)加A*BF=A*B減1F=A加AF=(A+B)加AF=(A+/B)加AF=A減1Cn=0（有進位）F=A加1F=(A+B)加1F=(A+/B)加1F=0F=A加A*/B加1F=(A+B)加A*/B加1F=A減BF=A*/BF=A加A*B加1F=A加B加1F=(A+/B)加A*B加1F=A*BF=A加A加1F=(A+B)加A加1F=(A+/B)加A加1F=A

圖1-274LS181管腳分派表1-274LS181輸出端功能符號

圖1-3（a）74LS273管腳分派圖1-3（b）74LS273功能表

圖1-4（a）74LS244管腳分派圖1-4（b）74LS244功能

五、試驗內(nèi)容：

驗證74LS181運算器的規(guī)律運算功能和算術運算功能。六、試驗步驟：

說明：本次試驗采用開關控制操作方式，為了避免總線沖突，首先將控制開關電路的ALU-G和C-G撥到輸出高電平“1〞狀態(tài)(所對應的指示燈亮。)本試驗中所有控制開關撥動，相應指示燈亮代表高電平“1〞，指示燈滅代表低電平“0〞。

1、按圖1－5接線圖接線：

連線時應注意：為了使連線統(tǒng)一，對于橫排座，應使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。

運算器接口S3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2BD15…….BD8BD7…….BD0數(shù)據(jù)總線DIJ1DIJ-GC-GS3S2S1S0MCnALU-GARLDR1LDR2控制開關電路控制總線T4DIJ2數(shù)據(jù)輸入電路T+finf/8脈沖源及時序電路圖1－7試驗一開關試驗接線圖

2、通過數(shù)據(jù)輸入電路的撥開關開關向兩個數(shù)據(jù)暫存器中置數(shù)：

注意：本試驗中ALU-G和C-G不能同時為0，否則造成總線沖突，損壞芯片！故每次試驗時應時刻保持只有一路與總線相通。

1）撥動清零開關CLR，使其指示燈滅。再撥動CLR，使其指示燈亮。置ALU-G＝1：關閉

ALU的三態(tài)門；再置C-G=0：開啟數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門；2）向數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ3、U4）中置數(shù)：

（1）設置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15……D0〞為要輸入的數(shù)值；

（2）置LDR1＝1：使數(shù)據(jù)暫存器LT1（Ｕ3、U4）的控制信號有效，置LDR2＝0：使數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ5、U6）的控制信號無效；

（3）按一下脈沖源及時序電路的按鈕，給暫存器LT1送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT1中。

3）向數(shù)據(jù)暫存器LT2（Ｕ5、U6）中置數(shù)：

（1）設置數(shù)據(jù)輸入電路的數(shù)據(jù)開關“D15……D0〞為想要輸入的數(shù)值；

（2）置LDR1＝0：數(shù)據(jù)暫存器LT1的控制信號無效；置LDR2＝1：使數(shù)據(jù)暫存器LT2

的控制信號有效。

（3）按一下脈沖源及時序電路的“單脈沖〞按鈕，給暫存器LT2送時鐘，上升沿有效，把數(shù)據(jù)存在LT2中。

（4）置LDR1＝0、LDR2＝0，使數(shù)據(jù)暫存器LT1、LT2的控制信號無效。

4）檢驗兩個數(shù)據(jù)暫存器LT1和LT2中的數(shù)據(jù)是否正確：

（1）置C-G=1，關閉數(shù)據(jù)輸入電路的三態(tài)門，然后再置ALU-G=0，開啟ALU的三態(tài)

門；

（2）置“S3S2S1S0M〞為“11111〞，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT1中的數(shù)，表

示往暫存器LT1置數(shù)正確；

（3）置“S3S2S1S0M〞為“10101〞，數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示數(shù)據(jù)暫存器LT2中的數(shù)，

表示往暫存器LT2置數(shù)正確。

3、驗證74LS181的算術和規(guī)律功能:

按試驗步驟2往兩個暫存器LT1和LT2分別存十六進制數(shù)“1234H〞和“0001H〞，在給定LT1=1234H、LT2=0001H的狀況下，通過改變“S3S2S1S0MCn〞的值來改變運算器的功能設置，通過數(shù)據(jù)總線指示燈顯示來讀出運算器的輸出值F，以加法、減法等運算進行驗證。分別將“AR〞開關撥至“1〞和“0〞的狀態(tài)，觀測進位指示燈“CY〞的變化并分析原因。七、思考題

如何利用4位并行算術規(guī)律運算單元74LS181實現(xiàn)16位二進制數(shù)運算？有哪些解決方案？八、試驗報告要求：

試驗后及時完成試驗報告，要求用專用的試驗報告紙書寫，具體應包括以下幾方面內(nèi)容：試驗題目、試驗目的、試驗儀器、試驗原理圖、試驗記錄（所有的運算結(jié)果，故障現(xiàn)象及排除經(jīng)過）、思考題、本次試驗的收獲及想法。

試驗二存儲器試驗

一、試驗目的：

1、把握半導體靜態(tài)隨機存儲器RAM的特性和使用方法。2、把握地址和數(shù)據(jù)在計算機總線的傳送關系。3、了解運算器和存儲器如何協(xié)同工作。二、預習要求：

預習半導體靜態(tài)隨機存儲器6116的功能。三、試驗設備：

EL-JY-II型計算機組成原理試驗系統(tǒng)一套，排線若干。四、試驗原理：

電路圖見圖2-1，6116的管腳分派和功能見圖2-2。

圖2-1存儲器電路

圖2-2（a）

6116管腳分派圖2-2（b）6116功能

試驗中的靜態(tài)存儲器由2片6116（2K×8）構(gòu)成，其數(shù)據(jù)線D0~D15接到數(shù)據(jù)總線，地址線A0~A7由地址鎖存器74LS273(集成于EP1K10內(nèi))給出。黃色地址顯示燈A7-A0與地址總線相連，顯示地址總線的內(nèi)容。綠色數(shù)據(jù)顯示燈與數(shù)據(jù)總線相連，顯示數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容。

圖2-3讀寫控制及地址寄放器電路

6116有三個控制線，/CE（片選）、/R（讀）、/W（寫）。其寫時間與T3脈沖寬度一致。當LARI為高時，T3的上升沿將數(shù)據(jù)總線的低八位打入地址寄放器。當WEI為高時，T3的上升沿使6116進入寫狀態(tài)。五、試驗內(nèi)容：

學習靜態(tài)RAM的存儲方式，往RAM的任意地址里存放數(shù)據(jù)，然后讀出并檢查結(jié)果是否正確。六、試驗步驟

1、按圖2－4接線圖接線：MDJ1BD15??BD8BD7??BD0WEMDJ2主存儲器電路CEMAJ1AD7??AD0地址總線數(shù)據(jù)總線WRDIJ2DIJ-Gfin脈沖源DIJ1數(shù)據(jù)輸入電路f/8T3控制總線T3控制開關CEWELARC-G微控器接口WEILARI

圖2-3試驗接線圖

2、撥動清零開關CLR，使其指示燈顯示狀態(tài)為亮—滅—亮。3、往存儲器寫數(shù)據(jù)：

以往存儲器的（FF）地址單元寫入數(shù)據(jù)“AABB〞為例，操作過程如下：(操作)(顯示)(操作)(顯示)(操作)1.C–G=11.C-G=1地址寄放器2.置數(shù)據(jù)輸入電路D15—D0＝“0000000011111111〞3.CE=14.C-G=0綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“0000000011111111〞1.LAR=12.T3=1（按）電路黃色地址顯示燈顯示―11111111‖(顯示)(操作)1.WE=1綠色數(shù)據(jù)總線顯示燈顯示“1010101010111011〞2.CE=03.T3=1(按)4WE=02.置數(shù)據(jù)輸入電路D15—D0＝“1010101010111011〞3.LAR=04.C-G=04、依據(jù)上述步驟按表2－1所列地址寫入相應的數(shù)據(jù)

表2-1地址（二進制）00000000011100010100001001011010101000111100111111111000111001105、從存儲器里讀數(shù)據(jù)：

以從存儲器的（FF）地址單元讀出數(shù)據(jù)“AABB〞為例，操作過程如下：

數(shù)據(jù)（二進制）00110011001100110011010000110100001101010011010101010101010101010110011001100110101010111010101101110111011101111001110110011011(操作)(顯示)(操作)(顯示)(操作)(顯示)1.C-G=1電路黃綠色數(shù)據(jù)總線顯1.LAR=1MAR1.C-G=12.置數(shù)據(jù)輸入電路色地址顯示2.T3=12.LAR=0綠色數(shù)據(jù)總線顯D15—D0＝示燈顯示燈顯示3.WE=0(按)〞111〞“10101010101113.CE=1011〞4.C-G=06、按上述步驟讀出表3－2數(shù)據(jù)，驗證其正確性。

說明：為了避免總線沖突，首先將控制開關電路的所有開關撥到輸出高電平“1〞狀態(tài)，所有對應的指示燈亮。

本試驗中所有控制開關撥動，相應指示燈亮代表高電平“1〞，指示燈滅代表低電平“0〞。連線時應注意：對于橫排座，應使排線插頭上的箭頭面向自己插在橫排座上；對于豎排座，應使排線插頭上的箭頭面向左邊插在豎排座上。

七、思考題

1.存儲容量的擴展方法有哪些，本試驗中采用了哪種方法？2.指出本試驗中存儲器的實際容量有多大，為什么？八、試驗報告要求

試驗后及時完成試驗報告，要求用專用的試驗報告紙書寫，具體應包括以下幾方面內(nèi)容：試驗題目、試驗目的、試驗儀器、試驗原理圖、試驗記錄（所有的運算結(jié)果，故障現(xiàn)象及排除經(jīng)過）、思考題、本次試驗的收獲及想法。

試驗三微程序設計試驗

一、試驗目的：

深入把握微程序控制器的工作原理，學會設計簡單的微程序。二、預習要求：

1．復習微程序控制器工作原理；2．復習計算機微程序的有關知識。三、試驗設備：

EL-JY-II型計算機組成原理試驗系統(tǒng)一臺，連接線若干。四、試驗內(nèi)容：

編寫幾條可以連續(xù)運行的微代碼，熟悉本試驗系統(tǒng)的微代碼設計方式。表3－1為幾條簡單的可以連續(xù)運行的二進制微代碼表：

注意UA5UA0的編碼規(guī)律，觀測后續(xù)地址。微地址（二進制）000000000001000010000011000100001000001001010000010101011000表3-1試驗三微代碼表

S3S2S1S0MCNWE1A1BF1000000000000000000000000000000000000000000010101000000010010000000000000000000011101000000011101000001101111111111110111F2000000000111111111101101001001F3000000000111111000101101111111UA5...UA0000001000010000011000100001000001001010000010101011000011001